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1.2 IP地址基础知识

1.2.1 什么是IP地址

IP地址是指互联网协议地址（Internet Protocol Address，又译为网际协议地址），是IP Address的缩写。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为网络上的每一个路由器和主机接口分配一个逻辑地址，用来标识网络接口，以此来屏蔽物理地址的差异。

IP地址是一个32位的二进制数，分为4段，每段8位，用十进制数字表示，每段数字范围为0～255，段与段之间用句点隔开。IP地址这种表示方法通常称为“点分十进制”表示。例如，IP地址：192.168.10.10。

1.2.2 什么是子网掩码

子网掩码(subnet mask)又叫网络掩码、地址掩码。子网掩码是一个32位的2进制数，其对应网络地址的所有位都置为1，对应于主机地址的所有位都置为0。子网掩码告知路由器，地址的哪一部分是网络地址，哪一部分是主机地址，使路由器正确判断任意IP地址是否是本网段的，从而正确地进行路由。

子网掩码是是与IP地址结合使用的一种技术。它的主要作用有两个，一是用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。二是用于将一个大的IP网络划分为若干小的子网络。

（1）声明网络地址与主机地址

子网掩码工作过程如下：将32位的子网掩码与IP地址进行二进制形式的按位逻辑“与”运算得到的便是网络地址，将子网掩码二进制按位取反，然后IP地址进行二进制的逻辑“与”（AND）运算，得到的就是主机地址。如：192.168.10.10 AND 255.255.255.0，结果为192.168.10.0，其表达的含义为：该IP地址属于 192.168.10.0这个网络，其主机号为10，即这个网络中编号为10的主机。

（2）划分子网

子网掩码机制提供了子网划分的方法。使用子网掩码划分子网后，子网内可以通信，跨子网不能通信，子网间通信应该使用路由器，并正确配置静态路由信息。

划分子网，应遵循子网划分结构的规则。就是用连续的1在IP地址中增加表示网络地址，同时减少表示主机地址的位数。例如，IP地址为130.39.37.100，网络地址为130.39.0.0、子网地址为130.39.37.0、子网掩码为255.255.255.0，网络地址部分和子网标识部分为“1”所对应，主机标识部分为“0”所对应。使用CIDR表示为：130.39.37.100/24即IP地址/掩码长度。其中第三个字节上的255所对应的8位二进制数值就是将主机地址位数借给了网络地址部分，充当了划分子网的位数。

1.2.3 IP地址技术的发展阶段

IP地址技术发展经历的四个阶段，分别是：标准分类IP地址、划分子网IP地址、无分类域间路由CIDR技术、网络地址转换NAT技术。

（1）标准分类IP地址

标准IP地址由两部分组成，网络号net-ID，主机号host-ID。不同类型的网络地址，网络号主机号长度不一致。

标准IP地址将IP地址分为A、B、C、D、E类，其中A、B、C类地址为主机类IP地址，D类地址为组播地址，E类地址保留给将来使用。

A类地址网络号8位，主机号24位，第一个字节首位必须为0，首个点分十进制的取值为1-126。IP地址的范围：1.0.0.0~126.255.255.255。

B类地址网络号16位，主机号16位，第一个字节前两位必须为10，首个点分十进制的取值为128-191。IP地址的范围：128.0.0.0~191.255.255.255。

C类地址网络号24位，主机号8位，第一个字节前三位必须为110，首个点分十进制的取值为192-223。IP地址的范围：192.0.0.0~223.255.255.255。

（2）划分子网的IP地址及可变长子网掩码（VLSM）

标准IP地址存在存在两个主要问题，一是IP地址的有效利用率不高，存在大量IP地址的浪费。二是路由器的数据转发效率不高。为了解决这两个问题，1991年，研究人员提出了子网subnet的概念。就是在A、B、C类地址中借用主机号的一部分作为子网的子网号，利用子网号在内部进行网络划分，减少一个标准网络中主机数量，提高IP地址的利用率。IP地址变成三级地址结构：网络号net-ID，子网号Sub-ID，主机号host-ID。

