浅析IP地址、子网掩码、MAC地址

1.IP地址

1.简介

IP地址（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。

2.组成

IP地址 = 网络地址 + 主机地址     比如：

3. 分类

在早期为了适应大型，中型，小型等不同的网络，ip地址在设计出来时被分成几类，分类地址的不同之处在于表示网络的位数和主机的位数。
所有的ip地址被分成A，B，C，D，E这五大类，其中A，B，C类地址经常使用，而D和E类是特殊地址，不经常使用。

（1）A类IP地址

一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”，
可用的A类网络有126个，每个网络能容纳1677214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”，
可用的B类网络有16384个，每个网络能容纳65534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”
C类网络可达2097152个，每个网络能容纳254个主机

（4） D类IP地址

D类IP地址第一个字节以“1110”开始，它是一个专门保留的地址。
它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播（Multicast）中
多点广播地址用来一次寻址一组计算机

（5）E类IP地址

E类IP地址第一个字节以“1111”开始，为将来使用保留
E类地址保留，仅作实验和开发用

net-id：表示网络号字段，host-id：表示主机号字段
网络号和主机号加起来是32位，即4个字节（1个字节 = 8位 = 8bit（比特）），正好表示一个ip地址，我们可以根据net-id来判断ip地址是属于哪一类。
网络号：主机当前处于哪一个网段，主机号：该网段下的哪一台主机
也就是说，通过ip地址的网络号和主机号可以找到某一个网段下的某一台主机。

4.公有IP地址与私有IP地址

根据用途和安全性级别的不同，IP地址还可以大致分为两类：公共地址和私有地址。
公用地址在Internet中使用，可以在Internet中随意访问。
私有地址只能在内部网络中使用，只有通过代理服务器才能与Internet通信。

（1）共有IP地址

共有IP地址（外网/公网）是在Internt（互联网）中使用的IP地址，即为除了保留IP地址以外的IP地址，可以与Internet上的其他计算机随意互相访问。我们通常所说的IP地址，其实就是指的公网IP。
互联网上的每台计算机都有一个独立的IP地址，该IP地址唯一确定互联网上的一台计算机。这里的IP地址就是指的公网IP地址。

（2）私有IP地址

私有IP地址（内网/私网）是在本地局域网中使用的IP地址，属于非注册地址，专门为组织机构内部使用，这些地址是不会被Internet分配的，
它们在Internet上也不会被路由，虽然它们不能直接和Internet网连接，但通过技术手段仍旧可以和Internet通讯（NAT网络地址转换）。
我们企业或家庭内部组建局域网用的IP，一般都会用私有IP。

（3）区别

1.公网IP是在Internet上使用的，而私有IP是在局域网中使用的。
2.公网IP在全球内是唯一的，而私有IP可以重复。

5.互联网与局域网

（1）互联网

互联网（internetwork，简称internet）是由一些使用公用语言互相通信的计算机连接而成的网络，
即广域网、局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络。
互联网又称因特网，是全球性的网络，是一种公用信息的载体，这种大众传媒比以往的任何一种通讯媒体都要快。

（2）局域网

局域网（Local Area Network，LAN）是在一个局部的地理范围内（如一个学校、工厂和机关内），
一般是方圆几千米以内，将各种计算机，外部设备和数据库等互相联接起来组成的计算机通信网。
局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成。

（3）区别

两者主要区别是包括的范围大小不同，也可能是包含关系，也可能不是。

6.各类IP地址的范围

（1）全部IP地址的范围

类型	范围	默认掩码
A	0.0.0.0 - 127.255.255.255	255.0.0.0/8
B	128.0.0.0 - 191.255.255.255	255.255.0.0/16
C	192.0.0.0 - 223.255.255.255	255.255.255.0/24
D	224.0.0.0 - 239.255.255.255	无
E	240.0.0.0 - 247.255.255.255	无

（2）公有IP地址的范围

类型	范围
A	1.0.0.0-9.255.255.255	11.0.0.0-126.255.255.255
B	128.0.0.0-172.15.255.255	172.32.0.0-191.255.255.255
C	192.0.0.0-192.168.255.255	192.169.0.0-223.255.255.255

（3）私有IP地址的范围

类型	范围
A	10.0.0.0～10.255.255.255
B	172.16.0.0～172.31.255.255
C	192.168.0.0～192.168.255.255

2.子网掩码

1.简介

子网掩码(subnet mask)又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码。
子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。
子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。

2.IP地址与子网掩码的关系

IP地址与子网掩码唯一的关系就是：子网掩码是用来判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络的根据。
简单的理解，就是两台计算机各自的IP地址与子网掩码进行AND运算后，如果得出的结果是相同的，则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的，可以进行直接的通讯。

3.MAC地址

1.简介

MAC（Media Access Control）介质访问控制地址，或称为物理地址，也叫硬件地址，MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡，一台设备若有一或多个网卡，则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址。
MAC地址是网卡出厂时设定的，是固定的。但可以通过在设备管理器中或注册表等方式修改，同一网段内的MAC地址必须唯一。MAC地址采用十六进制数表示，长度是6个字节（48位），分为前24位和后24位。

前24位：组织唯一标志符（Organizationally Unique Identifier，即OUI），是由IEEE的注册管理机构给不同厂家分配的代码，区分了不同的厂家。
后24位：由厂家自己分配的，称为扩展标识符。同一个厂家生产的网卡中MAC地址后24位是不同的。

2.IP地址与MAC地址的区别

1.长度不同：IP地址为32位（二进制），MAC地址为48位（十六进制）。
2.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。
3.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）。

3.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  ---->  MAC）。

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