作者：一天，本文首發(fā)于公眾號：網(wǎng)絡(luò)之路博客

 回顧之前

上一篇了解了IP協(xié)議的各個字段的作用，以及提到了特別重要IP地址，在網(wǎng)絡(luò)世界中作為通信識別的唯一尋址信息，讓兩臺終端通信知道如何去跟回，其實網(wǎng)絡(luò)世界更像我們現(xiàn)實世界的縮影，很多能在現(xiàn)實中找到相似的影子，特別在于寄信件的時候，里面最重要的就是地址信息，這個能是去往目的地的關(guān)鍵信息，現(xiàn)實中通過各個省份、城市、區(qū)縣、區(qū)域來定位到具體位置，并且，這個地址是唯一的，不能出現(xiàn)重復(fù)，否則信件就不知道如何發(fā)送了，而在TCP/IP通信的網(wǎng)絡(luò)世界中，為了保證正常通信，也是一樣，需要有一個唯一并且能夠?qū)ぶ饭δ芏ㄎ坏侥康牡卦谀牡牡刂沸畔ⅲ@就是IP地址，所以每個設(shè)備都需要正確的IP地址，否則無法實現(xiàn)正常的通信，那它在網(wǎng)絡(luò)世界中如何表示的呢？怎么去保證唯一性呢？

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了解IP地址

1、IP地址的格式

在IP協(xié)議的報文中，可以得知IP地址是有32個比特，IP地址在計算機(jī)中是以二進(jìn)制的方式處理的，如果全部以二進(jìn)制的形式來表示，使用跟表達(dá)都非常的困難，所以為了人類方便記憶，采用了點(diǎn)分十進(jìn)制的方式，將32位的IP地址以8位為一組，分成四個部分，每組以【.】進(jìn)行隔開，再將每組轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制。

以博主電腦網(wǎng)卡獲取的地址舉例，計算機(jī)系統(tǒng)處理以二進(jìn)制進(jìn)行，可以看到非常的長，都是0跟1的組合，在使用中很容易出錯也非常難記，換成十進(jìn)制后，相對來說就輕松很多了。并且可以發(fā)現(xiàn)二進(jìn)制里面0跟1的組合不一樣，得到的數(shù)值也不一樣，總共IP地址有多少個呢？

最大允許差不多43億的終端連接到網(wǎng)絡(luò)里面來，看起來已經(jīng)非常多了！但是，如今的Internet網(wǎng)中，IP地址是枯竭的狀態(tài)，這也是為什么推出了IPV6的原因，可能IP地址的設(shè)計者也沒想到，今后的internet網(wǎng)會這么龐大。

  IP地址其實是由2個部分組成的，一個是網(wǎng)絡(luò)號（網(wǎng)段地址）和主機(jī)號（主機(jī)地址），這個兩個組成很關(guān)鍵，網(wǎng)絡(luò)號是設(shè)備所在區(qū)域的一種標(biāo)識區(qū)分，網(wǎng)絡(luò)號相同的設(shè)備處于同一個網(wǎng)段內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)號不同的設(shè)備處于不同網(wǎng)段，兩個之間通信需要依賴三層設(shè)備。主機(jī)號是在同一個網(wǎng)段中標(biāo)識不同終端設(shè)備，同一個網(wǎng)段內(nèi)的終端是不允許出現(xiàn)重復(fù)的主機(jī)號的，這段很重要，先讀幾次，有個印象，這對我們排錯跟學(xué)習(xí)都非常有幫助。

舉個生活中的例子，一個小區(qū)內(nèi)，有多棟樓，每棟樓都有501、601這樣，避免住戶搞混沖突，開發(fā)商會在前面加一個數(shù)字或者字母來進(jìn)行區(qū)分每棟樓，比如2501、3601，這樣在找位置的時候就很容易找到了。隨著時間久了，可能跟同一棟樓的上下左右鄰里相處的不錯，經(jīng)常會相互串門聊聊天，聚聚餐之類的，同一樓層每家獨(dú)立的門牌號不會重復(fù)，很容易就找到了。不同樓就相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)號，有不同的標(biāo)識，而同一棟樓的有很多住戶，每個住戶的門牌號都是不一樣的，不會有重復(fù)，這樣就方便定位了。

