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本文是該系列文章的第二篇，將了解Internet中使用的網(wǎng)絡(luò)層地址，又稱IP地址。每個設(shè)備都至少需要一個IP地址，其可以作為我們設(shè)備的標(biāo)識，就跟我們的電話號碼一樣，知道了電話號碼就能找到我們，所以每個IP地址都是唯一的，所以在給每臺設(shè)備分配IP時，會根據(jù)一套編號方案進行，本篇文章我們就來詳細地了解一下它。

一、IP地址的表示

IP作用于OSI參考模型中的網(wǎng)絡(luò)層，在終端通信中作為唯一標(biāo)識，便于確定數(shù)據(jù)的傳遞目標(biāo)。

IP地址分為：IPv4 、IPv6

大多數(shù)用戶熟悉并且流行的IP地址是IPv4，其是用點分四組十進制的表示方法展示的，例如 165.195.130.107 、197.101.0.0 等，每一組的數(shù)字都是非負(fù)的整數(shù)，范圍在 [0, 255] 之間。

IPv4還有種寫法是用二進制表示的，例如：

十進制表示二進制表示

0.0.0.0	00000000 00000000 00000000 00000000
1.2.3.4	00000001 00000010 00000011 00000100
10.0.0.255	00001010 00000000 00000000 11111111
165.195.130.107	10100101 11000011 10000010 01101011
255.255.255.255	11111111 11111111 11111111 11111111

因此稱IPv4是32位的。而IPv6的位數(shù)就比較大了，是128位的，長度是IPv4的4倍，并且其表示方式是分塊的八組四個十六進制數(shù)，例如：5f05:2000:80ad:5800:0058:0800:2023:1d71，每個塊兒之間都是用 : 隔開的。

IPv6看著特別得長，所以它的簡化表示法已經(jīng)有一套標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)則如下：

每個塊兒中前導(dǎo)的零可省略。例如5f05:2000:80ad:5800:0058:0800:2023:1d71 按照此規(guī)則簡化后為 5f05:2000:80ad:5800:58:800:2023:1d71

整個塊兒都為零的可以省略不寫，并用 :: 代替其位置，但整個IPv6地址中只能出現(xiàn)一次 :: 符號。例如 0:0:0:0:0:0:0:1 按照此規(guī)則簡化后為 ::1

當(dāng)然IPv6也是可以用二進制表示的，表示結(jié)果如下：

十六進制表示二進制表示

5f05:2000:80ad:5800:0058:0800:2023:1d71	0101111100000101 0010000000000000 1000000010101101 0101100000000000 0000000001011000 0000100000000000 0010000000100011 0001110101110001
::1	0000000000000000 0000000000000000 0000000000000000 0000000000000000 0000000000000000 0000000000000000 0000000000000000 0000000000000001

如果把IPv6和端口號一起使用的話，可能會出現(xiàn)這樣的情況：http://2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344:443/，該URL中，最后一個 :443 其實表示的是端口號，但與IPv6一起使用時看起來好像也成為了一個塊兒部分，因此我們需要用 [] 符號將IPv6部分包裹起來，結(jié)果如下：http://[2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344]:443/

二、IP地址結(jié)構(gòu)

上面提到，IP是作為終端的唯一表示，因此只有當(dāng)保證每個IP都不同時，才能保證IP的唯一性。其中，IPv4地址的長度為32位，因此就有 種可能的地址，那么同理，IPv6地址的長度為128位，因此就有 種可能的地址。

這些地址就是作為數(shù)據(jù)包發(fā)送的目的地址，當(dāng)然每個地址都會有它們各自的含義，例如單播 、組播 、廣播等，當(dāng)然還有一些地址是會被保留用于實驗的

• 單播可以理解為一臺主機發(fā)送單一的數(shù)據(jù)包給另一臺主機；
• 組播可以理解為一臺主機發(fā)送單一的數(shù)據(jù)包給多臺主機；
• 廣播可以理解為一個節(jié)點向其它所有的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包；

