IP 地址

IP 地址

IP 地址及其表示方法

• 我們把整個因特網看成為一個單一的、抽象的網絡。IP 地址就是給每個連接在因特網上的主機（或路由器）分配一個在全世界范圍是唯一的 32 位的標識符。
• IP 地址現在由因特網名字與號碼指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)進行分配 。

IP 層次結構

由於當初美國國防部一開始設計TCP/IP協議的時候，沒想過把全球的計算機連接起來，所以當時設計的IP 地址只有32位，發展到如今已顯得不夠用了。IP地址其實就是一串數字，是一個可以直接訪問公網的地址，現在已成為一種資源。所以說開發個人網站要買公網IP地址。這里講解的是IPv4版本的內容，如今慢慢地往IPv6版本轉變。

• IP地址分為網絡部分（網絡ID）和主機部分（主機ID），每一個網段屬於以固定的網絡地址，如圖中的三個網段的網絡ID分別為192.168.1.0、192.168.2.0、192.168.3.0。這樣計算機只關心數據發到哪個網段的網絡地址上，而不再關心具體發到某一台計算機的主機ID。就好像電話號碼分區號是一樣的，前面幾位號碼管地區，后面號碼管該地區的特定用戶。
• 所以同一個網段的計算機網絡ID都一樣，不同的是跟在網絡ID后面的各計算機的主機ID.

IP 地址的編址方法

• 分類的 IP 地址。這是最基本的編址方法，在 1981 年就通過了相應的標准協議。
• 子網的划分。這是對最基本的編址方法的改進，其標准[RFC 950]在 1985 年通過。
• 構成超網。這是比較新的無分類編址方法。1993 年提出后很快就得到推廣應用。

分類IP地址

• 每一類地址都由兩個固定長度的字段組成，其中一個字段是網絡號 net-id，它標志主機（或路由器）所連接到的網絡，而另一個字段則是主機號 host-id，它標志該主機（或路由器）。
• 兩級的 IP 地址可以記為：

網絡地址（也可以成為網絡號）唯一指定了每個網絡。向一網絡中的每台計算機都共享相同的網絡地址，並用它作為自己IP的值的一部分。

• 為了方便我們把32位IP地址划分為4個字節（每個字節表示8位2進制）表示的地址。即：

• A類地址網絡號字段有8位，以0開頭，主機號字段有24位，即該網段可以容納2的24次方台計算機。
• B類地址網絡號地址有16位，以10開頭，主機號字段有16位，即該網段可以容納2的16次方台計算機。
• C類地址網絡號地址有24位，以110開頭，主機號字段有8位，即該網段可以容納2的8次方台計算機。
• D類地址：多播使用，網絡號地址以1110開始；E類地址：研究所用，網絡號地址以1111開始；（都是比較少見）

**點分十進制記法 **

• 即每8位二進制數用一個十進制數來表示，每個十進制數之間用點隔開 來表示IP地址。

**常用的三種類別的 IP 地址 **

• A類地址中的127比較特殊，在運行中輸入可以訪問本電腦的共享資源。一般是不可用的。

  • 127.0.0.1 這個地址通常分配給 loopback 接口。loopback 是一個特殊的網絡接口(可理解成虛擬網卡)，用於本機中各個應用之間的網絡交互。只要操作系統的網絡組件是正常的，loopback 就能工作。Windows 中看不到這個接口。事實上整個 127.* 網段都算能夠使用，比如你 ping 127.0.0.2 也是通的。 但是使用127.0.0.1作為loopback接口的默認地址只是一個慣例。並且localhost指向的也是127.0.0.1這個地址。

• 表中可看出，若為A類 IP 地址，則表示 IP 地址的四個十進制數中的第一個表示網絡號，后面三個十進制數表示主機號。比如：126.0.0.1.第一位十進制數在1~126之間表示，所以IP地址的第一位十進制數126表示網絡號，后面的三位十進制數：0.0.1表示主機號，即1號主機。

• B與C類 IP 地址同理；

  • 如 IP 地址：160.32.32.34；由於第一位十進制數在128~191內，故為B類 IP 地址，即前兩位數160.32 為網絡地址號，后兩位數：32.34為主機號。
  • 如 IP 地址：221.31.31.23；由於第一位十進制數在192~223內，故為C類地址，即前三位數221.31.31 為網絡地址號，第四位數：23為主機號。

  舉例

  

