可用的IP地址、DNS与WINS详解
IP地址基础
（一）IP地址的定义与分类
IP地址是互联网协议地址（Internet Protocol Address）的缩写，它是用于标识网络中设备的唯一数字标识，根据网络规模和应用场景的不同,IP地址分为IPv4和IPv6两种版本。
| IP版本 | 地址长度 | 地址表示形式 | 可提供地址数量 |
|---|---|---|---|
| IPv4 | 32位 | 点分十进制，如192.168.1.1 | 约43亿个 |
| IPv6 | 128位 | 冒号分隔的十六进制数，如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 | 约3.4×10³⁸个 |
IPv4地址由32位二进制数组成，通常以点分十进制表示，每8位为一组，转换成十进制数后用点号分隔，192.168.1.1对应的二进制形式为11000000.10101000.00000001.00000001。
IPv6地址长度为128位，采用冒号分隔的十六进制表示法，它将128位分成8组，每组16位，转换成十六进制数后用冒号分隔，201:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。
（二）IP地址的分类（IPv4）
IPv4地址分为A、B、C、D、E五类。
| 类别 | 地址范围（第一个字节） | 网络掩码 | 用途 |
|---|---|---|---|
| A类 | 1 126 | 0.0.0 | 大型网络，可容纳大量主机 |
| B类 | 128 191 | 255.0.0 | 中型网络 |
| C类 | 192 223 | 255.255.0 | 小型网络 |
| D类 | 224 239 | 无（用于多播） | 多播通信 |
| E类 | 240 255 | 保留（用于实验等） |
A类地址的第一个字节范围是1 126，默认网络掩码为255.0.0.0，它适用于大型网络，如大型企业或教育机构的核心网络，可支持大量的主机连接，1.0.0.0/8表示一个A类网络，其中10.0.0.0是网络地址,后面的地址可用于分配给主机。
B类地址的第一个字节范围是128 191，默认网络掩码为255.255.0.0，它用于中型规模的网络，如中等规模的企业局域网，172.16.0.0/16表示一个B类网络，172.16.0.0是网络地址,该网络可容纳较多的主机。
C类地址的第一个字节范围是192 223，默认网络掩码为255.255.255.0，它适合小型网络，如家庭网络或小型办公室网络，192.168.1.0/24表示一个C类网络，192.168.1.0是网络地址,可连接的主机数量相对较少。
D类地址用于多播通信，范围是224 239，多播是一种将数据发送给多个接收者的通信方式，例如视频会议、在线直播等应用可能会用到D类地址。
E类地址保留用于实验等特殊用途，范围是240 255。
子网划分与可用IP地址计算
（一）子网划分的概念
子网划分是将一个较大的网络划分为多个较小的子网，以提高网络的灵活性和安全性，通过借用主机位作为子网位，可以增加网络的数量,同时减少每个子网中的主机数量。
对于一个C类网络192.168.1.0/24，如果我们将其子网掩码改为255.255.255.192（/26），就意味着我们借用了2位主机位作为子网位，这样，原来的一个网络就被划分为4个子网,每个子网可容纳的主机数量减少。
（二）可用IP地址计算方法
以一个C类网络为例，假设网络地址为192.168.1.0/24，要计算可用的IP地址数量，需要先确定网络中的主机位，在/24的子网掩码下,主机位是最后8位。
可用的IP地址数量计算公式为：2^n 2，其中n是主机位的位数，n = 8，所以可用的IP地址数量为2^8 2 = 254个，减去的2个地址分别是网络地址（192.168.1.0）和广播地址（192.168.1.255）,这两个地址不能分配给主机使用。
如果进行子网划分，例如将192.168.1.0/24划分为/26的子网，每个子网的主机位为6位，那么每个子网的可用IP地址数量为2^6 2 = 62个。
DNS（域名系统）
（一）DNS的作用
DNS（Domain Name System）是域名系统的缩写，它的主要作用是将人类易于记忆的域名转换为计算机能够理解的IP地址，因为在互联网中，用户很难记住复杂的IP地址,而域名则更加直观和方便。
