前言
上一章介紹了數(shù)據(jù)鏈路層——以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的報(bào)文格式（你知道以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡(luò)中如何發(fā)送和接收的嗎？一文帶你搞懂它）洒琢，本章介紹下網(wǎng)絡(luò)層——IP地址。
大家都知道計(jì)算機(jī)都會(huì)有一個(gè)IP地址褐桌，只有配置了IP地址的主機(jī)才可以上網(wǎng)衰抑，IP地址的獲取可以手動(dòng)靜態(tài)配置，也可以通過DHCP動(dòng)態(tài)獲取IP地址荧嵌。
如下圖所示呛踊，本機(jī)是自動(dòng)獲取IP地址的砾淌，如果使用靜態(tài)的方式配置IP地址，需要配置IP地址谭网、子網(wǎng)掩碼汪厨、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。
如何查看本機(jī)動(dòng)態(tài)獲取的地址呢蜻底？
通過cmd打開命令提示符骄崩，輸入“ipconfig”,如下圖所示可以看到本機(jī)獲取的IP地址為192.168.1.25,?子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)為192.168.1.1薄辅。
上面查詢到的地址是私網(wǎng)地址要拂，那么如何查看自己的公網(wǎng)地址呢？如下圖站楚，本機(jī)使用的公網(wǎng)地址是114.252.113.101脱惰，使用的是北京聯(lián)通的地址。
正文
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什么是IP地址：
IP地址（Internet Protocol Address）是指互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址窿春，又叫網(wǎng)際協(xié)議地址拉一。
IP地址是IP協(xié)議（IP協(xié)議是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接進(jìn)行通信而設(shè)計(jì)的協(xié)議）提供的一種統(tǒng)一的地址格式，它為互聯(lián)網(wǎng)上的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)和每一臺(tái)主機(jī)分配一個(gè)邏輯地址旧乞，以此來屏蔽物理MAC地址的差異蔚润。
IP地址就像是我們的家庭住址一樣，如果你要寫信給一個(gè)人尺栖，你就要知道他（她）的地址嫡纠，這樣郵遞員才能把信送到。計(jì)算機(jī)發(fā)送信息就好比是郵遞員延赌，它必須知道唯一的“家庭地址”才能不至于把信送錯(cuò)人家除盏。只不過我們的地址是用文字來表示的，計(jì)算機(jī)的地址用二進(jìn)制數(shù)字表示挫以。
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IP地址作用
IP地址用來標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備者蠕，具有IP地址的設(shè)備可以在同一網(wǎng)段內(nèi)或跨網(wǎng)段通信。（后續(xù)會(huì)介紹網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)如何通過IP地址進(jìn)行通信的）
IP地址包括兩部分掐松，第一部分是網(wǎng)絡(luò)號踱侣，表示IP地址所屬的網(wǎng)段，第二部分是主機(jī)號大磺，用來唯一標(biāo)識本網(wǎng)段上的某臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備泻仙。
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IP地址表示
IPv4地址為32比特的二進(jìn)制數(shù)，通常用點(diǎn)分十進(jìn)制表示
IP地址是一個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù)量没，通常被分割為4個(gè)“8位二進(jìn)制數(shù)”（也就是4個(gè)字節(jié)）玉转。
IP地址通常用“點(diǎn)分十進(jìn)制”表示成（a.b.c.d）的形式，其中殴蹄，a,b,c,d都是0~255之間的十進(jìn)制整數(shù)究抓。
例：點(diǎn)分十進(jìn)IP地址（100.4.5.6）猾担，實(shí)際上是32位二進(jìn)制數(shù)（01100100.00000100.00000101.00000110）。
二進(jìn)制和十進(jìn)制轉(zhuǎn)換：
例如：100=64+32+4=2^6+2^5+2^2?,那么100的二進(jìn)制就是?0110 0100 刺下。
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IP地址分類
IPv4地址被劃分為A绑嘹、B、C橘茉、D工腋、E五類，每類地址的網(wǎng)絡(luò)號包含不同的字節(jié)數(shù)畅卓。
