IP地址详解
IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》 (opens new window)
分类的IP地址
概述
IP 地址是给每个连接在因特网上的主机(或路由器)分配一个在全世界范围是惟一的32 bit的标识符。
IP 地址现在由因特网名字与号码指派机构ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。
IP地址的编址经历三个历史阶段
- 分类的IP地址。 ———— 最基本的编址方法
- 子网的划分。 ———— 对最基本的编址方法的改进
- 构成超网。 ———— 新的无分类编址方法
分类IP地址
本文只讨论最基本的分类IP地址
所谓“分类的IP地址”就是将IP地址划分为若干个固定类,每一类地址都由俩个固定长度的字段组成。
- 网络号(net-id):它标志着主机(或路由器)所连接到的网络。一个网络号在整个互联网范围内必须是唯一的。
- 主机号(host-id):一台主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。因此一个IP地址在整个互联网范围内都是唯一的。
IP地址 ::= {<网络号>,<主机号>}
IP地址分类
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。
A类地址
- 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。
- 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。
- A类网络默认子网掩码为255.0.0.0,也可写作/8。
- 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全部为1的地址为广播地址,这2个地址是不能分配给主机用的。
B类地址
- 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。
- B类地址范围:128.0.0.0 - 191.255.255.255。
- B类网络默认子网掩码为255.255.0.0,也可写作/16。
- B类网络最大主机数量256×256-2=6554。
C类地址
- C类地址第1字节(最高位固定是110)、第2字节和第3个字节,另外1个字节为主机地址。
- C类地址范围:192.0.0.0 - 223.255.255.255。
- C类网络默认子网掩码为255.255.255.0,也可写作/24。
- C类网络最大主机数量256-2=254。
D类地址
- 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。
- D类地址用于组播(也称为多播)的地址,无子网掩码。
- D类地址范围:224.0.0.0 - 239.255.255.255。
E类地址
- 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。
- E类地址范围:240.0.0.0 - 255.255.255.255。
其中240.0.0.0-255.255.255.254作为保留地址,主要用于Internet试验和开发,255.255.255.255作为广播地址。
画出思维导图进行总结:
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)是本机回送地址(Loopback Address),即主机IP堆栈内部的IP地址。
- 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:
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,有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。这些地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**.0.0.0~10.255.255.255 掩码 255.0.0.0,保留了1个A类网络。
- B类**:172.16**.0.0~172.31.255.255 掩码 255.255.0.0,保留了16个B类网络。
- C类**:192.168.0**.0~192.168.255.255 掩码 255.255.255.0,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:
IP地址与MAC地址
IP地址与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),而MAC地址应用在OSI第二层(数据链路层)。
IP地址与MAC地址的作用和关系
IP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的另一个节点上。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,通过中间节点传送,从而最终到达目的网络。
IP地址和子网掩码
子网掩码计算
有一个C类地址为: 192.9.200.13 其缺省的子网掩码为: 255.255.255.0
IP地址 192.9.200.13, 转换为二进制11000000 00001001 11001000 00001101
子网掩码255.255.255.0,转换为二进制11111111 11111111 11111111 00000000
网络号计算方法: 将两个二进制数做按位与(&)运算后得出的结果即为网络号,即网络号为192.9.200.0
主机号计算方法:将子网掩码取反再与IP地址按位与(&)后得到的结果即为主机号,即主机号为13(或者0.0.0.13)
IPv4与IPv6地址格式
IPv4地址
IPv4地址长32位,采用点分十进制表示,四段八位二进制数。
A类:A类地址范围:1.0.0.0 - 126.255.255.255
IPv6地址
IPv6地址有3种格式:首选格式、压缩表示和内嵌IPv4地址的IPv6地址表示。
首选格式
IPv6的地址长度是128位(bit),将这128位的地址按每16位划分为一个段,将每个段转换成十六进制数字,并用冒号隔开。
2000:0000:0000:0000:0001:2345:6789:abcd
压缩表示
如果一个以冒号十六进制数表示法表示的IPv6地址中,如果几个连续的段值都是0,那么这些0可以简记为::。每个地址中只能有一个::。
2001:DB8:0:0:8:800:200C:417A
可以压缩为:
2001:DB8::8:800:200C:417A
内嵌IPv4地址的IPv6地址表示
在这种表示方法中,IPv6地址的第一部分使用十六进制表示,而IPv4地址部分是十进制格式:
有两种内嵌IPv4地址的IPv6地址表示:
IPv4兼容IPv6地址: 0:0:0:0:0:0192.168.1.2
IPv4映射IPv6地址: 0:0:0:0:0FFFF:192.168.1.2或::FFFF:192.168.1.2