当我们在浏览器中输入www.baidu.com时，DNS服务器会将其解析为对应的IP地址，如123.125.115.110（百度的一个IP地址）,然后计算机才能与目标服务器建立连接。
（二）DNS的工作原理
DNS采用分布式的数据库系统,通过域名解析的过程来完成域名到IP地址的转换。
- 本地缓存：当用户发起域名解析请求时，首先会在本地计算机的DNS缓存中查找是否有该域名对应的IP地址记录，如果有，则直接返回该记录,加快解析速度。
- 操作系统缓存：如果本地缓存没有命中,操作系统会检查自己的DNS缓存。
- 浏览器缓存：浏览器也有自己的DNS缓存,同样会进行检查。
- 主机文件：如果在上述缓存中都没有找到对应的记录，系统会查看主机文件中是否有该域名和IP地址的映射关系，主机文件是一个文本文件,可以手动配置一些域名和IP地址的对应关系。
- DNS服务器查询：如果前面几步都没有找到结果，计算机会向配置的DNS服务器发送查询请求，DNS服务器会根据域名的层级结构，从根DNS服务器开始逐级查询，直到找到对应的IP地址，然后将结果返回给用户计算机，并可能在缓存中保存该记录,以便下次查询时使用。
WINS（Windows Internet Name Service）
（一）WINS的作用
WINS（Windows Internet Name Service）是微软公司开发的一种网络名称服务，主要用于将NetBIOS名称解析为IP地址，在早期的Windows网络环境中,NetBIOS名称是计算机在网络上进行通信和识别的重要方式。
在一个Windows局域网中，计算机可以通过NetBIOS名称来访问共享资源、进行打印机共享等操作，WINS服务器负责维护一个动态的数据库，记录网络中计算机的NetBIOS名称和IP地址的映射关系,以便其他计算机能够通过NetBIOS名称找到对应的计算机。
（二）WINS的工作原理
- 名称注册：当一台运行Windows操作系统的计算机启动并加入网络时，它会向WINS服务器发送一个注册请求,将自己的NetBIOS名称和IP地址注册到WINS服务器的数据库中。
- 名称解析：当网络中的其他计算机需要查找某个NetBIOS名称对应的IP地址时，它会向WINS服务器发送查询请求，WINS服务器在自己的数据库中查找对应的记录，如果找到,则将IP地址返回给请求的计算机。
- 名称释放：当计算机关闭或离开网络时，它会向WINS服务器发送一个释放请求,将自己的NetBIOS名称从WINS服务器的数据库中删除。
相关问题与解答
（一）问题1：为什么需要进行子网划分？
答：进行子网划分有多个好处，它可以提高网络的安全性，通过将网络划分为多个子网，可以限制不同子网之间的通信，只允许必要的通信通过路由器或防火墙进行转发，从而减少网络攻击的范围，子网划分可以提高网络的灵活性，不同的子网可以根据不同的部门、功能或地理位置进行划分，方便网络管理和维护，在一个企业中，可以将销售部门、研发部门和财务部门分别划分到不同的子网中，每个子网有自己的网络策略和安全设置，子网划分还可以有效地利用IP地址空间，通过合理地划分子网，可以避免IP地址的浪费,使IP地址的分配更加合理和高效。
（二）问题2：DNS和WINS有什么区别？
答：DNS和WINS是两种不同的网络名称服务,它们有以下区别：
- 作用对象：DNS主要用于将域名解析为IP地址，域名是互联网中用于标识网站、服务器等资源的人类友好的名称；而WINS主要用于将NetBIOS名称解析为IP地址,NetBIOS名称是Windows网络中计算机用于相互识别和通信的名称。
- 应用场景：DNS广泛应用于整个互联网，是互联网正常运作的关键服务之一，任何需要通过域名访问网络资源的场景都需要DNS；而WINS主要应用于Windows局域网环境,特别是在早期的Windows网络中用于计算机之间的资源共享和通信。
- 名称体系：DNS的域名体系是层次化的，包括顶级域名（如.com、.org等）、二级域名（如baidu.com中的baidu）等，域名的结构反映了网络的组织和归属关系；而NetBIOS名称通常是简单的计算机名称,没有像DNS那样的复杂层次结构。
- 工作机制：DNS采用分布式的数据库系统，通过递归和迭代查询的方式完成域名解析，涉及多个层次的DNS服务器；而WINS主要是通过客户端向WINS服务器注册和查询NetBIOS名称与IP地址的映射关系，其工作原理相对简单，主要在Windows网络