2.4 IP地址（IPv4）

目前IP的版本號是4（簡稱為IPv4），它的下一個版本就是IPv6，IPv6正處在不斷發展和完善的過程中，它在不久的將來將取代目前被廣泛使用的IPv4。在IPv4版本中，其核心技術屬于美國，它的最大問題是網絡地址資源有限，從理論上講，可以編址1600萬個網絡、40億臺主機。

IP地址概述

大家都知道，每部連入電話網的電話機都有一個由電話局分配的電話號碼，我們只要知道該電話機的電話號碼，便可以撥通該電話機。如果被呼叫的話機與發起呼叫的話機是一個國家（或地區）的不同城市，則在電話號碼前加上被叫話機所在城市的區號，如果被呼叫的話機與發起呼叫的話機位于不同的國家（或地區），還要在電話號碼前加上被呼叫話機所在國家（或地區）的代碼和城市的區號。

IP地址是IP為標志主機所使用的地址，分為4字節共32位，以X.X.X.X表示，每個X為8位，對應的十進制數取值為0～255。IP地址采取層次結構，與電話號碼的層次有所不同，電話號碼采用國家（或地區）代碼、城市區號和電話號碼三個層次構成，按地理方式進行劃分。而IP地址的層次是按邏輯網絡結構進行劃分的，一個IP地址由兩部分組成，即網絡號和主機號，網絡號用于識別一個邏輯網絡，而主機號用于識別網絡中的一臺主機。只要兩臺主機具有相同的網絡號，不論它們位于何處，都屬于同一個邏輯網絡；相反，如果兩臺主機網絡號不同，即使毗鄰放置，也屬于不同的邏輯網絡。

在Internet中對不同目標網絡的尋址是通過路由器進行的，路由器通過路由表查找目標網絡IP地址。從源主機發出的IP數據報根據所攜帶的目標主機IP地址信息尋址，并通過ARP完成目標IP地址與MAC地址的映射，在數據鏈路層找到MAC地址，最終完成數據通信。

在TCP/IP網絡中，數據報能通過IP地址找到目標主機。根據OSI參考模型，標志網絡中的主機（計算機或其他網絡設備）可使用兩種地址：MAC地址和網絡地址。網絡地址用于確定主機位置的邏輯地址，又稱為邏輯地址，網絡地址通常用網絡號和主機號兩部分表示，網絡號表示主機所在網絡編號，主機號則表示主機所在網絡中的地址編號。用于在網絡層（OSI參考模型）或網際層（TCP/IP模型）標志網絡或該網絡中的設備。采用不同的網絡層協議，對網絡地址的描述方式也不同。

802標準規定MAC地址為6B（48b）或2B（16b），實際通用的為6B。書寫時常用十六進制表示，用兩個十六進制數表示1B。如00 00 F4 D6 C7 A2就表示一個MAC地址。

IPX地址為80b，其中：高32b用于識別網絡，為網絡號，低48b用于標志結點（主機），為結點號，書寫時通常用20個十六進制數來表示。IP地址為4B（32b），通常用十進制數來表示，每字節間用“.”隔開，稱為點分十進制表示法。如192.168.0.1就是一個IP地址。

IP地址的分類

按照IP地址的邏輯層次來分，IP地址可以分為5類，每類都是按照IP地址的前幾位來區分的，如圖2-5所示。A類只有一位，E類有5位，只要看前三位就可以分辨其類型。但事實上，只需看前兩位就能做出判斷，因為D類和E類IP地址很少使用。

由圖2-5可以看出，每類地址所包含的網絡數與主機數各不相同，用戶可根據網絡的規模選擇使用哪類IP地址。A類IP地址用7位表示網絡，24位表示主機，因此，它主要用于大型網絡。B類IP地址用14位表示網絡，16位表示主機，主要用于中型規模的網絡。而C類IP地址僅用8位表示主機，21位用于表示網絡，在一個網絡中最多只能連接256臺設備，因此C類地址適用于較小規模的網絡。最后，D類IP地址用于多目的地址發送，而E類則保留為今后使用。

IP地址的分類是經過精心設計的，它能適應不同的網絡規模，具有靈活性，表2-2簡要地總結了A、B、C三類常用IP地址的類別與其規模。

IP地址由于采用32位二進制數值組成（總共4字節），這不直觀，也不便于記憶，為了方便用戶理解和記憶，通常采用點分十進制標記法，即將4字節的二進制數值轉換成4個十進制數值，每個數值不大于255，數值中間用“.”隔開，表示成X.X.X.X形式。例如，二進制地址

用點分十進制表示法表示保山學院使用的其中一個IP地址是：222.56.127.168，它屬于一個C類IP地址，前三字節為網絡號，通常記為222.56.127.0，而最后一字節為主機號168。

根據IP地址，網絡可以判定是否需要通過某個路由器將數據傳遞出去，這是依靠通過分析要傳遞數據的目的IP地址來進行的。如果其網絡地址與當前所在的網絡相同，那么，該數據就可以直接傳遞，無須經過路由器。相反，如果其網絡地址與當前所在的網絡不同，那么，該數據就必須傳遞給一個路由器，經路由器中轉到達目的網絡，然后由負責中轉數據的路由器根據數據中的目的IP地址決定如何將數據轉發出去。

因特網中的每臺主機至少有一個IP地址，而且這個IP地址必須是全網唯一的。在因特網中允許一臺主機有兩個或多個IP地址，如果一臺主機有兩個或多個IP地址，則該主機屬于兩個或多個邏輯網絡。

