IP协议和IP地址

IP协议的主要作用是对网络中传输的数据进行统一封装。用IP协议封装的报文称为IP数据报。

报头中包含了数据的源地址、目的地址、数据长度以及一些控制信息。

报头中的地址是IP地址，网络中的主机须配置IP地址才能进行通信。

当前使用的IP协议有IPv4和IPv6两个版本。IPv4中的IP地址长度为32位二进制数，IPv6中的IP地址长度为128位二进制数。本部分介绍的是IPv4地址。

IP地址

IP地址是一种逻辑地址，需要经过配置才能产生。

长度：32位二进制数（4个字节）。

书写方式：点分十进制表示法，分成4段，每个数的取值范围是0~255。

1001 0111

1011 1100

0000 0101

0010 1010

151.188.5.42

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IP划分

IP地址可分为网络地址和主机地址两部分，划分的位置由子网掩码决定。

子网掩码也是32位二进制数，它由连续的“1”和连续的“0”组成，可以用点分十进制表示，也可用“1”的个数表示。

IP地址与子网掩码中“1”对应的部分为网络地址，与“0”对应的部分为主机地址。

IP地址：192.168.10.50

子网掩码：255.255.255.0

网络地址：192.168.10.0 主机地址：0.0.0.50

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IP划分举例

10.10.10.10/255.0.0.0

网络地址：10.0.0.0 主机地址：0.10.10.10

10.10.10.10/255.255.0.0

网络地址：10.10.0.0 主机地址：0.0.10.10

10.10.10.10/255.255.255.0

网络地址：10.10.10.0 主机地址：0.0.0.10

10.10.10.10/255.255.248.0

网络地址：10.10.8.0 主机地址：0.0.2.10

同一个网络

位于同一个网络中的主机要求网络地址相同，主机地址不同。
子网掩码决定了网络的最大规模。
每个网络的第一个IP表示网络地址，最后一个IP用于网络内的广播，它们不能用于网络中的主机。

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IP分类

默认情况下IP地址分成A、B、C、D、E五类。

A类地址：第一个数在1~126，默认子网掩码：255.0.0.0。
B类地址：第一个数在128~191，默认子网掩码：255.255.0.0。
C类地址：第一个数在192~223，默认子网掩码：255.255.255.0。
D类地址：第一个数在224~239，用于多播。
E类地址：第一个数在240~254，保留。

实际组网时只能使用A、B、C类地址。

A类网络数量少，每个网络容量大，用于构建超大规模网络。

B类网络数量多，每个网络容量较大，用于构建大规模网络。

C类网络数量最多，每个网络容量小，用于构建小规模网络。

网络最大容量的计算：

假设网络的主机地址长度为 n，则该网络的最大容量为 2ⁿ-2

比如：C类地址的主机地址长度为8，则每个C类网络的最大容量为 2⁸-2=254。

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特殊IP

特殊IP是已经有了特定含义的IP地址，它们不能用在主机上。

0.0.0.0：表示本机没有设置IP地址。
255.255.255.255：用于本网络内的广播，相当于它代表了本网络内的所有主机。它只能作为目的地址使用。
127开头的地址：作为环回地址。其中127.0.0.1用来表示本机，可用于访问本机的资源。
主机地址全0的IP：表示网络，即网络地址。
主机地址全1的IP：表示指定网络的广播，只能作为目的地址使用。

组网时必须去掉网络中的第一个和最后一个IP地址。

如：10.0.0.0/8网络，可用IP是10.0.0.1~10.255.255.254。

网络中的播放方式

单播：目的地址为目标主机的IP地址。
广播：目的地址为广播地址，数据报会发送给该网络内的所有主机。如果目的地址是255.255.255.255，则数据报在本网络内广播。如果目的地址是192.168.10.255，则数据报发送到192.168.10.0网络后再广播。
组播：先用多播地址组建一个组，数据报发往组内所有主机。多播组由软件组建，用户通过软件加入组中就可以接收组播数据了。
任播：发往目的主机的任意一个。是IPv6新增的方式。

