前言

IP相关的内容，看了很容易忘，忘了又要重新梳理，趁着学习网络知识，记录一下IP的一些知识点。


定义

IP地址（一般说的是IPv4）是由32位表示，IP地址在计算机内部是二进制的表示方式，每8位一组，使用点(.)分割。为了便于我们识别，会使用十进制进行表示：

例如：


组成

IP地址由两部分组成：网络地址 和 主机地址（或网络标识 & 主机标识）。

在给主机或网络设备配置IP时，需要保障不同网段之间的网络标识不能相同；同一个网段（相同网络标识）的主机地址不能重复；


分类

一个IP地址，包括了两种分类方式：
1、按最初的分类方式包括了A、B、C、D类地址；
2、现在基本上按子网掩码（网络前缀）进行区分。

最初的分类方式

是根据IP地址的前1到4位的区分，同时指定不同的网络和主机标识。

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如图

  • A类地址
    网络标识用十进制表示：0.0.0.0 - 127.0.0.0（共128个）
    主机地址有24位：2的24次方有16777216个。

网络地址中，最小的和最大的都是保留地址，不可分配，可用数量要 -2。
每个网络地址的主机地址中，最小的和最大的都是保留地址（全是0用于对应的网络地址或IP地址不可获知的情况下使用，全是1的用于广播），可用数量要 -2。

如A类网络地址 0000 0000(+主机地址) 和 0111 1111(+主机地址) 保留，可用网络地址为128 - 2 = 126。
如A类主机地址 (网络地址+)0000 0000, 0000 0000, 0000 0000 和 (网络地址+)1111 1111, 1111 1111, 1111 1111保留，可用主机地址为16777216 - 2 = 16777214。


  • B类地址
    网络标识用十进制表示：128.0.0.0 - 191.255.0.0（共2的14次方=16384个）
    主机地址有16位。

其中10000000十进制128，10111111十进制191）


  • C类地址
    网络标识用十进制表示：192.0.0.0 - 223.255.255.0，网络位有24位，3位固定，所以共2的21次方=2097152个。

主机位有8位，每个网络地址下有 2的8次方256个，256 - 2 = 254个可用地址。


  • D类地址
    网络地址用十进制表示为：224.0.0.0 - 239.255.255.255 ，D类地址没有主机地址，常用于广播。

子网掩码分类方式

如果直接使用分类地址进行分配的话，例如1家公司给分配个A类地址，那么它可以容纳 16777214 个主机进行相连于同一个链路，但是实际上一般并不会有这么大的计算机需要进行相连。这就间接造成了ip的浪费。随着互联网的覆盖范围扩大，网络地址会越来越不足以应用需求。为此出现了一种新的组合方式减少这种浪费。

使用子网掩码进行划分网络地址和主机地址。实际上就是用于将一个A、B、C类IP地址划分成多个子网。

扩展，看下网段、局域网、子网的区别：

  • 网段
    是物理层的定义，使用相同的物理设备相连（如中继器、集线器等），能够直接进行通讯。（如果是网桥、路由器相连的设备便不是同一个网段）
  • 局域网
    是数据链路层的概念，是二层可达的网络（即不需要三层网络设备如路由器的网络），可以理解成小范围网络。网桥、二层交换机是二层设备。
  • 子网
    是网络层的概念，三层可达的网络，和局域网没有直接的关系，一般是把一个IP分成多个小范围网络，形成子网，子网之间需要三层设备，如路由器、三层交换机、IP网关。

我们可以通过ip地址与子网掩码相与，来确定多个ip是否同一个子网。

子网掩码用1表示一个ip的网络标识部分。也是用32位进行表示。即一个IP的子网掩码对应于：网络地址部分全是1 + 主机地址部分全是0。例如：
IP地址：172.20.100.52 这个ip地址，前26位表示网络地址，那么其子网掩码为：255.255.255.192

192 对应的二进制：1100 0000
172.20.100.52 对应的二进制：1010 1100, 0001 0100, 0110 0100, 0011 0100。
255.255.255.192 对应的二进制：1111 1111, 1111 1111, 1111 1111, 1100 0000。

子网掩码的另一种表示方式是在IP地址后面加 “/数字”，数字表示IP网络地址的长度。如上面的ip地址：172.20.100.52 /26


举例：使用子网掩码划分子网
有一家公司有4个部门，每个部门40台电脑，如果将每个部分划分子网，那么假设网段为 192.168.1.0，该如何划分。
192.168.1.0 这个网段共有256个地址，256/4 = 64，那么每个子网需要64个地址（大于40），2的6次方为64，所以子网掩码应该由6个0结尾（即有6位主机地址）：255.255.255.192。每个网络地址下，主机部分去掉最大和最小值，即64-2=62个。
那么第1个子网的网络地址范围： 192.168.1.1 - 192.168.1.63
第2个子网的网络地址范围： 192.168.1.65 - 192.168.1.126
第3个子网的网络地址范围： 192.168.1.129 - 192.168.1.190
第4个子网的网络地址范围： 192.168.1.193 - 192.168.1.254


CIDR & VLSM

CIDR（Classless Inter-Domain Routing），无类型域间选址。
它可以将例如多个C类地址划分到同一个较大的网络中，这样可以降低路由器的负担。

例如将 203.183.224.1 和 203.183.225.254 两个C类地址合并到同一个网络中。
110010111, 10110111, 11100000, 00000001（203.183.224.1）
110010111, 10110111, 11100001, 11111110（203.183.225.254）

那么，设定23位网络标识，9位主机标识，对应子网掩码：255.255.255.128


VLSM（Variable Length Subnet Mask），可变长子网掩码。
例如不同部门（子网）需要不同的主机数量，那么可以通过使用不同子网掩码长度的方式来提高IP的利用率。


全局地址和私有地址

一开始，在互联网中，任何一台主机或者路由器必须有唯一的ip地址。会有两个问题：IP不能冲突，冲突就会导致收发数据问题；IP不够用。

于是出现了一种新的技术：NAT（Network Address Translation），用于本地网络中使用的私有地址，在连接互联网时转换成全局IP的技术。

私有IP，地址范围包括如下：
10.0.0.0 - 10.255.255.255 （10 /8）
127.16.0.0 - 127.31.255.255 （127.16 /12）
192.168.0.0 - 192.168.255.255 （192.168 /16）
全局IP：可以理解成公网IP（除了私有ip外的地址），可以与互联网互通的IP。

私有IP不需要保证互联网范围内唯一，只需要保证子网络内不同ip不会互相影响即可。


总结

一个IP地址包括了网络地址和主机地址。IP地址除了原先的A、B、C分类方式，还可以通过子网掩码进行灵活划分网络地址和主机地址。

子网掩码可以用来确认不同ip是否属于同一个网络，只需要将ip和子网掩码进行与操作，看网络地址是否相同，如果相同则属于同一个子网，否则不是。