IPv4中大多數(shù)的的地址都為單播

(1)分類尋址

那么IP地址既然是作為識別特定主機的唯一標(biāo)識，那么到底是如何被識別的呢？其實在長度為32位的IPv4地址中，有一段連續(xù)位稱為網(wǎng)絡(luò)號，還有一段連續(xù)位稱為主機號。

因為有時在同一個網(wǎng)絡(luò)中，可能會有多臺主機，就例如一個電子計算機教室看成一個網(wǎng)絡(luò)，教室中有60臺電腦，那么這60臺電腦都屬于這一個教室所處的網(wǎng)絡(luò)，而每臺電腦又需要在該網(wǎng)絡(luò)下單獨分配一個唯一的標(biāo)識

因此，在識別IP地址時，就是先通過識別IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號來確認(rèn)目的地址處于哪個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，然后再識別主機號，來確認(rèn)這個網(wǎng)絡(luò)中特定的主機。

我們將IPv4地址用二進制表示，一段地址的網(wǎng)絡(luò)號和主機號分類可以分為5類：A類 、B類 、C類 、D類 、E類，區(qū)別如下圖：

IPv4地址分類

• A類： 網(wǎng)絡(luò)號共8位，首位固定為 0，接下來連續(xù)的7位可以自由設(shè)定；主機號為24位
• B類： 網(wǎng)絡(luò)號共16位，前兩位固定為 1 0，接下來連續(xù)的14位可以自由設(shè)定；主機號為16位
• C類： 網(wǎng)絡(luò)號共24位，前三位固定為 1 1 0，接下來連續(xù)的21位可以自由設(shè)定；主機號為8位
• D類： 為組播地址，共32位，前四位固定為 1 1 1 0
• E類： 為保留地址，共32位，前四位固定為 1 1 1 1

其中A 、B 、C類地址大多都是單播地址，因此它們可用于接口分配。舉個例子，A類地址網(wǎng)絡(luò)號共8位，其中首位固定為 0，那么還有7位可以自由設(shè)定，那么就共有 個網(wǎng)絡(luò)數(shù)；主機號共24位，那么就共有 個主機數(shù)。(同樣的，我們可以推出其它類別的地址的網(wǎng)絡(luò)數(shù)和主機數(shù))因此我們可以理解為，用A類地址一共可以為 個電子計算機教室分配使用，每個教室可以容納 臺主機

IPv4地址的范圍在 0.0.0.0 ~ 255.255.255.255 之間，那么我們來看看這五類地址各自的地址范圍是如何的吧~

A類地址首位固定為 0，因此A類地址用二進制表示為 0XXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX，因此A類地址用十進制表示時，第一組最小為0，其余三組最小也為0，即 0.0.0.0；

B類地址前兩位固定為 1 0，因此B類地址用二進制表示為 10XXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX，因此B類地址為十進制表示時，第一組最小為128，其余三組最小為0，即 128.0.0.0，那么A類地址的范圍就可以確定為 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255

C類地址前兩位固定為 1 1 0，因此B類地址用二進制表示為 110XXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX，因此C類地址為十進制表示時，第一組最小為192，其余三組最小為0，即 192.0.0.0，那么B類地址的范圍就可以確定為 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255

以此類推，即可推出D 、E類的地址范圍

我們將IPv4地址的空間劃分情況總結(jié)在了下表中：

類地址范圍網(wǎng)絡(luò)數(shù)主機數(shù)

A	0.0.0.0 ~ ?127.255.255.255	27	224
B	128.0.0.0 ~ 191.255.255.255	214	216
C	192.0.0.0 ~ 223.255.255.255	221	28
D	224.0.0.0 ~ 239.255.255.255	/	/
E	240.0.0.0 ~ 255.255.255	/	/

上面有提到，A、B、C類地址中大多都是單播，那么也有幾個地址不作為單播地址使用，一般都是地址塊兒中的第一個地址和最后一個地址不使用，所以假設(shè)分配得到的地址塊兒為 127.0.0.0，那么實際能分配的單播地址數(shù)就為

