最全版：IPv4地址介绍

1、什么是IP地址

IP地址在网络中用于标识一个节点（或者网络设备的接口）。

IP地址用于IP报文在网络中的寻址。

2、IP地址表示

一个IPv4地址有32 bit。

IPv4地址通常采用“点分十进制”表示。

IPv4地址范围：0.0.0.0~255.255.255.255。

3、IP地址构成

网络部分：用来标识一个网络。

主机部分：用来区分一个网络内的不同主机。

网络部分

主机部分

网络掩码：区分一个IP地址中的网络部分及主机部分。

    

4、IP地址寻址

网络部分：用来标识一个网络，代表IP地址所属网络。

主机部分：用来区分一个网络内的不同主机，能唯一标识网段上的某台设备。

• 网络号用于表示主机所在的网络，类似于“XX省XX市XX区XX小区”的作用。
• 主机号用于表示网络号所定义的网络范围内某个特定的主机接口，类似于门牌号“XX栋XX号”的作用。
• 网络寻址：
  • 二层网络寻址：可直接通过IP地址，找到对应的主机接口。
  • 三层网络寻址：利用网关转发来自不同网段之间的数据包。
• 网关：
  • 报文转发过程中，首先需要确定转发路径以及通往目的网段的接口。如果目的主机与源主机不在同一网段，报文需要先转发到网关，然后通过网关将报文转发到目的网段。
  • 网关是指接收并处理本地网段主机发送的报文并转发到目的网段的设备。为实现此功能，网关必须知道目的网段的路由。网关设备上连接本地网段的接口地址即为该网段的网关地址。

5、IP地址分类 (有类编址)

为了方便IP地址的管理及组网，IP地址分成五类：

A/B/C类默认网络掩码

A类：8 bit，  0.0.0.0~127.255.255.255/8

B类：16 bit，128.0.0.0~191.255.255.255/16

C类：24 bit，192.0.0.0~223.255.255.255/24

• 为了方便IP地址的管理及组网，IP地址分成五类：
  • A、B、C、D、E类的类别字段分别是二进制数0、10、110、1110、1111，通过网络号码字段的前几个比特就可以判断IP地址属于哪一类，这是区分各类地址最简单的方法。
  • A、B、C三类地址是单播IP地址 (除一些特殊地址外)，只有这三类地址才能分配给主机接口使用。
  • D类地址属于组播IP地址。
  • E类地址专门用于特殊的实验目的。
  • 本节内容，只关注A、B、C三类地址。
• A、B、C类地址比较：
  • 使用A类地址的网络称为A类网络；使用B类地址的网络称为B类网络；使用C类地址的网络称为C类网络。
  • A类网络的网络号为8 bit，个数很少，但所允许的主机接口的个数很多；首位恒定为0，地址空间为：0.0.0.0~127.255.255.255。
  • B类网络的网络号为16 bit，介于A类和C类网络之间；首两位恒定为10，地址空间为：128.0.0.0~191.255.255.255。
  • C类网络的网络号为24 bit，个数很多，但所允许的主机接口的个数就很少；首三位恒定为110，地址空间为：192.0.0.0~223.255.255.255。
• 注：
  • 主机 (Host)，通常指路由器和计算机的统称。并且常把主机的某个接口的IP地址简称为主机IP地址。
  • 组播地址：组播能实现一对多传递消息。

6、IP地址类型

我们通常把一个网络号所定义的网络范围称为一个网段。

网络地址：用于标识一个网络。

例如：192.168.10.0/24

192.

168.

10.

00000000

广播地址：用于向该网络中的所有主机发送数据的特殊地址。

例如：192.168.10.255/24

192.

168.

10.

11111111

可用地址：可分配给网络中的节点或网络设备接口的地址。

例如：192.168.10.1/24

192.

168.

10.

00000001

• 网络地址
  • 网络号为X，主机号的每个比特都为0。
  • 不能分配给具体的主机接口使用。
• 广播地址
  • 网络号为X，主机号的每个比特都为1。
  • 不能分配给具体的主机接口使用。
• 可用地址
  • 又称主机地址，可用分配给具体的主机接口使用。
• 一个网段可用地址数量计算：

一个网段的主机位为n位，则IP地址数为：2ⁿ，可用IP地址数为：2ⁿ-2 (减去网络地址和广播地址)。

7、私网IP地址

公网IP地址：IP地址是由IANA统一分配的，以保证任何一个IP地址在Internet上的唯一性。这里的IP地址是指公网IP地址。

私网IP地址：实际上一些网络不需要连接到Internet，比如一个大学的封闭实验室内的网络，只要同一网络中的网络设备的IP地址不冲突即可。在IP地址空间里，A、B、C三类地址中各预留了一些地址专门用于上述情况，称为私网IP地址。

• 为了解决IP地址短缺的问题，提出了私有地址的概念。私有地址是指内部网络或主机地址，这些地址只能用于某个内部网络，不能用于公共网络。
  • 公网IP地址：连接到Internet的网络设备必须具有由ICANN分配的公网IP地址。
  • 私网IP地址：私网IP地址的使用使得网络可以得到更为自由地扩展，因为同一个私网IP地址是可以在不同的私有网络中重复使用的。

私有网络连接到Internet：私有网络由于使用了私网IP地址，是不允许连接到Internet的。后来在实际需求的驱动下，许多私有网络也希望能够连接到Internet上，从而实现私网与Internet之间的通信，以及通过Internet实现私网与私网之间的通信。私网与Internet的互联，必须使用网络地址转换 (NAT)技术实现。

1. • NAT (Network Address Translation)，网络地址转换，其基本作用是实现私网IP地址与公网IP地址之间的转换。
   • IANA (Internet Assigned Numbers Authority)，因特网地址分配组织。

8、特殊IP地址

IP地址空间中，有一些特殊的IP地址，这些IP地址有特殊的含义和作用，举例如下。