A類擅腰，B類，和C類地址為可分配IP地址翁潘，每類地址支持的網(wǎng)絡(luò)數(shù)和主機(jī)數(shù)不同趁冈。
比如，A類地址可支持126個(gè)網(wǎng)絡(luò)拜马，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)支持2^24 （16,777,216 )個(gè)主機(jī)地址渗勘，另外每個(gè)網(wǎng)段中的網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址不能分配給主機(jī)。
C類地址支持200多萬個(gè)網(wǎng)絡(luò)俩莽，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)支持256個(gè)主機(jī)地址旺坠，其中254個(gè)地址可以分配給主機(jī)使用。
D類地址為組播地址扮超。主機(jī)收到以D類地址為目的地址的報(bào)文后取刃，且該主機(jī)是該組播組成員，就會(huì)接收并處理該報(bào)文瞒津。
各類IP地址可以通過第一個(gè)字節(jié)中的比特位進(jìn)行區(qū)分蝉衣。
如A類地址第一字節(jié)的最高位固定為0括尸，B類地址第一字節(jié)的高兩位固定為10巷蚪，C類地址第一字節(jié)的高三位固定為110，D類地址第一字節(jié)的高四位固定為1110濒翻，E類地址第一字節(jié)的高四位固定為1111屁柏。
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私有地址、特殊地址:
IPv4中的部分IP地址被保留用作特殊用途有送。
為節(jié)省IPv4地址淌喻，A， B雀摘， C類地址段中都預(yù)留了特定范圍的地址作為私網(wǎng)地址裸删。
現(xiàn)在，世界上所有終端系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要的IP地址總數(shù)已經(jīng)超過了32位IPv4地址所能支持的最大地址數(shù)4阵赠，294涯塔，967肌稻，296。為主機(jī)分配私網(wǎng)地址節(jié)省了公網(wǎng)地址匕荸，可以用來緩解IP地址短缺的問題爹谭。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中普遍使用私網(wǎng)地址，不同企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的私網(wǎng)地址可以重疊榛搔。默認(rèn)情況下诺凡，網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)無法使用私網(wǎng)地址與公網(wǎng)通信；當(dāng)需要與公網(wǎng)通信時(shí)践惑，私網(wǎng)地址必須轉(zhuǎn)換成公網(wǎng)地址腹泌。
私有地址范圍:
10.0.0.0~10.255.255.255
172.16.0.0~172.31.255.255
192.168.0.0~192.168.255.255
還有其他一些特殊IP地址，如127.0.0.0網(wǎng)段中的地址為環(huán)回地址童本，用于診斷網(wǎng)絡(luò)是否正常真屯。IPv4中的第一個(gè)地址0.0.0.0表示任何網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)地址的作用將在路由原理中詳細(xì)介紹穷娱。IPv4中的最后一個(gè)地址255.255.255.255是0.0.0.0網(wǎng)絡(luò)中的廣播地址绑蔫。
特殊地址
127.0.0.0 ~ 127.255.255.255
0.0.0.0
255.255.255.255
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子網(wǎng)掩碼:
上面介紹到IP地址由網(wǎng)絡(luò)部分和主機(jī)部分組成，那么如何區(qū)分呢泵额？子網(wǎng)掩碼用于區(qū)分網(wǎng)絡(luò)部分和主機(jī)部分配深。
子網(wǎng)掩碼與IP地址的表示方法相同。
每個(gè)IP地址和子網(wǎng)掩碼一起可以用來唯一的標(biāo)識一個(gè)網(wǎng)段中的某臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備嫁盲。子網(wǎng)掩碼中的1表示網(wǎng)絡(luò)位篓叶，0表示主機(jī)位。
例如：子網(wǎng)掩碼 255.128.0.0表示網(wǎng)絡(luò)位為9位羞秤，主機(jī)位為23位缸托。
默認(rèn)子網(wǎng)掩碼：
每類IP地址有一個(gè)缺省子網(wǎng)掩碼。
A類地址的缺省子網(wǎng)掩碼為8位瘾蛋，即第一個(gè)字節(jié)表示網(wǎng)絡(luò)位俐镐，其他三個(gè)字節(jié)表示主機(jī)位。
B類地址的缺省子網(wǎng)掩碼為16位哺哼，因此B類地址支持更多的網(wǎng)絡(luò)佩抹，但是主機(jī)數(shù)也相應(yīng)減少。
