IP地址的学习与分析

目录

一、什么是IP地址

二、IP地址的分类与配置

2.1 IPv4地址、IPv6地址的区别

2.2 IPv4 地址的分类

三、本地私有地址 

3.1  169.254.x.x/16    本地私有地址

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一、什么是IP地址

IP地址（Internet Protocol Address）是指互联网协议地址，又称网际协议地址。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。因此，IP地址是逻辑地址，每台主机的网卡上的MAC地址才是物理地址
IP地址其实是一串32位的二进制数，为了方便我们记忆我们以8位一组进行划分，中间用小数点分割，类似：172.20.5.6（10110110.00010100.00000101.00000110）

二、IP地址的分类与配置

2.1 IPv4地址、IPv6地址的区别

IPv4和IPv6是不同类型的IP地址。它们的主要用途相同，标记不同的用户，并且让用户能通过IP进行通信。主要区别在于IPv6是最新一代的IP地址，因为IPv4地址组合的数量是有限的他终究是会耗尽的，所以开发IPV6旨在为防止IPV4彻底耗尽的解决方案

IPv4地址--32位的二进制数，由点分十进制的书写方法表示

教大家一个IP地址二进制与十进制之间的轻松转换

例：（1）将该地址 192.168.1.1 转换成二进制表示出来

以下是一串32位的二进制数，为了方便我们记忆我们以8位一组进行划分，中间用小数点分割。

其中每8位二进制中的数又可以用2^n表示，即 与2^7 ---2^0分别相对应

10101000.00000000.00000000.00000000

 128 64 32 16 8 4 2 1（2^7 ---2^0的十进制数）

10101000=128*1+64*0+32*1+16*0+8*1+0*（4+2+1）=168

10101000.00000000.00000000.00000000=168.0.0.0

同理

128*1+64*1+0*(32+16+8+4+2+1) =11000000=192

所以192.168.1.1=11000000.10101000.00000001.00000001

一个完整的IP地址需要子网掩码/网络掩码 （mask/netmask）

而配置地址时，子网掩码是必不可少的

那么ip地址中的“子网掩码”是做什么用的呢？

举个熟悉的例子

小明是大一新生，小明的学号是05510050433 20212194

小明看到另一个学号，立即可以知道另一个同学和自己是不是同班同学。

比如好看的女生小红20212133是同班同学

好看的男生小蓝20221144不是同班同学

怎么看出的呢，学号前面部分数字相同就是同班同学

学号大致分为两部分，前面部分是班级编号，后面部分是个人编号。

现在回到ip地址和子网掩码

电脑、手机  都要联网，联网就会有ip地址，ip地址一般是自动获取的，但是如果用手动配置的话，会发现必须填写子网掩码，否则是不让确认的。

子网掩码的作用，是确定ip地址所在的网段。

小明必须知道自己的班级，电脑也必须知道自己的网段。

小明学号的前4位代表班级编号，这个是学校制定的

那么ip地址的前多少位代表网段呢，这个就得看子网掩码了。

ip地址分为两部分，前面部分叫“网络位”，类似于学号中的班级编号，只要两个ip的网络位相同，那么他们就是同网段。

ip地址后面的部分叫“主机位”，代表这个主机的个体编号，类似学号中老师每次点名喊的数字。

那么两个ip是否同网段，要看他们的网络位是否相同

网络掩码的作用

区分网络位和主机位

网络位：标识此IP地址处于哪个广播域内

主机位：可以给主机分配的IP地址

子网掩码中为1 代表网络位

子网掩码中为0 代表主机位

例如：

该IP地址：192.168.1.1

其子网掩码：255.255.255.0

换算成2进制后如下

11111111.11111111.11111111.00000000

所以前24位是它的网络位，剩下的8位是主机位

表示方法为： 192.168.1.1/24

2.2 IPv4 地址的分类

根据使用场景（范围）

IPv4地址 有限地址 2^32  --约42亿

私有地址 --免费使用、本地唯一性

公有地址 --付费使用、全球唯一性

IPv4地址根据网络ID的不同分为5种类型，A类地址、B类地址、C类地址、D类地址和E类地址。

1、A类IP地址：一个A类IP地址由1字节（8位）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”， 地址范围从1.0.0.0 ~126.0.0.0。可用的A类网络有126（2^7-2）个，每个网络能容纳1亿多(2^24-2)个主机。

2、B类IP地址：一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，地址范围从128.0.0.0~191.255.255.255。可用的B类网络有16382（2^14-1）个，每个网络能容纳6万多（2^16-2）个主机 。

3、 C类IP地址：一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。范围从192.0.0.0~223.255.255.255。C类网络可达209万余(2^21-1)个，每个网络能容纳254（2^8-2）个主机。

4、 D类地址：D类IP地址第一个字节以“lll0”开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络

5、 E类IP地址：以“llll0”开始，为将来使用保留。 全零（“0.0.0.0”）地址对应于当前主机。全“1”的IP地址（“255.255.255.255”）是当前子网的广播地址。

