IPv4地址介绍

IPv4地址介绍，包括IP地址表示、IP地址构成、IP地址寻址、IP地址分类（有类编址）、IP地址类型、私网IP地址等。

IPv4地址介绍

• 什么是IP地址
  • IP地址在网络中用来标识一个节点
  • IP地址用于在网络中IP报文寻址
  • IP地址是网络接口属性，不是网络设备属性
    • 给设备分配IP地址，指给这台设备的接口分配IP地址，设备多接口，分配多个IP地址
• IP地址表示
  • IP地址表示
    • IP地址长度32bit，由4个字节组成，分为4段，每段占8bit
  • 点分十进制
    • 如：192.168.0.1
    • 分为4段，中间用.分割，每段范围0-255
  • IP地址范围
    • 0.0.0.0-255.255.255.255
• IP地址构成
  • 网络部分
    • 用来标识一个网络
      • IP地址不能反应任何有关主机位置的地理信息，只能通过网络号码字段判断主机属于哪一个网络
      • 网络号相同的设备，无论实际的物理位置在哪，它们都是处于同一个网络中
  • 主机部分
    • 用来区分一个网络中的不同主机
  • 网络掩码（又称子网掩码）
    • 表示
      • 占32bit，通常以点分十进制形式表示，机器中采用连续的1，后接连续的0表示
    • 网络掩码不是IP地址，在二进制中是连续的1，后接连续的0
    • 网络掩码长度
      • 通常将网络掩码中1的个数表示网络掩码的长度
        • 如：0.0.0.0.0长度是0
        • 如：255.255.255.0长度是24
    • 作用
      • 与IP地址结合使用
        • 值为1的比特对应IP地址中的网络位
          • 1的个数是IP地址中网络号的位数
        • 值为0的比特对应IP地址中的主机位
          • 0的个数是IP地址中主机号的位数
  • 示例
    • 书写
      • 192.168.0.1 255.255.255.0
      • 192.168.0.1/24
• IP地址寻址
  • 网络部分
    • 用来标识一个网络，代表IP地址所属的网络
  • 主机部分
    • 用来区分一个网络中的不同主机，能唯一标识网络上的某台设备
  • 网络寻址
    • 二层网络寻址
      • 直接通过IP地址，找到对应的主机接口
    • 三层网络寻址
      • 利用网关转发来自不同网段间的数据包
  • 网关
    • 概念
      • 接收并处理本网段主机发送的报文并转发到目的的网络设备
      • 网关必须知道目的网段的路由
      • 网关上连接本网段的接口地址即为该网段的网关地址
    • 作用
      • 报文转发的过程中，首先要确定转发的路径以及通往目的网段的接口，目的主机与源主机不在同一网段，报文需要先转发到网关，然后通过网关将报文转发到目的网段
• IP地址分类（有类编址）
  • A类
    • 分配主机使用
    • 范围
      • 类别字段二进制0，即：0********.********.********.********
      • 0.0.0.0~127.255.255.255
    • 默认掩码
      • 255.0.0.0
  • B类
    • 分配主机使用
    • 范围
      • 类别字段二进制10，即：10*******.********.********.********
      • 128.0.0.0~191.255.255.255
    • 默认掩码
      • 255.255.0.0
  • C类
    • 分配主机使用
    • 范围
      • 类别字段二进制110，即：110******.********.********.********
      • 192.0.0.0~223.255.255.255
    • 默认掩码
      • 255.255.255.0
  • 主要关注A、B、C三类
  • D类
    • 用于组播
    • 范围
      • 224.0.0.0~239.255.255.255
  • E类
    • 用于实验研究
    • 范围
      • 240.0.0.0~255.255.255.255
• IP地址类型
  • 网段
    • 通常把一个网络号所定义的网络范围称为一个网段
  • 网络地址
    • 用于标识一个网络
    • 网络号为x，主机号的每个比特都为0
    • 不能分配给具体的主机使用
    • 如：192.168.0.0/24
  • 广播地址
    • 用于向该网络中所有主机发送数据的特殊地址
    • 网络号为x，主机号的每个比特都为1
    • 不能分配给具体的主机使用
    • 如：192.168.0.255/24
  • 可用地址
    • 可以分配给网络中的节点或网络设备接口的地址
    • 如：192.168.0.1/24
  • 一个网段的可用地址数量计算
    • 一个网段主机位有n位，则IP地址数为2^n，可用的IP地址为2^n - 2（需要减去网络地址和广播地址）
    • 如：192.168.0.0/24，IP地址数2^8 = 256，可用IP地址256 - 2 = 254
• 私网IP地址
  • 公网IP地址
    • 由IANA（因特网地址分配组织）统一分配，以保证IP地址在Internet上的唯一性
  • 私网IP地址
    • 一些网络不需要连接到Internet，只需要同一网络中的IP地址不发生冲突即可。在A、B、C三类IP地址中预留了地址
    • 分类
      • A类
        • 10.0.0.0~10.255.255.255
      • B类
        • 172.16.0.0~172.31.255.255
      • C类
        • 192.168.0.0~192.168.255.255
    • 同一个私网地址可以在不同的私有网络中重复使用
    • 私网连接Internet
      • 使用NAT（网络地址转换），实现私网IP和公网IP之间的转换
• 特殊IP地址
  • 有限广播地址
    • 255.255.255.255
    • 可以作为一个IP报文的目的IP地址使用
    • 路由器接收到目的IP为有限广播地址的IP报文后，会停止对该IP报文的转发
  • 任意地址
    • 0.0.0.0
    • 作为网络地址，标识任意网络的网络地址
    • 作为主机接口地址，表示这个网络上主机接口的IP地址
  • 环回地址
    • 127.0.0.0/8
    • 可以作为一个IP报文的目的IP地址使用，可以测试设备自身的软件系统
    • 一个设备产生的，目的IP地址为环回地址的IP报文是不可能离开这个设备本身
  • 本地链路地址
    • 169.254.0.0/16
    • 如果一个网络设备自动获得IP，但该设备在网路上没有找到可用的DHCP服务器，那么该设备就会使用168.254.0.0/16网段中某个地址进行通信