C類地址的缺省子網(wǎng)掩碼為24位取董，支持的網(wǎng)絡(luò)最多棍苹，同時(shí)也限制了單個(gè)網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的數(shù)量。
可變長子網(wǎng)掩碼
有類IP地址缺陷：
如果企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中希望通過規(guī)劃多個(gè)網(wǎng)段來隔離物理網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)茵汰，使用缺省子網(wǎng)掩碼就會(huì)存在一定的局限性枢里。網(wǎng)絡(luò)中劃分多個(gè)網(wǎng)段后，每個(gè)網(wǎng)段中的實(shí)際主機(jī)數(shù)量可能很有限，導(dǎo)致很多地址未被使用栏豺。
如圖所示的場景下梭灿，C類地址的缺省子網(wǎng)掩碼為24位，可以支持254臺(tái)這主機(jī)冰悠，而圖中只有30臺(tái)主機(jī)堡妒，如果使用缺省子網(wǎng)掩碼的編址方案，則地址使用率很低溉卓。
為了提高IP地址的使用率皮迟，采用可變長子網(wǎng)掩碼可解決上述問題。
缺省子網(wǎng)掩碼可以進(jìn)一步劃分桑寨，成為變長子網(wǎng)掩碼（VLSM）伏尼。通過改變子網(wǎng)掩碼，可以將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)子網(wǎng)尉尾。
本例中的地址為C類地址爆阶，缺省子網(wǎng)掩碼為24位。現(xiàn)借用一個(gè)主機(jī)位作為網(wǎng)絡(luò)位沙咏，借用的主機(jī)位變成子網(wǎng)位辨图。一個(gè)子網(wǎng)位有兩個(gè)取值0和1，因此可劃分兩個(gè)子網(wǎng)肢藐。該比特位設(shè)置為0故河，則子網(wǎng)號為0，該比特位設(shè)置為1吆豹，則子網(wǎng)號為128鱼的。將剩余的主機(jī)位都設(shè)置為0，即可得到劃分后的子網(wǎng)地址痘煤；將剩余的主機(jī)位都設(shè)置為1凑阶，即可得到子網(wǎng)的廣播地址。每個(gè)子網(wǎng)中支持的主機(jī)數(shù)為2^7-2（減去子網(wǎng)地址和廣播地址）衷快，即126個(gè)主機(jī)地址宙橱。
可變長子網(wǎng)掩碼緩解了使用缺省子網(wǎng)掩碼導(dǎo)致的地址浪費(fèi)問題，同時(shí)也為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供了更為有效的編址方案烦磁。本例中需要使用可變長子網(wǎng)掩碼來劃分多個(gè)子網(wǎng)养匈，借用一定數(shù)量的主機(jī)位作為子網(wǎng)位的同時(shí)哼勇，剩余的主機(jī)位必須保證有足夠的IP地址供每個(gè)子網(wǎng)上的所有主機(jī)使用都伪。
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IP地址規(guī)劃：
IP地址在網(wǎng)絡(luò)中是分配給主機(jī)和設(shè)備使用的，那么如何分配IP地址呢积担？
通過子網(wǎng)掩碼可以判斷主機(jī)所屬的網(wǎng)段陨晶、網(wǎng)段上的廣播地址、以及網(wǎng)段上支持的主機(jī)數(shù)。
例如：主機(jī)地址為192.168.1.7先誉，子網(wǎng)掩碼為24位（C類IP地址的缺省掩碼）湿刽，從中我們可以判斷該主機(jī)位于192.168.1.0/24網(wǎng)段。將IP地址中的主機(jī)位全部置為1褐耳，并轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)诈闺，即可得到該網(wǎng)段的廣播地址192.168.1.255。網(wǎng)段中支持的主機(jī)數(shù)為2^n,n為主機(jī)位的個(gè)數(shù)铃芦。本例中n=8雅镊，2^8=256，減去本網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址刃滓，可知該網(wǎng)段支持254個(gè)有效主機(jī)地址仁烹。
注意：
每個(gè)網(wǎng)段上都有兩個(gè)特殊地址不能分配給主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
第一個(gè)是該網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)地址咧虎，該IP地址的主機(jī)位為全0卓缰，表示一個(gè)網(wǎng)段。
第二個(gè)地址是該網(wǎng)段中的廣播地址砰诵，目的地址為廣播地址的報(bào)文會(huì)被該網(wǎng)段中的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接收征唬。廣播地址的主機(jī)位為全1。
除網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址以外的其他IP地址可以作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址.
