一文看懂IP地址：含義、分類、子網劃分、查與改、路由器與IP地址

作者：猴哥技術站 2019-11-11 07:59:48

本文將結合通俗易懂的圖文形式對互聯網時代高頻一詞—IP地址做細致的梳理與總結，為廣大讀者朋友們講述關于IP地址的“故事”!

一、IP地址是什么?

21世紀關于網絡，人們最長聽見的用詞之一便是：IP地址!如：“電腦的IP地址是多少”，“路由器怎么設置IP地址”，“如何修改計算機IP地址”，“服務器IP地址是多少”......那么IP地址究竟是什么呢?

1. IP地址解釋

IP，英文全寫為Internet Protocol，指TCP/IP網絡體系中的網際互聯協議，工作在OSI模型的網絡層(簡單了解即可)。

IP地址：IP協議規定了所有連接到互聯網中的設備都必須擁有自己唯一的“身份號”—IP地址，網絡設備間進行信息交互時，必須在數據報文中設定目標設備的IP地址方能將數據準確傳輸至目標設備，好比快遞必須填寫收件人地址，快遞員方能根據收件人地址將快遞順利送至收件人處。互聯網中的一臺網絡設備可以擁有多個IP地址，但一個IP地址只能對應一臺網絡設備，即IP地址具有唯一性：

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IP地址唯一性

了解IP地址是什么之后，我們接著來看IP地址的編寫格式。

2. IP地址如何構成

IP地址是一串數字，遵循國際編寫規范，共由32位二進制數字0/1組成(關于二進制請參考：一文看懂計算機數據：從每位數永不大于9到二進制0-1)，每8位為一組，用圓點隔開。類似身份號碼的數據段(6位表示籍貫+8位表示出生年月+3位表示順序碼+1位校驗碼)，IP地址數據分為兩個功能段：

★ 網絡地址/網絡號+主機地址/主機號(共32位)，共分為如下五大類，其中A/B/C類為常用IP地址：

A類IP地址：8位網絡地址+24位主機地址
B類IP地址：16位網絡地址+16位主機地址
C類IP地址：24位網絡地址+8位主機地址
D類IP地址為組播地址，E類IP地址為保留地址，不做介紹。

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五類IP地址與范圍

IP地址編碼規范中規定：網絡地址和主機地址為全0為本地地址，表示本地網絡或主機;網絡地址和主機地址為全1為廣播地址，表示所有網站都可接收發出的信息，通常這兩種IP地址不能作為互聯網中的主機IP地址。因此，每類IP地址中除去這兩個，可計算出ABC三類IP地址的網絡地址數以及每個網絡地址中所能容納的主機數量：

A類IP地址：126(2^7-2)個網絡地址，可容納主機 16777214(2^24-2)臺
B類IP地址：16382(2^14-2)個網絡地址，可容納主機 65534(2^16-2)臺
C類IP地址：2097150(2^21-2)個網絡地址，可容納主機 254(2^8-2)臺

關于IP地址的分類(A-E)，子網劃分，主機容量計算，子網掩碼與IP地址、子網地址、網絡地址的關系等內容詳見下節!

二、IP地址分類與子網劃分

本節內容要求讀者具備二進制知識，可參考：一文看懂計算機數據：從每位數永不大于9到二進制0-1 那么下面將為大家詳細介紹IP地址的分類與子網劃分等技術內容!

美國互聯網信息中心(InterNIC)統一管理全球的IP地址，并規定所有加入互聯網的網絡設備必須向其申請IP地址或者向當地的信息中心申請IP地址。當然，如果只是在局域網中通信，便可以根據實際需要靈活的設計IP地址機制。下面為大家介紹一種簡單的局域網IP地址劃分方案——子網掩碼編址：