IP地址的分配

公有IP地址由Inter NIC（因特网信息中心）统一分配，目前公有IPv4地址已经耗尽。

私有IP地址是单独划出来的地址块，任何组织和个人都可使用，它们不能用于访问Internet，用于组建局域网。

私有IP有三块：

10.0.0.0：这是一个A类地址块，默认掩码：255.0.0.0。
172.16.0.0~172.31.0.0：这是16个B类地址块，默认掩码：255.255.0.0。
192.168.0.0~192.168.255.0：这是256个C类地址块，默认掩码：255.255.255.0。

CIDR技术（无类型地址）

使用分类的IP地址会造成大量地址浪费，导致IP地址资源被迅速耗尽。通过CIDR技术可把大地址块切割成小块使用，提高了IP地址利用率。

比如：172.16.0.0/16是一个B类网络，块的大小为 2¹⁶=65536

如果把子网掩码改成255.255.255.0，就可把它切割成256个C网：

172.16.0.0/24、172.16.1.0/24、...、172.16.255.0/24

每个块的大小是 2⁸=256

这种通过修改子网掩码切割地址块的技术就是CIDR技术。

NAT技术

局域网通常使用私有地址来组建，但私有地址没有唯一性，不能用来访问外网，所以在局域网接入外网时需要进行地址转换。

NAT是一种地址转换技术，它通常由局域网连接外网的边界设备实现，它可以把私有地址转换为公有地址，以解决局域网访问外网的问题。

局域网的IP规划

局域网内部一般使用私有地址，通常不使用公有地址。
10.0.0.0，172.16.0.0~172.31.0.0，192.168.0.0~192.168.255.0
应根据网络规模选择网络地址，通常用C类地址就够用了。
192.168.0.0/24~192.168.255.0/24，最大容量为254
每个网络内的主机IP须保证网络地址相同，主机地址不同。
C类地址要求是前3个数相同，最后一个数不同。
在局域网中CIDR技术多用于搭建多子网的网络，用以实现路由聚合。

主机IP地址的配置

IP地址是一种逻辑地址，一台主机可配置一个或多个IP地址。通常客户机只配置一个IP地址，有些服务器会配置多个IP地址。

静态IP

手工配置的IP称为静态IP，这种IP是固定的，用手工方式配置在各个设备上。手工配置多用于环境固定的场合，如：办公室、机房等。

动态IP

自动获取的IP称为动态IP，这种IP是可变的，用户在联网时从DHCP服务器上获取包括IP地址在内的各种上网参数。

动态IP广泛用于人员流动大的场所以及手机、家庭用户。

为计算机配置IP地址

以Windows环境为例：网络→本地连接→属性→TCP/IPv4→属性

手工配置：选“使用下面的IP地址”。

手动填写IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器等参数。

使用“高级”可添加多个IP地址。

自动获取：选“自动获得IP地址”。

所有参数都从DHCP服务器获得。

这种做法要求网络中已经有DHCP服务。

IP地址的查看

查看计算机的IP地址

输入“cmd”打开命令行窗口。

输入 ipconfig，可看到IP地址等上网参数。

输入 ipconfig/all，可看到包括DNS、DHCP等更多信息。

查看手机的IP地址

手机的IP地址通常是自动获取的，不同品牌手机的查看方法有所区别。

设置→关于手机→状态消息

如果手机连接了WiFi，看到的是局域网私有地址。

如果手机使用的是流量，看到的是服务商提供的公有IP地址。

查看公网IP地址

局域网中的计算机和手机使用的是私有地址，用它们访问外网时会用NAT技术转换成外网IP地址。

打开“百度”，输入“IP地址”，可以在页面上看到你使用的公网IP地址。

通常，公网IP是局域网用户共享的，很多局域网用户看到的公网IP是相同的。

网络的连通性测试

输入“cmd”打开命令行窗口。

输入“ping IP地址或域名”可测试网络的连通性。

ping命令会发送4~6个ICMP测试包，如果能收到回应，则表示与目的主机可以连通。

注：有些网站会屏蔽ping测试，这种网站即便ping不通但不影响访问。