【技术篇】IP寻址与地址解析

（一）IP地址概述

1.1 IP地址

IP地（Internet Protocol Address），缩写为IP Adress，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一个逻辑地址，常见的IP地址，分为IPv4与IPv6两大类，当前广泛应用的是IPv4，目前IPv4几乎耗尽，下一阶段必然会进行版本升级到IPv6；如无特别注明，一般我们讲的的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段，如果是不同网段，则转发数据包。

1.2 IP地址的格式和表示

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）
每一段8位二进制，中间使用英文的标点符号“.”隔开

由于二进制数太长，为了便于记忆和识别，把每一段8位二进制数转成十进制，大小为0至255。
     IP地址的这种表示法叫做“点分十进制表示法”。
     IP地址表示为：xxx.xxx.xxx.xxx
     举个栗子：210.21.196.6就是一个IP地址的表示。

②理解2的指数幂

2的幂也称为2的指数，还可以称为2的次方，如2的2次方、2的3次方等等，任何数的0次方都等于1。
在IP地址中，0次方到7次方刚好为8位，这对于IP地址二进制转换为十进制非常方便。
举个栗子：11010010 = 1×2^7+1×2^6+0×2^5+1×2^4+0×2^3+0×2^2+1×2^1+0×2^0 = 128+64+0+16+0+0+2+0 = 210

1.3 IP地址的组成

IP地址=网络地址+主机地址，如下：

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。

（二）IP地址的分类

2.1 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。

①、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。

②、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。

③、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。

④、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。

⑤、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。

2.2 IP地址分类图

（三）保留的特殊IP地址

3.1 不能分配给主机用的些特殊IP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。

3.2 保留的特殊IP地址思维导图

（四）公网和私网IP地址

4.1 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。

4.2 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：10.0.0.0 255.0.0.0，保留了1个A类网络。
B类：172.16.0.0 255.255.0.0～172.31.0.0 255.255.0.0，保留了16个B类网络。
C类：192.168.0.0 255.255.255.0～192.168.255.0 255.255.255.0，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

4.3 公网和私网IP地址思维导图

（五）子网掩码

5.1 子网掩码是什么？

与IP地址一样，子网掩码也由32个二进制位组成，对应IP地址的网络部分用1表示，对应IP地址的主机部分用0表示，通常也是用四个点分开的十进制数表示。当为IP网络中的节点分配IP地址时，也要一并给出每个节点所使用的子网掩码。对A、B、C这三类地址来说，通常情况下都使用默认子网掩码。

A类地址的默认子网掩码是255.0.0.0

B类地址的默认子网掩码是255.255.0.0

C类地址的默认子网掩码是255.255.255.0

有了子网掩码后，只要把IP地址和子网掩码作逻辑“与”运算，所得的结果就是IP地址的网络地址。计算出网络ID就可以判断不同的IP地址是否位于同一个网段了。

使用点分十进制的形式表示掩码书写比较麻烦，为了书写简便经常使用位计数形式表示掩码。为计数形式是地址后加“/”，“/”后面是网络部分的位数，即二进制掩码中1的个数。eg: IP地址192.168.1.100，掩码255.255.255.0，可以表示192.168.1.100/24。

5.2 为什么要使用子网掩码

虽然A、B、C类IP地址可以提供大约37亿个主机地址，但是网络号并不是很多。前面学习过的IP地址可以提供A类网络126个、B类网络大约1600个、C类网络大约2000000个，所以随着Internet的快速发展，接入Internet的站点越来越多，导致IP地址资源越来越少，为了更好的利用现有的IP地址资源，减少浪费，可以把IP地址进一步划分为更小的网络来减少网络流量、优化网络性能、简化管理、覆盖更广的地理面积。

经过子网划分后，IP地址的子网掩码不再是具有标准IP地址的掩码，由此IP地址可以分以下两类：

有类地址：标准的IP地址（A、B、C三类）属于有类地址。例如：A类地址掩码8位，B类地址掩码16位，C类地址掩码24位，都属于有类地址。

无类地址：为了更灵活的使用IP地址，需要根据需求对IP地址进行子网划分，使得划分后的IP地址不再具有有类地址的特征，这些地址称为无类地址。

5.3 IP子网划分原理

子网划分是通过子网掩码的变化实现的，不同的子网掩码可以分割出不同的子网。具体到IP地址就是将主机位划到网络位，也就是把子网掩码的分界线向后挪两位（即租位或借位）就能实现；

5.4 子网划分常见问题

选定的子网掩码将创建多少个子网?

