【网络】- TCP/IP四层(五层)协议 – 网际层(网络层) – IP地址


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一、概述

上篇文章简单介绍了网际协议IP。网际协议 IP 大致分为三大作用模块, ①IP寻址、 ②路由(最终节点为止的转发) 、③IP分包与组包。
这篇文章主要详细介绍IP地址的基础知识。包括IP地址的组成、分类、广播地址、多播、子网掩码等。

在用 TCP/IP 通信时, 用 IP地址 识别主机和路由器。 为了保证正常通信, 有必要为每个设备配置正确的IP地址。 在互联网通信中, 全世界都必须设定正确的IP地址。 否则, 根本无法实现正常的通信。

因此, IP地址就像是TCP/IP通信的一块基石。
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二、IP地址的定义

IP地址(IPv4地址) 由32位正整数来表示,在计算机内部以二进制(二进制是指用0、 1表示数字的方法)方式被处理。

现实中,更常使用点分十进制来表示IP地址,也就是将32位的IP地址以每8位为一组,分成4组, 每组以“.”隔开, 再将每组数转换为十进制数。
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将表示成IP地址的数字整体计算, 会得出如下数值。

2

32

2^{32}

232 = 4294967296 。从这个计算结果可知, 最多可以允许43亿台计算机连接到网络。但是有些主机包含多个网卡,要设置多个IP地址,这样的话,可用的IP地址就变少了。而且,IP地址分成 网络部分 和 主机部分,使IP地址的可用个数又少了许多。那怎么解决这个IP地址个数的问题呢?可以使用 IPv6 将 IP 地址个数增多,但现在普遍使用的还是NAT技术(一种使用私有地址的技术,后面的文章会讲)。

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三、IP地址的组成

IP地址由 网络标识(网络地址) 和 主机标识(主机地址)两部分组成。网络标识 在数据链路的每个段配置不同的值,也就是常用来区分网段的标识,相同段内相连的主机必须有相同的 网络地址主机地址 则不允许在同一网段内重复出现。

那么,在32位的IP地址中,网络地址主机地址 分别占用多少位呢?
最初,网络地址 和 主机地址 占用的位数,以分类方式进行区别。 而现在基本以子网掩码(网络前缀) 区分,子网掩码可以让用户设置 网络地址 和 主机地址 的占用位数,例如:192.168.128.10/24的24就表示子网掩码有24位,也表示网络地址占用24位。
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四、IP地址的分类

IP地址根据从第1位到第4位的比特列对其 网络标识 和 主机标识 进行区分,总共分为5类:

  • A类地址:前8位是 网络地址(网络号),剩下24位是 主机地址(主机号);
    网络地址 的首位以0开头,剩余7位,总共有

    2

    7

    2^{7}

    27=128个,用点分十进制表示A类网络地址范围为:0.0.0.0 ~ 127.0.0.0,其中0.0.0.0是个保留地址,意思为本网络;127.x.x.x的地址保留作为本地软件环回测试,例如,127.0.0.1就是环回地址。总共可用数位126个。
    主机地址

    2

    24

    2^{24}

    224=16,777,216个,减去x.0.0.0x.255.255.255,所以有 16,777,214 个。

  • B类地址:前16位是 网络地址(网络号),剩下16位是 主机地址(主机号);
    网络地址 的前两位以10开头,剩余14位,总共有

    2

    14

    2^{14}

    214=16384个,用点分十进制表示B类网络地址范围为:128.0.0.0 ~ 191.255.0.0,其中128.0.0.0不可使用,可使用的B类最小地址为128.1.0.0,总共可用网络地址数位

    2

    14

    2^{14}

    214-1=16383个。
    主机地址

    2

    16

    2^{16}

    216=65536个,减去x.x.0.0x.x.255.255,所以有 65534 个。

  • C类地址:前24位是 网络地址(网络号),剩下8位是 主机地址(主机号);
    网络地址 的前三位以110开头,剩余21位,总共有

    2

    21

    2^{21}

    221=2,097,152个,用点分十进制表示C类网络地址范围为:192.168.0.0 ~ 239.255.255.0,其中192.0.0.0不可使用,可使用的B类最小地址为192.0.1.0,总共可用网络地址数位

    2

    21

    2^{21}

    221-1==2,097,151个。
    主机地址

    2

    8

    2^{8}

    28=256个,减去x.x.x.0x.x.x.255,所以有 254个。

  • D类地址:32位都是 网络地址(网络号),没有主机地址,常用于 多播
    网络地址 的前四位为1110开头,剩余28位,总共有

    2

    28

    2^{28}

    228=268,435,456个,用点分十进制表示C类网络地址范围为:224.0.0.0 ~ 239.255.255.255。

  • E类地址:前四位为1111开头,未使用,保留。
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五、广播地址

广播地址用于在同一个链路(网段)中相互连接的主机之间发送数据包。

将IP地址中的主机地址部分全部设置为1, 就成为了广播地址,例如192.168.1.255/24就是一个广播地址。

同样的,将MAC地址的所有位都设置为1,则形成FF:FF:FF:FF:FF:FF的广播地址,广播的IP包以数据链路的帧的形式发送时,需要通过MAC地址为全1比特的FF:FF:FF:FF:FF:FF转发。

广播分为本地广播和直接广播两种。在本网络内的广播叫做本地广播,在不同网络之间的广播叫做直接广播。


参考资料:
《计算机网络》第7版 谢希仁 编著
《图解TCP/IP》第5版
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主机的定义应该是指“配置有IP地址, 但是不进行路由控制的设备。既配有IP地址又具有路由控制能力的设备叫做“路由器”,而节点则是主机和路由器的统称。

本图文内容来源于网友网络收集整理提供,作为学习参考使用,版权属于原作者。
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