IP地址与子网掩码

1 IP地址

1.1 IPv4与IPv6

1.2 IPv4地址详解

IPv4地址分4段，每段8位，共32位二进制数组成。

1.2.1 地址分类

这32位又被分为网络号和主机号两部分，根据网络号占用位数的不同，又可分为以下几类：

A类地址：网络号占8位
B类地址：网络号占16位
C类地址：网络号占24位

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如上图所示：A类IP：0.0.0.0—127.255.255.255 （其中私有：10.0.0.0—10.255.255.255，保留：0.0.0.0，127.0.0.0—127.255.255.255）
B类IP：128.0.0.1—191.255.255.254（其中私有：172.16.0.0—172.31.255.255，保留：169.254.0.0-169.254.255.255，191.255.255.255是广播地址，不能分配）
C类IP：192.0.0.1—223.255.255.254（其中：私有：192.168.0.0—192.168.255.255）
D类IP：224.0.0.1—239.255.255.254
E类IP：240.0.0.1—255.255.255.254

1.2.2 私网地址

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在公网（连接Internet的）是看不到这些IP的，使用这些IP一定是你在公司或学校内网中，比如公司路由下。这些私有地址在公司（组织）内网中，可重复出现在不同公司组织内部。比如你在公司内部的使用分配到的内网ip192.168.1.12和另一家公司的朋友QQ聊天，碰巧他的内网ip也是192.168.1.12，但是你俩不会ip冲突，因为你们处于不同组织内部，也就是不同公网IP下的内网IP，是可以重复的。不同的是你们俩通过网关对应公网的IP，即不能重复。但是这IP（已分配为私有地址）不会出现在公网Internet中，因为公网IP全球唯一，否则就冲突了。公网是不会使用者三类地址的，即使用者三类IP的一定在公司或者学校（组织）内网中，公网是看不到的。

理论上每个公网IP（公网地址）下都可以在其内网（如学校、公司内部网络或者你宿舍宽带分配的内网ip）分配私网地址（如下图），即公网地址全球唯一不可重复，但是每个公网地址下的私网地址可以重复，因为这些私网地址，就是分配给内网使用的，一般公网上是访问不到这些内网地址的。

但内网要想和外部Internet链接就需要转换成公网唯一IP与外部链接，需要使用路由NAT转换。NAT(Network Address Translation，网络地址转换)是1994年提出的。当在专用网内部的一些主机本来已经分配到了本地IP地址(即仅在本专用网内使用的专用地址)，但现在又想和因特网上的主机通信(并不需要加密)时，可使用NAT方法。这种方法需要在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件。装有NAT软件的路由器叫做NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址。这样，所有使用本地地址的主机在和外界通信时，都要在NAT路由器上将其本地地址转换成全球IP地址，才能和因特网连接。
另外，这种通过使用少量的公有IP 地址代表较多的私有IP 地址的方式，将有助于减缓可用的IP地址空间的枯竭。

1.2.3 特殊含义的IP地址

一些特殊含义的IP地址：
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例如：当网络连接不可用时，为测试编写的网络程序，通常使用目的IP为127.0.0.0用于测试。

在IP通信中，IP层是能够区分局域网地址和局域网之外的全球地址的。方法就是利用子网掩码。子网掩码是一个32比特的二进制数值，从最高位往下有N个1，剩下的全都是0，用子网掩码和需要通信的目的IP地址进行“按比特与”操作，得到的是目的主机的网段地址；如果目的主机的网段地址与本机IP地址的网段地址一致，说明这是一个局域网地址，通过本机直接与对方通信。如果不同，说明是一个全球地址，主机将该通信通过缺省网关进行通信。缺省网关地址在本机分配IP地址时同时配置，可以通过DHCP分配也可以手工指定。缺省网关地址一定属于本机所在局域网网段内。

2、子网掩码

2.1子网掩码：

子网掩码是用来判断任意两台计算机的ip地址是否属于同一子网络的根据。最为简单的理解就是两台计算机各自的ip地址与子网掩码进行and运算后，得出的结果是相同的，则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的，可以进行直接的通讯。子掩码的作用是设定网段范围的。255.255.255.0是一标准的C类地址的子掩码，255.255.0.0是一个标准的B类地址子掩码。他们两个限定了完全不同的IP地址范围。C类的子掩码每个网段最大可以有256个IP地址，其中254个可用，B类子掩码每个网段最大可以有65536个IP地址，其中65534个是可用IP。对上面这段话的理解为，C类的话，前24位是网络号，所以用都是1去做与，最后8位用0去跟IP做与，这样得到的结果是如果两个IP前24位一样，那么与的结果也就一样，也就是在同一网段，即可以通讯。内网通讯时，如上面所说，一般都用 192.168的形式，所以子网掩码一般采用255.255.*.*的形式。

2.2 网关：

网关到底是什么呢？网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。比如有网络A和网络B，网络A的IP地址范围为“192.168.1.1~192. 168.1.254”，子网掩码为255.255.255.0；网络B的IP地址范围为“192.168.2.1~192.168.2.254”，子网掩码为255.255.255.0。在没有路由器的情况下，两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的，即使是两个网络连接在同一台交换机（或集线器）上，TCP/IP协议也会根据子网掩码（255.255.255.0）判定两个网络中的主机处在不同的网络里。而要实现这两个网络之间的通信，则必须通过网关。如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中，就把数据包转发给它自己的网关，再由网关转发给网络B的网关，网络B的网关再转发给网络B的某个主机（如附图所示）。网络A向网络B转发数据包的过程。

2.3 默认网关：

如果搞清了什么是网关，默认网关也就好理解了。就好像一个房间可以有多扇门一样，一台主机可以有多个网关。默认网关的意思是一台主机如果找不到可用的网关，就把数据包发给默认指定的网关，由这个网关来处理数据包。默认网关。默认网关一般填写192.168.x.1，默认网关必须是电脑自己所在的网段中的IP地址，而不能填写其他网段中的IP地址。

关于掩码和IP的计算过程可以参考链接：

【网路编程】网络基础知识（IP、子网掩码、网关等）概念概述5