同樣的，在網(wǎng)絡(luò)中也是一樣，可能我們訪問的目的就在一個區(qū)域，也可能在另外的區(qū)域，那運(yùn)行了TCP/IP協(xié)議的設(shè)備不管是PC、手機(jī)、路由器還是交換機(jī)，都得有一個判斷規(guī)則，來對比要去的目的跟自己是不是一個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，那就是通過上面的網(wǎng)絡(luò)號來進(jìn)行區(qū)分。

以我們最容易接觸到的家用網(wǎng)舉例，每個人家里都有無線路由器，可能有的下面接了電腦、手機(jī)、電視、PAD、有的甚至有個人服務(wù)器/NAS等。像上面的圖，路由器左邊是家庭局域網(wǎng)網(wǎng)，比如有三個終端，地址分別是192.168.255.1、192.168.255.2、192.168.255.240，不管是相互傳文件以及訪問個人的服務(wù)器，直接輸入對方的地址就可以了，并且還有這樣的情況，就算寬帶接入出現(xiàn)故障，互聯(lián)網(wǎng)訪問不到了，但這些局域網(wǎng)之間的互訪是不影響的。

另外可以發(fā)現(xiàn)圖里面有相同的特征，都是192.168.255開頭，變化的是最后一位，現(xiàn)在還沒學(xué)介紹到地址分類，假設(shè)192.168.255相同的前綴為網(wǎng)絡(luò)號，同一個網(wǎng)段，而最后一位1、2、240為主機(jī)號，數(shù)字都不是重復(fù)的。

比如這里192.168.255.1訪問192.168.255.240，這里192.168.255.1設(shè)備系統(tǒng)通過自己網(wǎng)卡的參數(shù)讀取到對應(yīng)的IP信息與目的的IP比較，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)號相同，則在同一個網(wǎng)段內(nèi)，直接發(fā)送給對方，并且二層封裝目的主機(jī)的MAC地址。

  PS：（在同一個局域網(wǎng)內(nèi)就是上一篇學(xué)習(xí)的二層，通過MAC封裝，交換機(jī)通過MAC學(xué)習(xí)到目標(biāo)MAC的接口發(fā)送出去，當(dāng)然這里會留下個疑問，終端之間怎么在會實現(xiàn)知道對方的MAC地址是多少呢，這里還沒講解ARP協(xié)議，暫時當(dāng)成它已經(jīng)事先知道了。另外家用路由器有多個LAN口，其實這LAN就相當(dāng)于交換機(jī)的工作模式一樣，可以學(xué)習(xí)MAC的功能，自然就能知道某個設(shè)備在哪個口）  

如圖 192.168.255.1去訪問互聯(lián)網(wǎng)上的百度 181.55.6.6， 假設(shè)對比前三段，終端判斷目的與自己的網(wǎng)絡(luò)號不一致，那么它該怎么處理呢？

如果終端判斷目的與自己的網(wǎng)絡(luò)號不一致就會丟給網(wǎng)關(guān)處理，比如圖上面丟給192.168.255.254（家用路由器的網(wǎng)關(guān)），家用路由器通過查詢路由表中的網(wǎng)絡(luò)號，查詢交給Internet的網(wǎng)關(guān)，最終Internet中的路由器也通過查詢網(wǎng)絡(luò)號來層層傳遞，最終抵達(dá)目的地。