特殊的IP地址

在IP地址中，有的被保留作為內部網絡專用，有的具有特殊的含義，有著特殊的用途。

（1）保留地址主要用做內部網絡，主要有以下幾種。

● A類地址：10.0.0.0

● B類地址：172.16.0.0～172.31.0.0

169.254.0.0～169.254.255.254（微軟保留地址塊）

● C類地址：192.0.0.0～192.255.255.0

（2）網絡地址（“0”地址）：主機號全為0的IP地址表示某網絡號的網絡本身，如IP地址123.23.23.0表示A類網絡123.23.23.0。

網絡號全為0的IP地址表示“本網絡”，若主機試圖在本網內通信，但又不知道本網的網絡號，就可以用“0”地址代替。

（3）廣播地址：主機號各位全為1的IP地址表示廣播地址。廣播是指同時向網上所有的主機發送報文，如123.23.23.255就是C類地址中的一個廣播地址，代表網絡123.23.23中的所有主機。

地址255.255.255.255代表本網廣播或稱為本地廣播，規定32b全為1的IP地址用于本網廣播，即255.255.255.255，代表本網中的所有主機。

（4）環路地址：A類網絡地址的第1段十進制數值為127是一個保留地址，如127.1.11.13用于環路反饋測試、網絡是否擁塞判斷以及本地機進程間的通信等。

（5）全“0”地址：整個IP地址全為0代表一個未知的網絡。在路由器的配置中，用于默認路由的配置。

子網與子網掩碼

所謂子網，是把一個網絡分割成若干較小的網絡，例如，把一個C類網絡劃分為30個較小的網絡，每一個較小的網絡就是一個子網。

劃分子網后，可以提高IP地址的利用率，可以減少在每個子網上的網絡廣播信息量，可以使互聯網絡更加易于管理。

劃分子網后，網絡中數據報的尋址就變成了分級尋址的情況，先由干路上的Internet路由器根據網絡號定位到目的網絡，再由連接子網的路由器根據擴展網絡號進一步定位到目的網絡中的子網絡。而子網間的通信則不經過干路上的路由器，使得干路上的路由器的路由表能得到簡化，提高工作效率。

劃分子網后，可以認為IP地址分為網絡地址、子網地址及主機地址三部分，當網絡不使用子網的時候，不使用子網地址，只有網絡地址和主機地址兩部分。

創建子網時，可用主機地址的總數目會減少，要確定子網掩碼，首先應確定傳輸IP信息流的子網個數，然后再確定能夠容納子網個數的最小子網掩碼長度，在確定子網個數時，一般不使用包含全0或全1的這兩個子網地址，因前者網絡地址的形式與未劃分子網時的原網絡地址形式相同，后者廣播地址的形式與未劃分子網時的原網絡的廣播地址形式相同。但實際使用時，如在路由器配置地址時，是可以使用這兩個子網的。

為了確定IP地址的哪部分代表網絡號，哪部分代表主機號以及判斷兩個IP地址是否屬于同一個網絡，就產生了子網掩碼的概念。子網掩碼也采用32b的二進制位來表示。當掩碼為1時，該位為網絡地址，當掩碼為0時，該位為主機地址。子網掩碼給出了整個IP地址的位模式，其中的1代表網絡部分，0代表主機號部分，采用點分十進制表示。

例如，某B類地址在未劃分子網時，掩碼為16b，該掩碼用二進制表示為或用點分十進制表示為255.255.0.0。

若要劃分為254個子網，則掩碼為24b，表示為11111111111111111111111100000000或255.255.255.0，即使用了8b主機號來代表子網號（把8個0變成了8個1）。

對一個B類和C類網絡的子網，所用子網位數、子網掩碼、子網的個數、每個子網的主機數等關系如表2-3所示。

有效子網、有效子網號等相關計算，計算方法如下：

① 有效子網個數的計算：有效子網個數=2 子網位數-2；

② 每個子網有效IP地址個數的計算：主機個數=2 主機位數-2；

③ 第1個有效子網號=2 主機位數；

④ 第K個有效子網號=K×2 主機位數。

舉例如下。

某C類地址的相關計算

某網絡地址為192.168.10.0，子網掩碼為255.255.255.192(/26)，則

子網數=22-2=2

主機數=26-2=62

有效子網block size=256-192=64，所以第一個子網為192.168.10.64，第二個子網為192.168.10.128。

廣播地址=下個子網-1，所以兩個子網的廣播地址分別是192.168.10.127和192.168.10.191。

有效主機范圍=第一個子網的主機地址是192.168.10.65至192.168.10.126之間，第二個子網的主機地址是192.168.10.129至192.168.10.190之間。

某B類地址的相關計算

某網絡地址為172.16.0.0，子網掩碼為255.255.192.0(/18)，則

子網數=22-2=2

主機數=214-2=16382

有效子網block size=256-192=64，所以第一個子網為172.16.64.0，最后1個子網為172.16.128.0。

廣播地址=下個子網-1，所以兩個子網的廣播地址分別是172.16.127.255和172.16.191.255。

有效主機范圍=第一個子網的主機地址是172.16.64.1至172.16.127.254之間，第二個子網的主機地址是172.16.128.1至172.16.191.254之間。

注：上述括號中（/26和/18）是子網掩碼的另一種表示方法，通常子網掩碼還可用“/前綴長度”表示，就是在斜杠號后面加上網絡ID使用的位數，如A類網絡地址10.1.16.1使用默認子網掩碼，表示為10.1.16.1/8。