一文详解IP地址：含义作用格式分类等

Posted 2023-04-04 最铁头的网工

1、IP地址是什么？

IP 地址是互联网协议特有的一种地址，它是 IP 协议提供的一种统一的地址格式，为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。

2、那么，我们为什么要使用 IP 地址呢？

在单个局域网网段中，计算机与计算机之间可以使用网络访问层提供的 MAC 地址进行通信。如果在路由式网络中，计算机之间进行通信就不能利用 MAC 地址实现数据传输了：因为 MAC 地址不能跨路由接口运行；即使强行实现跨越，使用 MAC 地址传输数据也是非常麻烦的。

这是由于内置在网卡里的固定 MAC 地址不能在地址空间上引入逻辑结构，使其无法具备真正的地址来表示国家、省、市、区、街道、路、号这类层次。因此，要进行数据传输，必须使用一种逻辑化、层次化的寻址方案对网络进行组织，这就是 IP 地址。

3、IP地址表示

IP地址表示

IP地址是长度是32 bit，由4个字节组成。为了阅读和书写方便，IP地址通常采用点分十进制数来表示。

点分十进制表示法

IP地址表现形式能够帮助我们更好的使用和配置网络，但通信设备在对IP地址进行计算时使用的是二进制的操作方式，因此掌握十进制、二进制的转换运算非常有必要。

IPv4地址范围

00000000.00000000.00000000.00000000~11111111.11111111.11111111.11111111，即0.0.0.0~255.255.255.255。

4、ip地址格式

IPv4地址由如下两部分组成：

网络部分 (网络号)：用来标识一个网络。

IP地址不能反映任何有关主机位置的地理信息，只能通过网络号码字段判断出主机属于哪个网络。

对于网络号相同的设备，无论实际所处的物理位置如何，它们都是处在同一个网络中。

主机部分 (主机号)：用来区分一个网络内的不同主机。

网络掩码 (Netmask)，又称子网掩码 (Subnet Mask):

网络掩码为32 bit，与IP地址的位数一样，通常也以点分十进制数来表示。

网络掩码不是一个IP地址，在二进制的表示上是一堆连续的1、后面接一堆连续的0。

通常将网络掩码中1的个数称为这个网络掩码的长度。如：掩码0.0.0.0的长度是0，掩码252.0.0.0的长度是6。

网络掩码一般与IP地址结合使用，其中值为1的比特对应IP地址中的网络位；值为0的比特对应IP地址中的主机位，以此来辅助我们识别一个IP地址中的网络位与主机位。即网络掩码中1的个数就是IP地址的网络号的位数，0的个数就是IP地址的主机号的位数。

5、IP地址分类

为了方便IP地址的管理及组网，IP地址分成五类：

A、B、C、D、E类的类别字段分别是二进制数0、10、110、1110、1111，通过网络号码字段的前几个比特就可以判断IP地址属于哪一类，这是区分各类地址最简单的方法。

A、B、C三类地址是单播IP地址 (除一些特殊地址外)，只有这三类地址才能分配给主机接口使用。

D类地址属于组播IP地址。

E类地址专门用于特殊的实验目的。

本节内容，只关注A、B、C三类地址。

A、B、C类地址比较：

使用A类地址的网络称为A类网络；使用B类地址的网络称为B类网络；使用C类地址的网络称为C类网络。

A类网络的网络号为8 bit，个数很少，但所允许的主机接口的个数很多；首位恒定为0，地址空间为：0.0.0.0~127.255.255.255。

B类网络的网络号为16 bit，介于A类和C类网络之间；首两位恒定为10，地址空间为：128.0.0.0~191.255.255.255。

C类网络的网络号为24 bit，个数很多，但所允许的主机接口的个数就很少；首三位恒定为110，地址空间为：192.0.0.0~223.255.255.255。

注：

主机 (Host)，通常指路由器和计算机的统称。并且常把主机的某个接口的IP地址简称为主机IP地址。

组播地址：组播能实现一对多传递消息。

6、IP报文格式

特殊的IP地址

公网IP地址：IP地址是由IANA统一分配的，以保证任何一个IP地址在Internet上的唯一性。这里的IP地址是指公网IP地址。

私网IP地址：实际上一些网络不需要连接到Internet，比如一个大学的封闭实验室内的网络，只要同一网络中的网络设备的IP地址不冲突即可。在IP地址空间里，A、B、C三类地址中各预留了一些地址专门用于上述情况，称为私网IP地址。