也可以理解为两部分：网段号（net-ID + Sub-ID），主机号（host-ID）

为了从IP地址中识别数网段号，人们提出了子网掩码mask的概念。子网掩码规定，子网掩码中网络号和子网号用全1表示，主机号用全0表示。通过子网掩码可以提取网段号。

当借用主机号作为子网号，子网号的长多是可以变化，为此，人们提出可变长子网掩码（VLSM）的概念。利用可变长子网掩码可以划分子网，识别子网号。同时保持了对标准的IP地址的兼容。

（3）无分类域间路由SIDR技术

在可变长子网掩码的基础上，人们提出了无分类域间路由（SIDR）的概念。无分类域间路由SIDR技术不再采用传统的标准IP地址的分类方法，取消A、B、C类地址分类，IP地址采用可变长的网络号和主机号组成，极大的减少IP地址分配时的浪费现象。

采用SIDR技术的IP地址，无法从地址本身来判断网络号的长度。因此，SIDR地址利用“斜线记法”。表示网段地址：<网络前缀/网段长度>。表示IP地址：<IP地址/网段长度>。无分类域间路由将IP地址又变成两部分，网络号net-id，主机号host-id。不过，网络号，主机号的长度是变化。

采用“斜线记法”表示IP地址，即给出IP地址，也提供的网络地址的长度。这种表示与用子网掩码表示网络地址具有相同的效果。所以，无分类域间编制也可采用子网掩码来表示网络地址。不过这里不存在子网，应该称为掩码。但习惯还是称为子网掩码。

（4）网络地址转换NAT技术

由于IPv4地址的严重不足，为了有效缓解IP地址短缺的问题，1999年，网络地址转换（NAT）技术提出。采用NAT技术，可以通过少量公网IP地址，使大量分配私有IP地址的主机通过地址转换访问互联网。极大的缓解了IPv4地址不足的问题。采用NAT技术还能够屏蔽外部主机对内部主机的访问，提供网络安全的功能。正式因此这两点，目前大量的单位网络都是通过NAT技术上网。同时也极大延缓的IPv6替代IPv4网络的进度。

1.2.4 私有IP地址

RFC1918标准规定了两种类型的IP地址，一种是允许在互联网上使用的IP地址，称为公有地址，这类地址不予许重复使用，且需要向NIC申请。另一种为私有地址，这类地址在内部网使用，无需向NIC申请。

A类私有地址：10.0.0.0~~10.255.255.255

B类私有地址：172.16.0.0~~172.31.255.255

C类私有地址：192.168.0.0 ~~ 192.168.255.255

1.2.5 特殊IP地址

网络号与主机号为全0和全1的地址有特殊含义，不能分配给主机。127.0.0.0网段的所有地址是回环地址。

² 0.0.0.0，严格说来，0.0.0.0已经不是一个真正意义上的IP地址。它表示的是这样一个集合：所有不清楚的主机和目的网络。如果在计算机网络设置中设置了缺省网关，那么Windows系统会自动产生一个目的地址为0.0.0.0的缺省路由。

² 255.255.255.255，限制广播地址。对本机来说，这个地址指本网段内的所有主机。这个地址不能被路由器转发。

² 127.0.0.1，本机地址，也称回环地址，主要用于测试。在Windows系统中，这个地址有一个别名“Localhost”。

² 224.0.0.1，组播地址。从224.0.0.0到239.255.255.255都是这样的地址。224.0.0.1特指所有主机，224.0.0.2特指所有路由器。这样的地址多用于一些特定的程序以及多媒体程序。

² 169.254.x.x，如果你的主机使用了DHCP功能自动获得一个IP地址，那么当你的DHCP服务器发生故障，或响应时间太长而超出了一个系统规定的时间，Windows系统会为你分配这样一个地址。如果发现主机IP地址是一个诸如此类的地址，很不幸，你的网络不能正常运行。

1.2.6 动态分配IP地址（DHCP）技术

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议），通常被应用在大型的局域网络环境中，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使网络环境中的主机动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率。DHCP的前身是BOOTP协议（Bootstrap Protocol），BOOTP用于无盘工作站的局域网中，可以让无盘工作站从一个中心服务器上获得IP地址。

网络工程师可以通过在服务器中配置DHCP服务，实现主机IP地址的动态分配。一般网络设备接口（如路由器）和网络服务器需要使用固定IP地址。

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1.2 网络IP地址基础知识

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10 期末考试

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