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1、IP地址的格式
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1、IP地址的格式
在IP协议的报文中可以得知IP地址是有32个比特IP地址在计算机中是以二进制的方式处理的如果全部以二进制的形式来表示使用跟表达都非常的困难所以为了人类方便记忆采用了点分十进制的方式将32位的IP地址以8位为一组分成四个部分每组以【.】进行隔开再将每组转换成十进制。 以博主电脑网卡获取的地址举例计算机系统处理以二进制进行可以看到非常的长都是0跟1的组合在使用中很容易出错也非常难记换成十进制后相对来说就轻松很多了。并且可以发现二进制里面0跟1的组合不一样得到的数值也不一样总共IP地址有多少个呢 最大允许差不多43亿的终端连接到网络里面来看起来已经非常多了但是如今的Internet网中IP地址是枯竭的状态这也是为什么推出了IPV6的原因可能IP地址的设计者也没想到今后的internet网会这么庞大。
IP地址其实是由2个部分组成的一个是网络号网段地址和主机号主机地址这个两个组成很关键网络号是设备所在区域的一种标识区分网络号相同的设备处于同一个网段内网络号不同的设备处于不同网段两个之间通信需要依赖三层设备。主机号是在同一个网段中标识不同终端设备同一个网段内的终端是不允许出现重复的主机号的这段很重要先读几次有个印象这对我们排错跟学习都非常有帮助。
举个生活中的例子一个小区内有多栋楼每栋楼都有501、601这样避免住户搞混冲突开发商会在前面加一个数字或者字母来进行区分每栋楼比如2501、3601这样在找位置的时候就很容易找到了。随着时间久了可能跟同一栋楼的上下左右邻里相处的不错经常会相互串门聊聊天聚聚餐之类的同一楼层每家独立的门牌号不会重复很容易就找到了。不同楼就相当于网络号有不同的标识而同一栋楼的有很多住户每个住户的门牌号都是不一样的不会有重复这样就方便定位了。
同样的在网络中也是一样可能我们访问的目的就在一个区域也可能在另外的区域那运行了TCP/IP协议的设备不管是PC、手机、路由器还是交换机都得有一个判断规则来对比要去的目的跟自己是不是一个网络区域那就是通过上面的网络号来进行区分。 以我们最容易接触到的家用网举例每个人家里都有无线路由器可能有的下面接了电脑、手机、电视、PAD、有的甚至有个人服务器/NAS等。像上面的图路由器左边是家庭局域网网比如有三个终端地址分别是192.168.255.1、192.168.255.2、192.168.255.240不管是相互传文件以及访问个人的服务器直接输入对方的地址就可以了并且还有这样的情况就算宽带接入出现故障互联网访问不到了但这些局域网之间的互访是不影响的。 另外可以发现图里面有相同的特征都是192.168.255开头变化的是最后一位现在还没学介绍到地址分类假设192.168.255相同的前缀为网络号同一个网段而最后一位1、2、240为主机号数字都不是重复的。 比如这里192.168.255.1访问192.168.255.240这里192.168.255.1设备系统通过自己网卡的参数读取到对应的IP信息与目的的IP比较发现网络号相同则在同一个网段内直接发送给对方并且二层封装目的主机的MAC地址。
PS在同一个局域网内就是上一篇学习的二层通过MAC封装交换机通过MAC学习到目标MAC的接口发送出去当然这里会留下个疑问终端之间怎么在会实现知道对方的MAC地址是多少呢这里还没讲解ARP协议暂时当成它已经事先知道了。另外家用路由器有多个LAN口其实这LAN就相当于交换机的工作模式一样可以学习MAC的功能自然就能知道某个设备在哪个口 如图 192.168.255.1去访问互联网上的百度 181.55.6.6 假设对比前三段终端判断目的与自己的网络号不一致那么它该怎么处理呢 如果终端判断目的与自己的网络号不一致就会丢给网关处理比如图上面丢给192.168.255.254家用路由器的网关家用路由器通过查询路由表中的网络号查询交给Internet的网关最终Internet中的路由器也通过查询网络号来层层传递最终抵达目的地。