(2)子網(wǎng)尋址

查看上述的A類地址，它可使用的主機數(shù)有 個，那么當(dāng)分配了A類IP地址后，卻發(fā)現(xiàn)并沒有那么多的主機，這樣就造成了剩余可用主機數(shù)的浪費；或者說被分配了C類地址后，卻發(fā)現(xiàn)有上萬臺主機，而C類地址可用的主機數(shù)只有 個，因此只能給其多分配幾個C類地址，那么C類地址就很容易被消耗完

為了解決上述辦法，又采用了一種叫做子網(wǎng)尋址的方法，即假設(shè)當(dāng)一個站點被分配了B類地址，那么該站點的管理員可以將B類地址的主機號部分繼續(xù)分成兩部分，分別為 子網(wǎng)號 和 主機號，這兩者所占的位數(shù)可以根據(jù)實際需求自由分配，例如分配給子網(wǎng)號8位，分配給主機號8位，即平分，結(jié)果如下圖：

子網(wǎng)尋址

此時的站點可以支持 個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)中最多可支持 臺主機(每個子網(wǎng)的第一個地址和最后一個地址不會被使用)

這樣在站點內(nèi)，路由器就可以根據(jù)子網(wǎng)號和主機號監(jiān)測到不同子網(wǎng)的流量了，如下圖所示：

上圖中，該站點被分配了一個B類地址 128.32.x.x，而管理員此時選擇將其繼續(xù)劃分為多個子網(wǎng)，如圖中的子網(wǎng)1和子網(wǎng)2，它們分別是開始于 128.32.1 和 128.32.2，并且左右兩臺主機都分別屬于各自的子網(wǎng)。

那么路由器是如何在地址中尋找子網(wǎng)號的呢？這就要設(shè)置一個名為子網(wǎng)掩碼的參數(shù)了

(3)子網(wǎng)掩碼

子網(wǎng)掩碼是由一臺主機或路由器使用的分配位，用以確定如何從一臺主機對應(yīng)的IP地址中獲得網(wǎng)絡(luò)和子網(wǎng)信息，更通俗點說，通過它可以確定一個IP地址的網(wǎng)絡(luò)/子網(wǎng)部分的結(jié)束和主機部分的開始。

子網(wǎng)掩碼跟IP地址的長度相等(IPv4為32位，IPv6為128位)，對于IPv4來說，子網(wǎng)掩碼也是用點分四組十進制來表示的。當(dāng)子網(wǎng)掩碼用二進制表示時，結(jié)構(gòu)非常簡單且容易記憶，從左邊開始由一段連續(xù)的1組成，緊接著又一段連續(xù)的0組成直到最后。其中連續(xù)的1的長度稱為前綴長度，用 /長度 來表示

舉例各種類型的子網(wǎng)掩碼：

十進制表示前綴長度二進制表示

128.0.0.0	/1	10000000 00000000 00000000 00000000
255.0.0.0	/8	11111111 ?00000000 00000000 00000000
255.192.0.0	/10	11111111 ?11000000 00000000 00000000
255.255.0.0	/16	11111111 ?11111111 ?00000000 00000000
255.255.254.0	/23	11111111 ?11111111 ?11111110 ?00000000
255.255.255.224	/27	11111111 ?11111111 ?11111111 ?11100000
255.255.255.255	/32	11111111 ?11111111 ?11111111 ?11111111

接下來說說子網(wǎng)掩碼是如何使用的，其二進制位1對應(yīng)IP地址的網(wǎng)絡(luò)/子網(wǎng)部分；相反，0對應(yīng)IP地址的主機號部分。換個說法就是子網(wǎng)掩碼第一個0所對應(yīng)IP地址的位為主機號的第一位；也可以借用前綴長度來判斷，即前綴長度后一位對應(yīng)的也是IP地址主機號的第一位。

例如剛才舉的例子，站點管理員將B類地址 128.32.x.x 的主機位劃分為8位的子網(wǎng)號和8位的主機號，那么他就會提前設(shè)置好一個長度為 的子網(wǎng)掩碼，即 255.255.255.0，表示前24位是網(wǎng)絡(luò)/子網(wǎng)部分，那么路由器在處理圖中的IPv4地址 128.32.1.14時，會先查看一下子網(wǎng)掩碼，此時將IP地址和子網(wǎng)掩碼對應(yīng)的位進行與運算即可獲得該IP所處的是哪個子網(wǎng)，運算過程如下圖：