通過這個分析，可以得到這些有用的知識點(diǎn)總結(jié)。

• IP地址的網(wǎng)絡(luò)號用于區(qū)分源目IP是否在同一個網(wǎng)段還是不同網(wǎng)段，主機(jī)號用于標(biāo)識同一個網(wǎng)段內(nèi)的不同終端，并且不能重復(fù)，比如192.168.255（網(wǎng)絡(luò)號），主機(jī)號可以是1、2、3 …..等
• 設(shè)備終端，比如PC、手機(jī)、平板運(yùn)行了TCP/IP協(xié)議的，它都有判斷的功能，如果目的IP與我網(wǎng)絡(luò)號相同，判斷在一個網(wǎng)段內(nèi)，直接在同一個區(qū)域內(nèi)完成通信；如果網(wǎng)絡(luò)號不同，則判斷為不同網(wǎng)段，這個時候直接交給網(wǎng)關(guān)處理，如果沒有網(wǎng)關(guān)信息，則通信失敗，數(shù)據(jù)包發(fā)送不出。
• 路由器這些三層設(shè)備在處理轉(zhuǎn)發(fā)這個數(shù)據(jù)包的時候，查詢路由表根據(jù)目的IP的網(wǎng)絡(luò)號進(jìn)行查詢轉(zhuǎn)發(fā)，這樣的好處是能夠提高效率，不用具體到主機(jī)位，否則Internet這么龐大的網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)路設(shè)備都存放在路由表中，對設(shè)備的壓力以及查詢的效率就非常低了。
• 終端設(shè)備訪問不同網(wǎng)段依靠的是網(wǎng)關(guān)，而路由器等三層設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包去往不同目的地依靠的是路由表中的條目。

• 這些“規(guī)則”一定要有一個認(rèn)知，后續(xù)在學(xué)習(xí)路由交換的時候非常有用，甚至排錯的時候，比如某個設(shè)備上不了網(wǎng)，那我們知道了上網(wǎng)是得有網(wǎng)關(guān)的，是不是就先檢查網(wǎng)關(guān)設(shè)置了嗎，設(shè)置的對嗎。當(dāng)然這些會在后續(xù)中反復(fù)提到，數(shù)據(jù)包的通信離不開這些“規(guī)則”。

明白了網(wǎng)絡(luò)號與主機(jī)號的概念，那在IP地址中，哪幾位是網(wǎng)絡(luò)號？哪幾位是主機(jī)號呢？下面就來了解下地址分類以及子網(wǎng)掩碼的概念。

2、IP地址分類

在internet誕生初期，IP地址是非常充裕的，計算機(jī)科學(xué)家們進(jìn)行了分類地址，把IP地址分為了5大類，分別是A類、B類、C類、D類、E類。

早期沿用的是地址分類的方法，A、B、C作為全局可用唯一地址進(jìn)行分配，每個列別定義了網(wǎng)絡(luò)號以及主機(jī)號的范圍大小，由于這種方式早就不在使用，只有考試以及很多書籍還在介紹，所以這里就簡單介紹下。

（1）A類地址

A類IP地址以首位為“0”開頭，前面8位是網(wǎng)絡(luò)號，網(wǎng)絡(luò)號范圍是0~127（0和127屬于保留地址）。

算下來就2^（8-1）-2=126，其中8位中最開始0是固定的，所以只有7個可以變化，0與127是保留需要-2，最終有126個網(wǎng)段。

后24位是主機(jī)號，表示可容納的終端數(shù)量，2^24次方=16777216個地址。

（2）B類地址

B類IP地址前兩位以“10”固定開頭，1~16位為網(wǎng)絡(luò)號，網(wǎng)絡(luò)號的范圍128.0~191.255，其中169.254為保留地址，算下來2^（16-2）-1，有16383個可用網(wǎng)段。

后16位主機(jī)號，表示可容納的終端數(shù)量，2^16次方=65536個地址。

（3）C類地址

 C類IP地址前三位“110”固定，從1~24位為它的網(wǎng)絡(luò)號，范圍是192.0.0~223.255.255.255，其中192.0.0屬于保留地址，所以有2^（24-3）-1=2097151

后8位是主機(jī)號，標(biāo)識可容納的終端數(shù)量，2^8=256個地址。

（4）D與E類地址

D類IP比較特殊，它屬于組播地址，不區(qū)分網(wǎng)絡(luò)號與主機(jī)號，用于各種協(xié)議中以及某些特殊場景，后續(xù)會慢慢熟悉，范圍是224.0.0.0~239.255.255.255。而E類屬于科研方面等方面，不用于互聯(lián)網(wǎng)使用。