2^x个，其中x是子网掩码借用的主机位数。如：192.168.10.32/28，我们知道C类ip的默认子网掩码为：255.255.255.0，而由上文的CIDR知识，我们了解到这个ip的实际子网掩码是：255.255.255.240。原本最后一个字节应该是0（00000000），现在却是240（11110000）。故其借用了主机位4位来充当网络位。

每个子网可包含多少台主机?

2^y-2台，其中y是没被借用的主机位的位数。-2是因为，主机位全为0的部分是这个子网的网段号（Net_id），全为1的部分是这个网段的广播地址。

有哪些合法的子网?

算出子网的步长（增量）。一个例子是256-192 = 64，即子网掩码为192时，步长为64。从0开始不断增加剧，直到到达子网掩码值，中间的结果就是子网，即0、64、128和192，

每个子网的广播地址是什么?

主机位全为1就是该子网的广播地址。一般我们这样计算：广播地址总是下一个子网前面的数.前面确定了子网为0、64、128和192，例如，子网0的广播地址为63，因为下一个子网为64;子网64的广播地址为127，因为下一个子网为128，以此类推。请记住，最后一个子网的广播地址总是255

每个子网可包含哪些主机地址?

合法的主机地址位于两个子网之间，但全为0和全为1的地址除外。例如，如果子网号（网段号）为64，而广播地址为127，则合法的主机地址范围为65-126，即子网地址和广播地址之间的数字。

5.5 案例分析【已知网络地址和子网掩码，求子网划分结果】

案例一：
题目描述：255.255.255.128 (/25) 中 128的二进制表示为10000000，只有1位用于定义子网，余下7位用于定义主机。这里将对C类网络192.168.10.0进行子网划分。网络地址=192.168.10.0 子网掩码=255.255.255.128
回答五大问题：

多少个子网?

在128( 10000000 )中，取值为1的位数为1，借用了一位主机位，因此答案为2^1=2。

每个子网多少台主机?

有7个主机位取值为o( 10000000)，还剩下7位主机位，因此答案是2^7-2= 126台主机。

有哪些合法的子网?

256 -128 = 128。也就是子网的增量是128.因此子网为0和128

每个子网的广播地址是什么?

在下一个子网之前的数字中，所有主机位的取值都为1，是当前子网的广播地址。对于子网0，下一个子网为128，因此其广播地址为127

每个子网包含哪些合法的主机地址?

合法的主机地址为子网地址和广播地址之间的数字。要确定主机地址，最简单的方法是写出子网地址和广播地址，这样合法的主机地址就显而易见了。

下面我分别用图表和图画来表示该子网划分，以希望大家能有一个更深刻的理解。

案例二：
题目描述： 255.255.255.192 (/26) 中在第二个示例中，我们将使用子网掩码255.255.255.192对网络192.168.10.0进行子网划分。网络地址=192.168.10.0 子网掩码=255.255.255.192
回答五大问题：

多少个子网?

在192(11000000)中，取值为1的位数为2，因此答案为2^2=4个子网。

每个子网多少台主机?

有6个主机位的取值为o(11000000)，因此答案是2^6-2=62台主机

有哪些合法的子网?

256 -192 = 64。所以子网的步长[增量]为64，因此子网为0、64、128和192

每个子网的广播地址是什么?

在下一个子网之前的数字中，所有主机位的取值都为1，是当前子网的广播地址。对于子网0，下一个子网为64，因此其广播地址为63。以此类推。

合法的主机地址有哪些?

合法的主机地址为子网地址和广播地址之间的数字。要确定主机地址，最简单的方法是写出子网地址和广播地址，这样合法的主机地址就显而易见了。

下面我分别使用图表和图画来更形象的展示这五大问题的答案。

更多案例分析参考：https://blog.csdn.net/gui951753/article/details/79412524

【参考文章：https://blog.csdn.net/gui951753/article/details/79412524；https://blog.51cto.com/6930123/2112403】