通过这个分析可以得到这些有用的知识点总结。
IP地址的网络号用于区分源目IP是否在同一个网段还是不同网段主机号用于标识同一个网段内的不同终端并且不能重复比如192.168.255网络号主机号可以是1、2、3 ……等 设备终端比如PC、手机、平板运行了TCP/IP协议的它都有判断的功能如果目的IP与我网络号相同判断在一个网段内直接在同一个区域内完成通信如果网络号不同则判断为不同网段这个时候直接交给网关处理如果没有网关信息则通信失败数据包发送不出。 路由器这些三层设备在处理转发这个数据包的时候查询路由表根据目的IP的网络号进行查询转发这样的好处是能够提高效率不用具体到主机位否则Internet这么庞大的网络每个网路设备都存放在路由表中对设备的压力以及查询的效率就非常低了。 终端设备访问不同网段依靠的是网关而路由器等三层设备转发数据包去往不同目的地依靠的是路由表中的条目。 这些“规则”一定要有一个认知后续在学习路由交换的时候非常有用甚至排错的时候比如某个设备上不了网那我们知道了上网是得有网关的是不是就先检查网关设置了吗设置的对吗。当然这些会在后续中反复提到数据包的通信离不开这些“规则”。
明白了网络号与主机号的概念那在IP地址中哪几位是网络号哪几位是主机号呢下面就来了解下地址分类以及子网掩码的概念。
2、IP地址分类
在internet诞生初期IP地址是非常充裕的计算机科学家们进行了分类地址把IP地址分为了5大类分别是A类、B类、C类、D类、E类。 早期沿用的是地址分类的方法A、B、C作为全局可用唯一地址进行分配每个列别定义了网络号以及主机号的范围大小由于这种方式早就不在使用只有考试以及很多书籍还在介绍所以这里就简单介绍下。
1A类地址
A类IP地址以首位为“0”开头前面8位是网络号网络号范围是0~1270和127属于保留地址。 算下来就2^8-1-2126其中8位中最开始0是固定的所以只有7个可以变化0与127是保留需要-2最终有126个网段。
后24位是主机号表示可容纳的终端数量2^24次方16777216个地址。 2B类地址
B类IP地址前两位以“10”固定开头116位为网络号网络号的范围128.0191.255其中169.254为保留地址算下来2^16-2-1有16383个可用网段。 后16位主机号表示可容纳的终端数量2^16次方65536个地址。 3C类地址
C类IP地址前三位“110”固定从124位为它的网络号范围是192.0.0223.255.255.255其中192.0.0属于保留地址所以有2^24-3-12097151 后8位是主机号标识可容纳的终端数量2^8256个地址。 4D与E类地址
D类IP比较特殊它属于组播地址不区分网络号与主机号用于各种协议中以及某些特殊场景后续会慢慢熟悉范围是224.0.0.0~239.255.255.255。而E类属于科研方面等方面不用于互联网使用。
5了解网段地址、网段广播地址、以及单播地址
当主机号全为0时表示某个网段叫做网段地址比如192.168.255.0表示192.168.255.1到192.168.255.254所有地址这也是以后在项目中经常遇到的表示方法用于表示某个网段。
当主机号全为1时它表示的网段广播地址发往这个地址的数据包该网段内所有主机都能收到比如网段192.168.255.0广播地址是192.168.255.255。
图片
所以在每个网段中主机号全0的网段地址以及主机号全1的广播地址是不能被使用每个网段实际可用的地址是对应的地址数-2。 那什么是单播地址呢每个网段内除去网段地址以及网段广播地址以外剩下的就是单播地址单播地址也就我们终端PC、手机以及网络设备路由器、交换机设备上使用的地址了通信双方就一个发送方与接收方而广播则是一个发送方其余同网段的主机都为接收方但是不会发往其他网段中间三层设备会隔离广播不会进行转发。
