IP协议规定的IP地址

IP协议规定的IP地址

IP地址分为两个部分

• 网络号：保证相互连接的两个网段具有不同的标识。
• 主机号：同一网段内，主机之间具有相同的网络号，但是必须有不同的主机号。

说明

• 不同的子网其实就是把网络号相同的主机放到一起。
• 如果在子网中新增一台主机，则这台主机的网络号和这个子网的网络号一致，但是主机号必须不能和子网中的其他主机重复。
• 通过合理设置主机号和网络号, 就可以保证在相互连接的网络中，每台主机的IP地址都不相同。
• 手动管理子网内的IP，是一个相当麻烦的事情。有一种技术叫做DHCP，能够自动的给子网内新增主机节点分配IP地址, 避免了手动管理IP的不便。一般的路由器都带有DHCP功能，因此路由器也可以看做一个DHCP服务器。

在IP协议中规定了一个IP地址由4个字节组成，如192.168.1.1，其可以转换为相应的二进制。

在IP协议中定义了A、B、C、D共4种主要的地址类。

• A类地址：0.0.0.0到127.255.255.255
  第一位固定为0，第一个字节(前8位)为网络标识符，用来标识网络，其余3个字节用来标识网络中的主机，因此最多有127个A类网络，每个A类网络可以容纳1700万台主机。
• B类地址：128.0.0.0到191.255.255.255
  前两位固定为10，第一个和第二个字节(前16位)为网络标识符，用来标识网络，其余2个字节用来标识网络中的主机，因此最多有16000个B类网络，每个B类网络可以容纳65000台主机。
• C类地址：192.0.0.0到223.255.255.255
  前三位固定为110，前三个字节(前24位)为网络标识符，用来标识网络，最后一个字节用来标识网络中的主机，因此最多有200万个C类网络，每个C类网络可以容纳254台主机。
• D类地址：224.0.0.0到239.255.255.255
  前四位固定为1110， D类地址是多目地址，用于标识在网络上运行分布式应用的一群主机，因此，D类主机并不标识一个在线的主机。
• E类地址： 240.0.0.0到247.255.255.255

对于一个给定的IP地址可以很容易地判别出其地址类别、网络地址和节点地址。

随着 Internet 的飞速发展，这种划分方案的局限性很快显现出来，于是提出了新的划分方案，称为CIDR(Classless Interdomain Routing)

子网掩码

• 引入一个额外的子网掩码(subnet mask)来区分网络号和主机号。
• 子网掩码也是一个32位的正整数，通常用一串 “0” 来结尾。
• 将IP地址和子网掩码进行 “按位与” 操作，得到的结果就是网络号，主机号从全0到全1就是子网的地址范围。
• 网络号和主机号的划分与这个IP地址是A类、B类还是C类无关

IP地址和子网掩码还有一种更简洁的表示方法，例如140.252.20.68/24，表示IP地址为140.252.20.68，子网掩码的高24位是1，也就是255.255.255.0。

特殊的IP地址

• 将IP地址中的主机地址全部设为0，就成为了网络号，代表这个局域网。
• 将IP地址中的主机地址全部设为1，就成为了广播地址， 用于给同一个链路中相互连接的所有主机发送数据包。
• 127.*的IP地址用于本机环回(loop back)测试，通常是127.0.0.1

CIDR在一定程度上缓解了IP地址不够用的问题（提高了利用率，减少了浪费，但是IP地址的绝对上限并没有增加）仍然不是很够用。

这时候有三种方式来解决：

• 动态分配IP地址：
  只给接入网络的设备分配IP地址，因此同一个MAC地址的设备，每次接入互联网中，得到的IP地址不一定是相同的。
• NAT技术。
• IPv6:
  IPv6并不是IPv4的简单升级版，这是互不相干的两个协议，彼此并不兼容；IPv6用16字节128位来表示一个IP地址，但是目前IPv6还没有普及。

私有IP地址和公网IP地址
如果一个组织内部组建局域网，IP地址只用于局域网内的通信，而不直接连到 Internet 上，理论上使用任意的 IP 地址都可以，但是RFC 1918规定了用于组建局域网的私有IP地址：

• 10.*，前8位是网络号，共16,777,216个地址。
• 172.16.* 到 172.31.*，前12位是网络号，共1,048,576个地址。
• 192.168.*，前16位是网络号，共65,536个地址。

其余的则称为全局IP(或公网IP)。