IP地址和子网划分（一）——《IP地址详解》

一、IP地址

IP地址（Internet Protocol Address），缩写为IP Address，是一种在Internet上的给主机统一编址的地址格式，也称为网络协议（IP协议）地址。它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配了一个逻辑地址，常见的IP地址，分为IPv4和IPv6两大类，当前广泛应用的是IPv4，目前已经耗尽，将升级为IPv6；如无特殊注明，一般我们讲的IP地址所指的是IPv4。

 IP地址对应于OSI参考模型的第三层网络层，工作在网络层的路由器根据目标IP和源IP来判断是否属于同一网络，如果是不同网段，则转发数据包。

二、IP地址格式和表示

在计算机二进制中，1个字节 = 8位 = 8bit（比特）

①IP地址格式和表示

IP地址（IPv4）由32位二进制数组成，分为4段（4个字节），每一段为8位二进制数（1个字节），中间使用英文的标点符号"."隔开

由于二进制太长，Eileen便于记忆和识别，把每一段8位二进制数转为十进制，大小为0至255。IP地址的这种表示法叫做“点分四进制表示法”。

IP地址表示为：xxx.xxx.xxx.xxx

举个例子，210.21.196.6就是一个IP地址的表示。

三、IP地址的组成

IP地址=网络地址+主机地址，比如：

计算机的IP地址由两部分组成，一部分为网络标识，一部分为主机标识，同一网段内的计算机网络部分相同，主机部分不同时重复出现。路由器连接不同网段，负责不同网段之间的数据转发，交换机连接的是同一网段的计算机。通过设置网络地址和主机地址，在互相连接的整个网络中保证每台主机的IP地址不会互相重叠，即IP地址具有了唯一性。

 

四、IP地址和MAC地址区别

• 长度不同：IP地址为32位（二进制），MAC地址为48位（十六进制）
• 分配依据不同：IP地址的分配是基于网络拓扑，MAC地址的分配是基于制造商
• 寻址协议层不同：IP地址应用于OSI第三层（网络层），MAC地址应用于OSI第二层（数据链路层）

五、IP地址和MAC地址的作用和关系

IP地址和MAC两者之间分工明确，默契合作，完成通信过程。在数据通信时，IP地址专注于网络层，网络层设备（如路由器）根据IP地址，将数据包从一个网络传递转发到另外一个网络上；而MAC地址专注于数据链路层，数据链路层设备（如交换机）根据MAC地址 ，将一个数据帧从一个节点传送到相同链路 另一个节点上。IP和MAC地址这种映射关系由ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）协议完成，ARP根据目的IP地址，找到中间节点的MAC地址，通过中间节点欢送，从而最终到达目的网络。

 计算机在和其他计算机通信之前，首先要判断目标IP地址和自己的IP地址是否处于同一网段，这决定了数据链路层的目标MAC地址是目标计算机还是路由器接口的MAC地址。数据包的目标IP地址决定了数据包最终到达哪一个计算机，而目标MAC地址决定了该数据包下一跳由那个设备接收，不一定是终点。

六、IP地址的分类

1、IP地址分类详解

IP地址分A、B、C、D、E五类，其中A、 B、C这三类是比较常用的IP地址，D、E类为特殊地址。

①、A类地址 

1.A类地址第1字节为网络地址（最高位固定是0），另外3个字节为主机地址。

2.A类地址范围：1.0.0.0 - 126.255.255.255，其中0和127作为特殊地址。

3.A类网络默认子网掩码为255.0.0.0，也可写作/8。

4.A类网络最大主机数量是256*256*256-2=166777214（减去1个主机位为0的网络地址和1个广播地址）。

在计算机网络中，主机ID全部为0的地址为网络地址，而主机ID为全部为1的地址为广播地址，这个2个地址是不能分配给主机用的。

②、B类地址

1.B类地址第1字节（最高位固定是10）和第2字节为网络地址，另外2个字节为主机地址。

2.B类地址范围：128.0.0.0 - 191.255.255.255。

3.B类网络默认子网掩码为255.255.0.0，也可写作/16。

4.B类网络最大主机数量是256*256-2=65534。

③、C类地址

1.C类地址第1字节（最高位固定是110）、第2字节和第3字节为网络地址，另外1个字节为主机地址。

2.C类地址范围：192.0.0.0 - 223.255.255.255。

3.C类地址默认子网掩码为255.255.255.0.，也可写作/24。

4.C类网络最大主机梳理是256-2=254。

④、D类地址

1.D类地址不分网络地址和主机地址，它的第1个字节的最高位固定是1110。

2.D类地址用于组播（也称多播）的地址，无子网掩码。

3.D类地址范围：244.0.0.0 - 239.255.255.255。

⑤、E类地址

1.E类地址也不分网络地址和主机地址，它的第1个字节的最高位固定是11110。

2.E类地址范围：240.0.0.0 - 255.255.255.255。

3.其中240.0.0.0 - 255.255.255.254作为保留地址，主要用于Internet实验和开发，255.255.255.255作为广播地址。

七、IP地址分类思维导图

八、保留的特殊IP地址

以下这些特殊IP地址都是不能分配给主机使用的地址：

• 主机ID全为0的地址：特指某个网段，比如：192.168.10.0 255.255.255.0，指192.168.10.0网段。
• 主机ID全为1的地址：特指该网段的全部主机，比如：192.168.10.255，如果你的计算机发送数据包使用主机ID全是1的IP地址，数据链路层地址用广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF
• 127.0.0.1：是本地环回地址，指本机地址？，一般用来测试使用。回送地址（127.x.x.x）是本级回送地址（Loopback Address），即主机IP堆栈内部的IP地址。如果同一台主机上的两项服务若使用还回地址而非分配的主机地址，就可以绕开TCP/IP协议栈的下层。（也就是说，不用再通过什么链路层，物理层，以太网传出去了，而是可以直接在自己的网络层，运输层进行处理了）
• 169.254.0.0：169.254.0.0 - 169.254.255.255实际上是自动私有IP地址。
• 0.0.0.0：如果计算机的IP地址和网络中的其他计算机地址冲突，使用ipconfig命令看到的就是0.0.0.0，子网掩码也是0.0.0.0。

保留的特殊IP地址思维导图如下：

九、公网和私网IP地址

公网IP地址 

公有地址分配和管理由Inter NIC（Internet Network Information Center 因特网信息中心）负责。各级ISP使用的公网地址都需要向Inter NIC提出申请，由Inter NIC统一发放，这样就能确保地址块不冲突。

私网IP地址

创建IP寻址方案的人也创建了私网IP地址。这些网址可以被用于私有网络，在Internet没有这些IP地址，Internet上的路由器也没有到私有网络的路由表。

• A类：10.0.0.0/8，保留了1个A类网络。
• B类：172.16.0.0/16 ~ 172.31.0.0/16，保留了16个B类网络。
• C类：192.168.0.0/24 ~ 192.168.255.0/24，保留了256个C类网络。

PS：私网地址访问Internet需要做NAT或PAT网络地址转换

公网和私网IP地址思维导图如下：