（5）了解網(wǎng)段地址、網(wǎng)段廣播地址、以及單播地址

當(dāng)主機(jī)號全為0時，表示某個網(wǎng)段，叫做網(wǎng)段地址，比如192.168.255.0，表示192.168.255.1到192.168.255.254所有地址，這也是以后在項目中經(jīng)常遇到的表示方法，用于表示某個網(wǎng)段。

當(dāng)主機(jī)號全為1時，它表示的網(wǎng)段廣播地址，發(fā)往這個地址的數(shù)據(jù)包，該網(wǎng)段內(nèi)所有主機(jī)都能收到，比如：網(wǎng)段192.168.255.0，廣播地址是192.168.255.255。

所以，在每個網(wǎng)段中，主機(jī)號全0的網(wǎng)段地址以及主機(jī)號全1的廣播地址是不能被使用，每個網(wǎng)段實際可用的地址是對應(yīng)的地址數(shù)-2。

那什么是單播地址呢？每個網(wǎng)段內(nèi)除去網(wǎng)段地址以及網(wǎng)段廣播地址以外，剩下的就是單播地址，單播地址也就我們終端PC、手機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備路由器、交換機(jī)設(shè)備上使用的地址了，通信雙方就一個發(fā)送方與接收方，而廣播則是一個發(fā)送方，其余同網(wǎng)段的主機(jī)都為接收方，但是不會發(fā)往其他網(wǎng)段，中間三層設(shè)備會隔離廣播，不會進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

（6）二進(jìn)制與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換

上面介紹了一大堆地址范圍，可能很多朋友有點(diǎn)犯迷糊，怎么就計算出這么多的網(wǎng)段跟主機(jī)了，首先，要明白二進(jìn)制與十進(jìn)制的換算。

二進(jìn)制到十進(jìn)制的換算，可以參考上面表格，也可以借助計算器，采用程序員的模式，輸入對應(yīng)的數(shù)值即可，其中BIN表示二進(jìn)制，DEC表示十進(jìn)制，HEX表示十六進(jìn)制。

按照上面的表格，把每一段“置1”的數(shù)值相加就得了每一段的十進(jìn)制，最終就是192.168.255.4，這個是C類地址，因為網(wǎng)絡(luò)號前三位固定為110，同樣的A與B類的地址，都有前面固定的值，范圍都不一樣，只要知道了固定值的位置，然后就可以計算出每個類的范圍。

（7）IP地址分類的好處

• 判斷方便，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要解析一個IP地址的時候，只需要判斷網(wǎng)絡(luò)位的前四位就可以知道是網(wǎng)絡(luò)號與主機(jī)地址的范圍。

這樣的地址分類好處就是簡單、選路查詢方便，減輕中間設(shè)備的壓力，但是也帶來了很多的問題，也是導(dǎo)致這種分類在如今的環(huán)境下無法使用的原因。

問題一：靈活性

一個企業(yè)可能根據(jù)需求以及區(qū)域不同會劃分成辦公區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、會議區(qū)等，而IP分類是沒有這種區(qū)域?qū)哟蔚膭澐止δ艿模鄙凫`活性。

問題二：與現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)不匹配

從上面的分類的網(wǎng)段以及每個可以容納的終端數(shù)來看，A、B、C中間差距太明顯，比如一個C類的網(wǎng)段可以容納254個主機(jī)，一個小型辦公環(huán)境可能夠用了，稍微有點(diǎn)規(guī)模的就顯得不夠，而一個B類地址對應(yīng)一個企業(yè)來說又達(dá)不到這樣大的規(guī)模，很多地址就浪費(fèi)了，注意，公網(wǎng)地址是要花錢購買的，并不是免費(fèi)使用的。

