网络基础之-IP地址

文章目录

1. IP地址：网络和主机
- 1.1 A类IP地址
- 1.2 B类IP地址
- 1.3 C类IP地址
- 1.4 D类和E类IP地址
2.几个特殊的IP地址
- 2.1 私有地址
- 2.2网关

1. IP地址：网络和主机

IP地址是用于在计算机网络中唯一标识设备的一组数字。它由32位（IPv4）或128位（IPv6）组成，通常表示为点分十进制或冒号分隔的十六进制。
IP 地址通常以用点分隔的十进制格式表示，四个数字由句点分隔，如 192.168.123.132。
IP地址的表示方式是

IP地址=网络号+主机号

IP地址分了5类，其中A、B、C三类由机构统一全球划分，D、E位特殊地址。

1.1 A类IP地址

一个A类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，A类IP地址就由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”。A类IP地址中网络的标识长度为8位，主机标识的长度为24位，A类网络地址数量较少，有126个网络，每个网络可以容纳主机数达1600多万台。
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A类IP地址的范围是1.0.0.1到127.255.255.254（即00000001 00000000 00000000 00000001到01111111 11111111 11111111 11111110）最后一个地址127.255.255.255是广播地址。

广播地址（Broadcast Address）是在计算机网络中用于向网络中的所有设备发送数据包的特殊地址。当数据包发送到广播地址时，网络中的所有设备都会接收该数据包。

在IPv4网络中，广播地址通常是网络地址的最后一位全为1的地址。例如，如果一个网络的IP地址是192.168.0.0，那么它的广播地址将是192.168.0.255。当数据包发送到广播地址192.168.0.255时，网络中的所有设备都会接收该数据包。

广播地址的使用可以实现一对多的通信。它可以用于发送广播消息、服务发现、网络管理和其他需要将信息传递给网络中所有设备的场景。例如，在局域网中，可以使用广播地址发送局域网内的广播消息，以便通知所有设备有关网络状态的变化或其他重要信息。

1.2 B类IP地址

一个B类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前两段号码为网络号码。如果用二进制表示IP地址的话，B类IP地址就由2字节的网络地址和2字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”。B类IP地址中网络的标识长度为16位，主机标识的长度为16位，B类网络地址适用于中等规模的网络，有16384个网络，每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。
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B类IP地址的范围是128.0.0.1-191.255.255.254（二进制表示为 10000000 00000000 00000000 00000000到10111111 11111111 11111111 11111110），最后一个地址依旧是广播地址。
B类IP地址的子网掩码为255.255.0.0,每个网络支持的最大主机数是2^16-2=65534.
这里减2的原因是其中两个主机是保留的，即网络地址和广播地址。因此，实际可用的主机数是2^16-2，即65534个主机。

子网掩码（Subnet Mask）是一种用于确定一个IP地址的网络部分和主机部分的方法。它与IP地址结合使用，以确定特定的IP地址属于哪个网络。

IP地址由32位二进制数组成，通常表示为四个八位二进制数（例如，192.168.0.1）。子网掩码也由32位二进制数组成，与IP地址的每个对应位进行逻辑与运算。这个逻辑与运算将网络部分和主机部分分隔开。

在子网掩码中，所有网络部分的位都设置为1，而主机部分的位都设置为0。例如，常见的子网掩码255.255.255.0表示前三个八位二进制数（即24个位）属于网络部分，最后一个八位（即8个位）属于主机部分。这意味着同一个网络中的所有设备的前三个八位二进制数必须相同，而最后一个八位可以不同，用于区分不同的主机。

1.3 C类IP地址

一个C类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，C类IP地址就由3字节的网络地址和1字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。C类IP地址中网络的标识长度为24位，主机标识的长度为8位，C类网络地址数量较多，有209万余个网络。适用于小规模的局域网络，每个网络最多只能包含254台计算机。
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C类IP地址范围192.0.0.1-223.255.255.254 （二进制表示为: 11000000 00000000 00000000 00000001 - 11011111 11111111 11111111 11111110）。

C类IP地址的子网掩码为255.255.255.0，每个网络支持的最大主机数为2^8-2=254.

1.4 D类和E类IP地址

D和E类IP地址不区分网络地址和主机地址，最高位固定值不同：

D类：最高位字节的前4位为1110
E类：最高位字节的前5位为11110.

D类IP地址范围是224.0.0.0到239.255.255.255，用于多播（Multicast）通信。多播是一种将数据包从一个发送者传输到一组选择性接收者的通信方式。D类地址用于标识多播组，其中的数据包可以同时被多个设备接收。多播在实现组播协议、流媒体传输、网络广播等场景中发挥重要作用。

E类IP地址范围是240.0.0.0到255.255.255.255，被保留为将来使用的地址空间。E类地址没有分配给实际的网络或设备使用，也不用于常规通信。它们被保留为实验、研究和其他特殊目的的使用。

2.几个特殊的IP地址

2.1 私有地址

私有地址（Private Address）是指保留在IPv4地址空间中的一组地址，用于在私有网络中使用，而不被分配给公共互联网上的设备。私有地址用于内部网络通信，允许组织在其内部网络中分配和路由IP地址，而无需获得公共IP地址。

以下是IPv4地址空间中的私有地址范围：

10.0.0.0 到 10.255.255.255（CIDR 表示为 10.0.0.0/8）
172.16.0.0 到 172.31.255.255（CIDR 表示为 172.16.0.0/12）
192.168.0.0 到 192.168.255.255（CIDR 表示为 192.168.0.0/16）
这些私有地址范围被保留供内部网络使用，例如家庭网络、企业网络、局域网等。当设备在私有网络中使用这些私有地址时，它们可以相互通信而无需分配公共IP地址。

然而，要使私有网络中的设备能够与公共互联网通信，需要使用网络地址转换（Network Address Translation，NAT）技术，将私有地址转换为公共IP地址。这样，私有网络中的设备可以共享单个公共IP地址与互联网通信。

需要注意的是，IPv6引入了大量的地址空间，消除了对私有地址的需求。IPv6地址空间足够大，可以为每个设备分配全球唯一的IP地址，因此私有地址在IPv6中不再需要。

CIDR是无类别域间路由（Classless Inter-Domain Routing）的缩写，是一种用于表示IP地址及其子网掩码的标准表示方法。CIDR取代了原来的类别划分的IP地址分配方式，使得地址分配更加灵活和高效。

在CIDR表示法中，IP地址和子网掩码被结合起来，形成一个用斜线（/）分隔的地址前缀长度。例如，192.168.0.0/24表示IP地址为192.168.0.0，子网掩码为255.255.255.0。斜线后面的数字表示网络部分的位数，即网络前缀的长度。

CIDR表示法中的地址前缀长度可以是任意值，不再受限于类别划分的A、B、C类网络。它允许更精确地定义网络的边界，从而更有效地利用IP地址空间。

CIDR的引入使得网络路由更加灵活和高效。它允许网络管理员根据实际需求划分子网，减少了对IP地址的浪费。同时，CIDR还简化了路由表的管理，提高了路由器的性能和效率。

例如，CIDR表示法中的地址段192.168.0.0/16表示一个包含256个连续的C类网络的地址范围，而不是单个C类网络。这种灵活性使得地址分配更加适应不同规模和需求的网络环境。