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子網掩碼示例

1. 子網掩碼：由除主機地址之外的所有位均為1構成。

前文中我們已經詳細介紹了IP地址的組成方式：網絡地址+主機地址，在上圖中的子網掩碼編址方案中，為了更靈活的分配主機數量，便將B類IP地址原本16位的主機地址進一步的劃分為了：子地址掩+新主機地址，這樣就形成了網絡地址+子網地址+主機地址的三級IP地址格式，并定義了子網掩碼來實現三級尋址。為了讓大家更清楚其中的機制，我們將通過實際案例來詳細說明。

2. 大學IP地址三級尋址案例介紹

其實一個組織或者機構向當地NIC申請的IP地址都是網絡地址，獲得網絡地址后，那么該網絡地址對應的所有IP地址都將被互聯網視為本機構或組織內的網絡設備，如：

某所大學共有四個學院，學校向當地信息中心申請了一個B類網絡地址—128.1.0.0，即學校所有主機的IP地址都在128.1.0.0~128.1.255.255范圍內，學校計劃采用三級尋址方式將申請到的IP地址分為四個子網分配給對應的學院使用，那么如何劃分呢?

從前文我們已經知道B類IP地址中網絡地址和主機地址各占16位，所以信息中心給該院校分配的IP地址對應的：

網絡地址為：128.1 等價于 10000000.00000001
主機地址為：0.0~255.255 等價于 000000000.00000000~11111111.11111111

我們已經知道三級尋址要求將主機地址進一步劃分為：子網地址+新主機地址，學校要求劃分四個子網給四個學院，那么我們從原主機地址中劃出兩位(00,01,10,11)即可構成四個子網，那么新的三級IP地址結構對應的：

網絡地址為：128.1 等價于 10000000.00000001
子網地址為：0~3 等價于00~11
新主機地址(14位)：0000000.00000000~111111.11111111
子網掩碼為：255.255.192.0 等價于 11111111.11111111.11000000.00000000

圖解如下：

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三級IP尋址案例分析

三級IP地址尋址機制中的子網地址只對內部有效，互聯網始終認為學校網絡地址是128.0.0.0，并沒有子網地址。當互聯網中的網絡設備向學校內的主機發送數據時，在IP數據包抵達學校網絡時，邊界路由器將讀取IP數據包中的IP地址，并與學校的子網掩碼進行“與”操作，得到的結果就是學院子網，然后路由器再根據子網將該IP數據包轉發到對應的學院，再由學院子網將數據包轉發給目標主機，以此完成Internet主機向學校內主機發送數據的過程。

相信通過上述案例分析，讀者朋友們對于IP地址的劃分與子網掩碼都有了時刻認識，其實本節內容只是拋磚引玉，以上述內容為基礎，感興趣的讀者可以自行學習另一種更為有效的IP地址編址方案——可變長子網掩碼編址!該方案可以充分利用IP地址資源，減少IP地址浪費現象。限于篇幅，本文不做詳述。

三、為什么要使用IP地址?

關于這個問題，其實在之前的文章中已經有所提及，在實際使用Internet的過程中，雖然用戶是很少需要直接使用IP地址的，比如上網，用戶都是通過網址來獲取信息，但其實網址最后都是映射為IP地址的，參見：一文看懂：網址，URL，域名，IP地址，DNS，域名解析，所以互聯網用戶所有的網絡行為進行的數據傳輸都是需要使用IP地址進行的。那么這是為什么呢?

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為什么要用IP地址?

原因解答：

首先我們要明確一點：普通互聯網用戶所接觸的所有互聯網終端設備都是基于TCP/IP協議的，當然相關專業人員會用到更多的協議，如：DHCP(動態主機分配協議) 、FTP(File Transfer Protocol)文件傳輸協議、HTTP (Hypertext Transfer Protocol)超文本傳輸協議等等。而在TCP/IP協議中約定所有網絡設備之間進行數據傳輸必不可少IP地址，如計算機與手機，計算機與服務器，計算機與計算機之間通信都需要IP地址，必不可少。IP地址作為互聯網設備通信中目的設備的唯一網絡標識，必不可少(重要的事情說三遍)，否則IP數據包將如同無頭蒼蠅，在互聯網中胡沖亂撞，永遠無法抵達目標設備。

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