其中ABC三类地址为单播地址、D类地址为多（组）播地址、E类地址科研使用，保留

单播地址：既可以作为源地址，也可以作为目标地址使用

多（组）播地址：只能作为目标地址去使用

主类网：默认情况下，ABC三类地址的网络位、拥有默认的子网掩码长度

A  /8    255.0.0.0

B  /16   255.255.0.0

C  /24   255.255.255.0

私有地址范围：

A：10.0.0.0/8

B：172.16.0.0/16-172.31.0.0/16

C：192.168.0.0/24-192.168.255.0/24

特殊的IP地址：

0.0.0.0/0       无效地址/默认地址/缺省地址

作用：在网络中表示所有IP地址

255.255.255.255 受限广播地址

作用：广播地址，只能作为目标地址使用，表示目标为所有IP地址

127.0.0.1        本地环回地址

作用：用于检测TCP/IP协议栈道是否能够正常的封装和解封装数据，PC在系统安装完成之后默认存在

用于检测网卡的好坏 ---使用测试连通性指令PING

Ping 127.0.0.1

三、本地私有地址 

3.1  169.254.x.x/16    本地私有地址

作用：当PC无法通过自动获取IP地址的方式获取到IP地址时，PC会自动产生一个IP地址，即169.254.x.x/16

192.168.1.0/24    主机位全 0 的地址-网络地址

主机位全0 的地址代表一个网段，代表本网段内的所有IP地址 ---xxx班全体同学

代表地址范围：192.168.1.1/24-192.168.1.255/24

此地址不能给主机使用

192.168.1.255/24  主机位全 1 的地址-广播地址

主机位全1 的地址代表本网段内的广播地址，只能作为目标地址使用；也不能给主机使用 ---xx班班群内@所有人

在一个网段内，除了主机位全0和主机位全1 的地址外，剩下的地址均可给主机使用

例1.写出192.168.1.0/24的可用地址范围、可用主机数量、以及广播地址和网络地址

可用主机数量：

254 =2^主机位-2= 2^8-2

可用地址范围：

192.168.1.1/24-192.168.1.254/24

网络地址 192.168.1.0/24

广播地址 192.168.1.255

例2. 写出172.16.3.0/16 的可用地址范围、可用主机数量、以及广播地址和网络地址

172.16.3.0/16、

可用主机数量：

65534=2^16-2

可用地址范围：

172.16.0.1/16-172.16.255.254/16

2^主机位-2

网络地址 172.16.0.0/16

广播地址 172.16.255.255/16

为了解决私有地址少，灵活应用的需求

 VLSM 可变长子网掩码 --子网划分

将原来的一个大的广播域逻辑的划分为若干个小的广播域

做法：通过借用主机位来充当网络位，实现

例1. 借1位 划分2个广播域--2个网段

192.168.1.0/24

192.168.1.00000000/24+1=25

192.168.1.10000000/24+1=25

192.168.1.0/25

可用地址范围：192.168.1.1/25-192.168.1.126/25

可用主机数量:126=2^25-2

网络地址：192.168.1.0/25

广播地址:192.168.1.127/25

192.168.1.128/25

可用地址范围：192.168.1.129/25-192.168.1.254/25

可用主机数量:126

网络地址：192.168.1.128/25

广播地址:192.168.1.255/25

例2. 借2位 划分 4个广播域--  4个网段

192.168.1.0/24

192.168.1.00000000/24+2=26

192.168.1.01000000/24+2=26

192.168.1.10000000/24+2=26

192.168.1.11000000/24+2=26

192.168.1.0/26

网络地址：192.168.1.0/26

广播地址：192.168.1.63/26

可用地址范围：192.168.1.1/26 - 192.168.1.62/26

可用地址数量：62  =  2^6-2

192.168.1.64/26

网络地址：192.168.1.64/26

广播地址：192.168.1.127/26

可用地址范围：192.168.1.65/26 - 192.168.1.126/26

可用地址数量：62  =  2^6-2

192.168.1.128/26

网络地址：192.168.1.128/26

广播地址：192.168.1.191/26

可用地址范围：192.168.1.129/26 - 192.168.1.190/26

可用地址数量：62  =  2^6-2

192.168.1.192/26

借3位 划分 8个广播域-- 8个网段

192.168.1.0/24

192.168.1.00000000/24+3=27

192.168.1.00100000/24+3=27

192.168.1.01000000/24+3=27

192.168.1.01100000/24+3=27

192.168.1.10000000/24+3=27

192.168.1.10100000/24+3=27

192.168.1.11000000/24+3=27

192.168.1.11100000/24+3=27

192.168.1.0/27

网络地址：192.168.1.0/27

广播地址：192.168.1.31/27

可用地址范围：192.168.1.1/27 - 192.168.1.30/27

可用地址数量：30  =  2^5-2

192.168.1.32/27

192.168.1.64/27

192.168.1.96/27

192.168.1.128/27

192.168.1.160/27

192.168.1.192/27

192.168.1.224/27

划分网段数量=2^借位

可用主机数量=2^主机位-2（网络地址、广播地址）

可用地址范围=网络地址+1 - 广播地址-1

划分网段之间的关系：

简便算法：

首先：必须要找到首段地址，之后递增网段，递增的数值就是借位的最低位（最右边那位）的代表数字（也就是掩码：例：/27 就是第27位的代表数字）

172.16.00000001.00000000/22 借3位 --8个网段
172.16.0.0/25

172.16.0.128/25

172.16.1.0/25

172.16.1.128/25

172.16.2.0/25

172.16.2.128/25
172.16.3.0/25

172.16.3.128/25

（2）CIDR 无类域间路由---汇总

将多个小的广播域汇总为一个大的广播域

做法：母网号一致，取相同位，去除不同位

192.168.00000001.0/24

192.168.00000010.0/24

192.168.00000011.0/24

192.168.0.0/24

前22位相同：

192.168.0.0/22  < 24

超网--汇总后的子网掩码长度小于主类网的子网掩码长度

主类网---默认的子网掩码长度

C类 /24