可見在指定 IP 地址過程中，只要輸入IP地址，子網掩碼就會根據 IP地址中的第一個十進制數判斷出是哪類IP 地址，並自動完善相應地址。比如圖中的132開頭的 IP 地址被判斷為B類地址，前兩個十進制數表示網絡號。

實際上 IP 地址是標志一個主機（或路由器）和一條鏈路的接口。

互聯網中的 IP 地址

• 在同一個局域網上的主機或路由器的IP 地址中的網絡號必須是一樣的。（一個路由器與若干接線器和若干計算機連接形成的網絡就是一個局域網）
  圖中的網絡號就是 IP 地址中的 net-id，可見同一個局域網內它們 IP 地址的網絡號都為222.1.2（由開頭的222可知是C類 IP 地址，所以前三位數是網絡號）。

• 由於路由器每個端口連接不同的網段，所以路由器總是具有兩個或兩個以上的 IP 地址。
  路由器的每一個接口都有一個不同網絡號的 IP 地址。

• 兩個路由器直接相連的接口處，可指明也可不指明 IP 地址。如指明 IP 地址，則這一段連線就構成了一種只包含一段線路的特殊“網絡” 。常不指明 IP 地址。

特殊的幾個地址

• 127.0.0.1：本地環回地址，localhost地址。

• 169.254.0.0：（169.254*）改地址為沒有人給Windows分配IP地址，或者Windows請求不到地址后，自動給自己生成的湊合着用IP 地址。雖然顯示能上網，但是這個網是指由多台一樣申請不到IP地址，使用自分配的，以169.254開頭的IP地址的計算機組成的網段，該網段內可以通信，但是無法訪問公網。

• 保留的私網地址：在互聯網上這些地址沒有給服務器用，可以給企業或學校來用。

  • 保留的A類地址：10.0.0.0；

  • 保留的B類地址：172.16.0.0——172.31.0.0；（由於為B類 IP 地址，前兩位為網絡號，即保留了16個B類 IP 地址）；例如本機的學校IPv4地址就是172.26.105.78；即供學校等用的保留地址。

  • 保留的C類地址：192.168.0.0——192.168.255.0；（由於為C類 IP 地址，前三位為網絡號，即保留了256個C類 IP 地址）；

  • 由於保留的私有地址不在互聯網上公開，這些地址屬於校園網或企業內網，所以用戶無法通過互聯網訪問這些 IP 地址。（因為這些地址不存在於互聯網，互聯網上的路由器不知道怎么走，所以無法訪問）

    公網地址：存在於互聯網上，並且被統一規划的地址，任何地方的任何用戶都能訪問。

子網掩碼

作用

• 子網掩碼（subnet mask）又叫做網絡掩碼、地址掩碼，它是一種用來指明一個IP地址的哪些位標識的是主機所在的子網以及哪些位標識的是主機的位掩碼。子網掩碼不能單獨存在，它必須結合IP地址一起使用。

• 子網掩碼只有一個作用，就是將某個IP地址划分成網絡地址和主機地址兩部分。

• 如果一台計算機的IP地址配置為172.16.122.204，子網掩碼為255.255.0.0（例子見上）。將其IP地址和子網掩碼都寫陳二進制，進行與（&&）操作，即只有1和1運算才得1，其余得0.這樣經過IP地址和子網掩碼做完與運算后。主機位不管是什么值都歸零，網絡位的值保持不變，這樣就得到該計算機所處的網段為：172.16.0.0。

  • 例如計算機A：

    IP地址：192.168.80.123；

    子網掩碼為：255.255.255.0；

    網關地址為：192.168.80.1；

    計算機B IP地址為：192.168.90.123；

    • A的子網掩碼與B 進行與運算，並主機位歸零得：192.168.90.0與A的192.168.80.0不在一個網段，A向B發數據會交由網關192.168.80.1處，由網關尋求其他路徑傳輸到B。
    • 若A的子網掩碼改為255.255.0.0（子網掩碼可以自動分配也可以手動指定），再進行上述操作，得到192.168.0.0與A在一個網段。則A可不經網關直接給B發送數據。

• 與運算如下

• 由於子網掩碼四個十進制數中若不為0就是255，而255二進制表示全是1，所以255與任何數的二進制做與運算都能使原數不變。
• 如果子網掩碼寫錯了，會導致與運算出錯，從而導致通信故障。因此子網掩碼也需要正確地配置。