問題三：安全性問題

比如A公司與B公司是是同行競爭關(guān)系，同時向運(yùn)營商購買了自己需要數(shù)量的IP地址，有一天，A公司的技術(shù)發(fā)現(xiàn)它竟然能看到B公司的數(shù)據(jù)包？原因就是運(yùn)營商給它們分配的都是C類同一個網(wǎng)段，比如給A公司分配的是202.100.1.1到202.100.1.50，B公司分配的是202.100.1.101到202.100.1.180，通過地址分類，202.100.1.0屬于C類，而且是同一個網(wǎng)段，那么數(shù)據(jù)通信A與B之間其實是可以直接通信的，有可能B的數(shù)據(jù)發(fā)送了廣播報文的，導(dǎo)致A收到了，同樣A發(fā)送的某些數(shù)據(jù)包，B也收到了，對于這樣的場景，可能客戶為了安全性就會選擇去其他運(yùn)營商購買，并且要求獨(dú)立的網(wǎng)段，這問題對于運(yùn)營商來說就頭疼了，一個C內(nèi)網(wǎng)段最少也有254個地址，一個公司有又不需要購買這么多，一部分給A，一個部分給B呢，又說不安全，空著吧，又浪費(fèi)了。

問題四：地址浪費(fèi)

其實從上面的三個問題中都可以看出來，地址的分類根本無法根據(jù)不同的場景需求來定制需要的，不是一個網(wǎng)段多了，就是少了，怎么都會造成地址浪

費(fèi)空閑的，并且在劃分的時候，很多A類地址就被美國的公司或者運(yùn)營商占據(jù)了，像我們中國作為全球第一的人口龐大的國家，都沒有一個”完整”的A類地址。而一個A類想想上千萬個地址，一個公司怎么可能用得了這么多，剩下的就白白的浪費(fèi)了。

重點(diǎn)回顧

• IP地址采用點(diǎn)分十進(jìn)制表示，分為四個部分。
• IP地址由網(wǎng)絡(luò)號與主機(jī)號組成，網(wǎng)絡(luò)號表示具體的某一個網(wǎng)段，同一個網(wǎng)段內(nèi)的主機(jī)可以直接通信，不同網(wǎng)段的主機(jī)互訪則交給網(wǎng)關(guān)處理，是否在于同一個網(wǎng)段的判斷依據(jù)就是依賴網(wǎng)絡(luò)號。主機(jī)號表示這個網(wǎng)段內(nèi)的終端數(shù)量，每個地址都不能相同。
• 路由器等三層設(shè)備在處理數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的時候，也是通過網(wǎng)絡(luò)號進(jìn)行查詢轉(zhuǎn)發(fā)，這樣效率更高，對設(shè)備壓力更小。
• 每個網(wǎng)段都存在一個網(wǎng)段廣播地址，一個網(wǎng)段地址，這兩個地址是不能被使用的，其中網(wǎng)段地址表示某個整體網(wǎng)段，而網(wǎng)段廣播地址是指，發(fā)往該地址的數(shù)據(jù)包，該網(wǎng)段內(nèi)所有主機(jī)能收到，就像廣播一樣，但是只能在該網(wǎng)段內(nèi)廣播，穿越不了路由器，也可以理解路由器天生隔離廣播。
• IP地址早期采用分類地址，分為了A、B、C、D、E 五大類，其中在后續(xù)經(jīng)常會接觸到的有A、B、C三類，分類的好處就是規(guī)劃了網(wǎng)絡(luò)號與主機(jī)號的范圍，并且為不同場景規(guī)模的環(huán)境提供了不同的網(wǎng)段數(shù)量以及主機(jī)數(shù)量。網(wǎng)關(guān)以及互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)查詢的時候也很容易進(jìn)行判斷。
• 分類地址的方法存在很多弊端，最大的弊端就是地址的浪費(fèi)，導(dǎo)致IPV4地址枯竭的重大原因。

參考文獻(xiàn)

[1]圖解網(wǎng)絡(luò)-小林coding-第三版

[2]計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)--自頂向下（第七版）

“承上啟下”

竟然分類地址存在這么多的問題，勢必需要一種更好的分類劃分的方法來避免地址的浪費(fèi)，以及可以靈活的進(jìn)行劃分，這樣才能滿足internet快速壯大的規(guī)模跟發(fā)展的需求，這種方法就是下一篇要講的子網(wǎng)掩碼、VLSM、CIRD、私網(wǎng)地址。

作者：一天，本文首發(fā)于公眾號：網(wǎng)絡(luò)之路博客