A类：10.0.0.0~10.255.255.255

B类：172.10.0.0~172.31.255.255

C类：192.168.0.0~192.168.255.255

255.255.255.255

这个地址称为有限广播地址，它可以作为一个IP报文的目的IP地址使用。

路由器接收到目的IP地址为有限广播地址的IP报文后，会停止对该IP报文的转发。

0.0.0.0

如果把这个地址作为网络地址，它的意思就是“任何网络”的网络地址；如果把这个地址作为主机接口地址，它的意思就是“这个网络上主机接口”的IP地址。

例如：当一个主机接口在启动过程中尚未获得自己的IP地址时，就可以向网络发送目的IP地址为有限广播地址、源IP地址为0.0.0.0的DHCP请求报文，希望DHCP服务器在收到自己的请求后，能够给自己分配一个可用的IP地址。

127.0.0.0/8

这个地址为环回地址，它可以作为一个IP报文的目的IP地址使用。其作用是测试设备自身的软件系统。

一个设备产生的、目的IP地址为环回地址的IP报文是不可能离开这个设备本身的。

169.254.0.0/16

如果一个网络设备获取IP地址的方式被设置成了自动获取方式，但是该设备在网络上又没有找到可用的DHCP服务器，那么该设备就会使用169.254.0.0/16网段的某个地址来进行临时通信。

注：DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)，动态主机配置协议，用于动态分配网络配置参数，如IP地址。

7、ipv4和ipv6

我们目前常说的IP地址指的是IPV4地址，但IPv4可用地址有限，在2011年2月3日，IANA已经宣布将其最后的468万个IPv4地址平均分配到全球5个RIR（Regional Internet Registry，区域互联网注册管理机构），此后IANA再没有可分配的IPv4地址。

NAT技术的应用，缓解了IPv4地址不足产生的问题，但是部署IPv6是解决IPv4地址不足的最终方案。当前世界上不同地区对部署IPv6的需求强烈程度不一，且当前IPv4网络仍然占主流地位，因此短时间内IPv6和IPv4将会共存。

IPV6的优势：

一文详解ARP报文格式及工作原理

ARP（地址解析协议）

作用：

将目的IP解析为目的MAC，用于二层帧结构的目标MAC封装，数据必须封装为帧才能够被网卡发送出去，帧中必须包含MAC。

报文格式：

ARP报文不能穿越路由器，不能被转发到其他广播域。

主要参数：

Hardware Type表示硬件地址类型，一般为以太网（值为1）；

Protocol Type表示三层协议地址类型，一般为IP；

Hardware Length和Protocol Length为MAC地址和IP地址的长度，单位是字节； Operation Code指定了ARP报文的类型，

ARP请求（1），ARP应答（2），RARP请求（3），RARP应答（4）； Source Hardware Address指的是发送ARP报文的设备MAC地址； Source Protocol Address指的是发送ARP报文的设备IP地址；

Destination Hardware Address指的是接收者MAC地址，在ARP request报文中，该字段值为0；

Destination Protocol Address指的是指接收者的IP地址。

工作原理：

1. 首先检查自己的ARP缓存表，是否存在目的IP对应的目的MAC，如存在则不会触发ARP请求与应答过程，直接根据ARP缓存表项封装目的MAC；

2. 不存在arp缓存表，触发arp请求，对方收到arp请求，根据arp报文中的目的IP判断，是否寻找的主机是自己，如果是则发送arp响应携带自己的MAC地址， 回复对方。

示例：

1，主机A发送一个数据包给主机C之前，首先要获取主机C的MAC地址。

2，主机A先查询自己的ARP缓存表，看是否存在C的MAC，如果存在则直接封装C的MAC，

如果不存在则发送ARP request；

3，主机A发送时二层封装S.MAC为自己的MAC地址AA，目的MAC为FFFF FFFF FFFF

ARP消息中封装 S.MAC AA S.IP 0.1D.MAC 00/FFD.IP 0.3

4，主机C收到后进行解封装发现D.MAC为FFFF接收后，交于ARP协议处理，ARP协议 再拆包发现D.IP与自己的IP相同则进行接收（将对方IP、MAC记录下放入arp缓存表） 并进行响应arp reply（告诉对方自己的IP、MAC）；

5，主机A收到主机C回复的ARP reply之后根据该消息中携带的IP、MAC，生成相应的ARP缓存表后续主机A、主机C之间的互访则直接根据ARP缓存表进行封装，不需要再发送ARP request；