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無類域間路由CIDR：
無類域間路由CIDR（Classless Inter Domain Routing）由RFC1817定義茁彭。
CIDR突破了傳統(tǒng)IP地址的分類邊界鳍鸵，將路由表中的若干條路由匯聚為一條路由，減少了路由表的規(guī)模尉间，提高了路由器的可擴(kuò)展性偿乖。
如上圖所示，一個(gè)企業(yè)分配到了一段A類網(wǎng)絡(luò)地址哲嘲，10.24.0.0/22贪薪。該企業(yè)準(zhǔn)備把這些A類網(wǎng)絡(luò)分配給各個(gè)用戶群，目前已經(jīng)分配了四個(gè)網(wǎng)段給用戶眠副。如果沒有實(shí)施CIDR技術(shù)画切，企業(yè)路由器的路由表中會(huì)有四條下連網(wǎng)段的路由條目，并且會(huì)把它通告給其他路由器囱怕。
通過實(shí)施CIDR技術(shù)霍弹，我們可以在企業(yè)的路由器上把這四條路由10.24.0.0/24，10.24.1.0/24娃弓，10.24.2.0/24典格，10.24.3.0/24匯聚成一條路由10.24.0.0/22。這樣台丛，企業(yè)路由器只需通告10.24.0.0/22這一條路由耍缴，大大減少了路由表的規(guī)模。
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網(wǎng)關(guān)
大家都知道，從一個(gè)房間走到另一個(gè)房間防嗡，必然要經(jīng)過一扇門变汪。同樣，從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)向另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息蚁趁，也必須經(jīng)過一道“關(guān)口”裙盾，這道關(guān)口就是網(wǎng)關(guān)。
那么網(wǎng)關(guān)到底是什么呢他嫡？網(wǎng)關(guān)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通向其他網(wǎng)絡(luò)的IP地址闷煤。比如有網(wǎng)絡(luò)A和網(wǎng)絡(luò)B，網(wǎng)絡(luò)A的IP地址范圍為“192.168.1.1~192. 168.1.254”涮瞻，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0鲤拿；網(wǎng)絡(luò)B的IP地址范圍為“192.168.2.1~192.168.2.254”，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0署咽。
在沒有路由器的情況下近顷，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間是不能進(jìn)行TCP/IP通信的，即使是兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接在同一臺(tái)交換機(jī)（或集線器）上宁否，TCP/IP協(xié)議也會(huì)根據(jù)子網(wǎng)掩碼（255.255.255.0）與主機(jī)的IP 地址作 “與” 運(yùn)算的結(jié)果不同判定兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)處在不同的網(wǎng)絡(luò)里窒升。而要實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的通信，則必須通過網(wǎng)關(guān)慕匠。如果網(wǎng)絡(luò)A中的主機(jī)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的目的主機(jī)不在本地網(wǎng)絡(luò)中饱须，就把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給它自己的網(wǎng)關(guān)，再由網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)B的網(wǎng)關(guān)台谊，網(wǎng)絡(luò)B的網(wǎng)關(guān)再轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)B的某個(gè)主機(jī)（如附圖所示）蓉媳。網(wǎng)絡(luò)A向網(wǎng)絡(luò)B轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的過程。
報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)過程中锅铅，首先需要確定轉(zhuǎn)發(fā)路徑以及通往目的網(wǎng)段的接口酪呻，然后將報(bào)文封裝在以太幀中通過指定的物理接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。如果目的主機(jī)與源主機(jī)不在同一網(wǎng)段盐须，報(bào)文需要先轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)關(guān)玩荠，然后通過網(wǎng)關(guān)將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到目的網(wǎng)段。
總結(jié)
本章主要介紹了IP地址贼邓，大家有疑問可以后臺(tái)留言交流呀阶冈。