6二进制与十进制转换
上面介绍了一大堆地址范围可能很多朋友有点犯迷糊怎么就计算出这么多的网段跟主机了首先要明白二进制与十进制的换算。 二进制到十进制的换算可以参考上面表格也可以借助计算器采用程序员的模式输入对应的数值即可其中BIN表示二进制DEC表示十进制HEX表示十六进制。 按照上面的表格把每一段“置1”的数值相加就得了每一段的十进制最终就是192.168.255.4这个是C类地址因为网络号前三位固定为110同样的A与B类的地址都有前面固定的值范围都不一样只要知道了固定值的位置然后就可以计算出每个类的范围。 7IP地址分类的好处
判断方便网络设备需要解析一个IP地址的时候只需要判断网络位的前四位就可以知道是网络号与主机地址的范围。
这样的地址分类好处就是简单、选路查询方便减轻中间设备的压力但是也带来了很多的问题也是导致这种分类在如今的环境下无法使用的原因。
问题一灵活性
一个企业可能根据需求以及区域不同会划分成办公区、生产区、会议区等而IP分类是没有这种区域层次的划分功能的缺少灵活性。
问题二与现实网络不匹配
从上面的分类的网段以及每个可以容纳的终端数来看A、B、C中间差距太明显比如一个C类的网段可以容纳254个主机一个小型办公环境可能够用了稍微有点规模的就显得不够而一个B类地址对应一个企业来说又达不到这样大的规模很多地址就浪费了注意公网地址是要花钱购买的并不是免费使用的。
问题三安全性问题
比如A公司与B公司是是同行竞争关系同时向运营商购买了自己需要数量的IP地址有一天A公司的技术发现它竟然能看到B公司的数据包原因就是运营商给它们分配的都是C类同一个网段比如给A公司分配的是202.100.1.1到202.100.1.50B公司分配的是202.100.1.101到202.100.1.180通过地址分类202.100.1.0属于C类而且是同一个网段那么数据通信A与B之间其实是可以直接通信的有可能B的数据发送了广播报文的导致A收到了同样A发送的某些数据包B也收到了对于这样的场景可能客户为了安全性就会选择去其他运营商购买并且要求独立的网段这问题对于运营商来说就头疼了一个C内网段最少也有254个地址一个公司有又不需要购买这么多一部分给A一个部分给B呢又说不安全空着吧又浪费了。
问题四地址浪费
其实从上面的三个问题中都可以看出来地址的分类根本无法根据不同的场景需求来定制需要的不是一个网段多了就是少了怎么都会造成地址浪
费空闲的并且在划分的时候很多A类地址就被美国的公司或者运营商占据了像我们中国作为全球第一的人口庞大的国家都没有一个”完整”的A类地址。而一个A类想想上千万个地址一个公司怎么可能用得了这么多剩下的就白白的浪费了。
重点回顾
IP地址采用点分十进制表示分为四个部分。 IP地址由网络号与主机号组成网络号表示具体的某一个网段同一个网段内的主机可以直接通信不同网段的主机互访则交给网关处理是否在于同一个网段的判断依据就是依赖网络号。主机号表示这个网段内的终端数量每个地址都不能相同。 路由器等三层设备在处理数据包转发的时候也是通过网络号进行查询转发这样效率更高对设备压力更小。 每个网段都存在一个网段广播地址一个网段地址这两个地址是不能被使用的其中网段地址表示某个整体网段而网段广播地址是指发往该地址的数据包该网段内所有主机能收到就像广播一样但是只能在该网段内广播穿越不了路由器也可以理解路由器天生隔离广播。 IP地址早期采用分类地址分为了A、B、C、D、E 五大类其中在后续经常会接触到的有A、B、C三类分类的好处就是规划了网络号与主机号的范围并且为不同场景规模的环境提供了不同的网段数量以及主机数量。网关以及互联网设备在转发数据查询的时候也很容易进行判断。 分类地址的方法存在很多弊端最大的弊端就是地址的浪费导致IPV4地址枯竭的重大原因。