結(jié)果中的 128.32.1.0 就是IP地址 128.32.1.14 所屬的子網(wǎng)

但此時有沒有發(fā)現(xiàn)一個問題？雖然給地址劃分了子網(wǎng)號和主機號，但是每個子網(wǎng)號所對應(yīng)子網(wǎng)的主機數(shù)就固定死了，而且每個子網(wǎng)所支持的主機數(shù)都是一樣的，這一定是不合理的，因為實際應(yīng)用中，可能這個區(qū)域只需要支持10臺主機，而另一個區(qū)域需要支持100臺主機，那么我們此時在劃分子網(wǎng)號和主機號的時候，至少要讓每個子網(wǎng)支持的主機數(shù)大于100臺，那只需要支持10臺主機的區(qū)域分配到了一個子網(wǎng)，豈不是至少浪費了其中的90個空間么？面對這樣的問題，我們又該如何解決呢？

(4)可變長度的子網(wǎng)掩碼

上個部分剛說過，路由器在尋找子網(wǎng)號時，是通過我們設(shè)置的子網(wǎng)掩碼來查找的，那么我們不妨根據(jù)不同的需求設(shè)置多個子網(wǎng)掩碼，來達到子網(wǎng)號和主機號分配比例不唯一的需求，這就是VLSM(Variable Length Subnet Mask，可變長度的子網(wǎng)掩碼)的實現(xiàn)

比如，我們上面舉得例子，當(dāng)前站點被分配到了一個B類地址，該站點的某個區(qū)域需要支持100臺主機，那么我們可以給這個區(qū)域分配一個子網(wǎng)號，同時設(shè)置其子網(wǎng)掩碼為 255.255.255.128，其前綴長度為 25，因此留給主機位的位數(shù)還有 位，則該子網(wǎng)支持主機數(shù)為 臺，可以滿足該區(qū)域的需求；再來看另一個區(qū)域，它們需要支持的主機臺數(shù)為10，那么我們可以給該區(qū)域分配另一個子網(wǎng)號，同時設(shè)置子網(wǎng)掩碼為 255.255.255.240，其前綴長度為 28，因此留給主機的位數(shù)還有 位，則該子網(wǎng)支持的主機數(shù)為 臺，同樣可以滿足該區(qū)域的需求。

(5)廣播地址

在每個IPv4的子網(wǎng)中，都會有一個特殊的地址被保留作為子網(wǎng)的廣播地址，那如何獲取它呢？我們只需要將子網(wǎng)掩碼的所有位都取反，即0變1，1變0，然后將取反后的子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)內(nèi)的IP地址進行或運算即可得到廣播地址

仍然延用上面的例子，子網(wǎng)內(nèi)的IP地址為 128.32.1.14，子網(wǎng)掩碼為 255.255.255.0，則比較過程如下圖：

圖中獲得的結(jié)果 128.32.1.255 即為子網(wǎng) 128.32.1.0 中的廣播地址，前面說過，每個子網(wǎng)中的頭尾兩個地址一般是不被使用的，所以該子網(wǎng)中可用的單播地址范圍就是 128.32.1.1 ~ 128.32.1.254

(6)總結(jié)

簡單總結(jié)一下子網(wǎng)掩碼的作用：

面對不同需求設(shè)置不同的子網(wǎng)掩碼可以做到不同子網(wǎng)支持不同數(shù)量的主機

通過子網(wǎng)掩碼可以獲取子網(wǎng)IP

通過子網(wǎng)掩碼可以獲取廣播地址

通過子網(wǎng)掩碼可以獲取該子網(wǎng)內(nèi)的可用單播地址

通過子網(wǎng)掩碼可以獲取子網(wǎng)內(nèi)支持的主機數(shù)

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的0分配不到地址_前端学习计算机网络——IP地址的划分及其分类的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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