网络基础:IP地址分类与子网掩码有关计算

一、IP地址

1、IP地址基本概念

IP地址在网络层将不同的物理网络地址统一到了全球唯一的IP地址上(屏蔽物理网络差异),是唯一标识互联网上计算机的逻辑地址(相当于手机号码,可以通过唯一的手机号码找到手机),所以IP地址也被称为互联网地址(可见其重要性)。

2、IP地址格式

我们目前常用的IPv4中规定,IP地址长度为32位二进制,在表示时,一般将32位地址拆分为4个8位二进制,再转为4个十进制数表示,每个数字之间用点隔开,如127.0.0.1(localhost),这种描述方式被称为“点分十进制”。

IP地址层次:分为网络号和主机号两个层次。网络号表示主机所属网络,主机号表示主机本身。网络号与主机号的位数与IP地址分类有关。

3、IP地址分配

IP地址分配的基本原则是:要为同一网络(子网、网段)内不同主机分配相同的网络号,不同的主机号。

4、IP地址常见分类


网络基础:IP地址分类与子网掩码有关计算 第1张

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网络基础:IP地址分类与子网掩码有关计算 第2张

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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”, 地址范围从1.0.0.0 到126.0.0.0。可用的A类网络有126个,每个网络能容纳1亿多个主机。

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”,地址范围从128.0.0.0到191.255.255.255。可用的B类网络有16382个,每个网络能容纳6万多个主机 。

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”。范围从192.0.0.0到223.255.255.255。C类网络可达209万余个,每个网络能容纳254个主机。

D类地址用于多点广播(Multicast)。

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,它标识共享同一协议的一组计算机。

E类IP地址

以“llll0”开始,为将来使用保留。

5、特殊的IP地址

**受限的广播地址:**32位全“1”的IP地址,只能做目的地址,用于向本网内部所有主机发送数据包(路由器拒绝向外网发送广播,隔离数据包在本网内)。

直接广播地址:网络号全“1”,只能作目的地址,用于向目标网内所有主机发送数据包(路由器接受向外网转发数据包,意为广播在全网有效),如C类IP所有主机255.255.255.主机号、B类IP所有主机255.255.主机号。

**本网络本主机地址:**32位全零的IP地址对应于当前主机,只能做源地址。

本网特定主机地址:网络号全零的IP地址表示本网络内的特定主机(路由器拒绝目的地址为本网特定主机的数据包,意为只能向本网内特定主机发送数据包),只能做目的地址。

环回地址就是网络ID为127的IP地址,用于一台主机的客户端与服务器端通过TCP\IP进行通信或者本机进程间通信,一般在自己的主机上进行软件开发测试时候会用到的localhost(127.0.0.1)就是环回地址。

在IP地址3种主要类型里,各保留了3个区域作为私有地址,其地址范围如下:

A类地址:10.0.0.0~10.255.255.255

B类地址:172.16.0.0~172.31.255.255

C类地址:192.168.0.0~192.168.255.255

二、子网掩码

子网掩码 又叫网络掩码、地址掩码

上面我们说到IP地址分为网络号与主机号,但是路由如何区分网络号与主机号呢?就需要通过子网掩码。子网掩码必须与IP地址结合使用,A、B、C类的子网掩码分别为255.0.0.0,255.255.0.0与255.255.255.0(网络号字节为255,主机号字节为0)。

也就是说给你一个IP地址,那么怎么知道它的网络号和主机号各是多少位呢?

如果不指定,就不知道哪些位是网络号、哪些是主机号,这就需要通过子网掩码来实现

子网掩码的重要作用:就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。

子网掩码的位数就是网络的位数。A类网络的网络位数是8位,子网掩码就是255.0.0.0,B类网络的网络位数是16位,子网掩码是255.255.0.0,C类是24位,255.255.255.0。

以C类IP地址192.168.1.2为例使用子网掩码划分网络号与主机号。

网络基础:IP地址分类与子网掩码有关计算 第3张

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当然,在计算主机号时,可不用取反子网掩码二进制,直接令其与IP地址异或即可。

例1 不同子网下的主机能否直接通信(是否在同一网络/段下)

假设两个IP地址分别是172.20.0.18和172.20.1.16,子网掩码都是255.255.255.0。

我们可以知道两者的网络标识分别是172.20.0和172.20.1,无法直接通信,也就无法PING通。要想能相互通信,需要将子网掩码改成255.255.0.0

例2 如何理解172.20.1.0/26

上文中的26代表主机ID的掩码地址长度,从前往后有26位,即子网掩码的地址是255.255.255.192。

子网掩码还可以用来将网络划分为更小的子网,将IP的两极结构扩充成三级结构,节约地址空间,减轻路由器负担。

子网掩码的划分

如果要将一个网络划分为多个子网,如何确定子网掩码?步骤如下:

第一步:将要划分的子网数目转换为2的m次方。如果不是恰好是2的多少次方,则按照取大原则。

第二步:将上一步确定的幂m按照高序占用主机地址前m位,再转化为十进制。如m为3,表示主机位中有3位被划分为网络标识号占用,因网络标识号都为1,故如是C类地址,主机号对应的字节变为11100000,转化为十进制后为224,故子网掩码为255.255.255.224,如果是B类网络,则子网掩码为255.255.224.0。

网关

网关(Gateway)又称网间连接器,就是一个网络连接到另一个网络的“关口”。

网络基础:IP地址分类与子网掩码有关计算 第4张

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网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。比如有网络A和网络B,网络A的IP地址范围为“192.168.1.1~192. 168.1.254”,子网掩码为255.255.255.0;网络B的IP地址范围为“192.168.2.1~192.168.2.254”,子网掩码为255.255.255.0。在没有路由器的情况下,两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的,即使是两个网络连接在同一台交换机(或集线器)上,TCP/IP协议也会根据子网掩码(255.255.255.0)判定两个网络中的主机处在不同的网络里。而要实现这两个网络之间的通信,则必须通过网关。如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中,就把数据包转发给它自己的网关,再由网关转发给网络B的网关,网络B的网关再转发给网络B的某个主机(如附图所示)。网络B向网络A转发数据包的过程。

  所以说,只有设置好网关的IP地址,TCP/IP协议才能实现不同网络之间的相互通信。那么这个IP地址是哪台机器的IP地址呢?网关的IP地址是具有路由功能的设备的IP地址,具有路由功能的设备有路由器、启用了路由协议的服务器(实质上相当于一台路由器)、代理服务器(也相当于一台路由器)。


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