IP地址、子网掩码、网络地址、广播地址、IP网段

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本文主要讨论iPv4地址。

IP地址

实际的 IP 地址是一串32 比特的数字，按照 8 比特（1 字节）为一组分成 4 组，分别用十进制表示然后再用圆点隔开，这就是我们平常经常见到的 IP 地址格式。

IP地址分类

分类	范围	网络号	主机号	地址开始以（位）	默认子网掩码	用途
A类	1.0.0.0 - 126.0.0.0	前8位	后24位	以0开始	255.0.0.0	用于大型组织和互联网服务提供商
B类	128.0.0.0 - 191.255.0.0	前16位	后16位	以10开始	255.255.0.0	用于中型组织和互联网服务提供商
C类	192.0.0.0 - 223.255.255.0	前24位	后8位	以110开始	255.255.255.0	用于小型组织和互联网服务提供商
D类	224.0.0.0 - 239.255.255.255	-	-	以1110开始	-	用于多播通信
E类	240.0.0.0 - 255.255.255.255	-	-	以1111开始	-	保留给未来使用

注意事项：只有A,B,C有网络号和主机号之分，D类地址和E类地址没有划分网络号和主机号

分类中的特殊IP地址：

• 224.0.0.0 - 239.255.255.255：多播地址，用于将数据包同时发送给一组设备。
• 255.255.255.255：广播地址，用于将数据包发送给网络中的所有设备。

不在分类中的IP地址：
这些地址被保留，不用于公共互联网。它们用于特殊目的，如私有网络、回环测试等。

一些常见的保留地址包括：

• 0.0.0.0：表示当前网络中的所有设备。
• 127.0.0.0 - 127.255.255.255：用于回环测试，即将数据包发送给自身进行测试。
• 169.254.0.0 - 169.254.255.255：用于自动配置（例如，当设备无法获取 DHCP 分配的 IP 地址时）。

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，只需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。范围如下：

• A类：10.0.0.0 - 10.255.255.255
• B类：172.16.0.0 - 172.31.255.255
• C类：192.168.0.0 - 192.168.255.255

子网掩码

子网掩码是一个32位的二进制数字，用于划分IP地址的网络部分和主机部分。

子网掩码中的连续的1表示网络部分，连续的0表示主机部分。子网掩码的长度可以用斜线后面的数字表示，如/24，表示子网掩码中网络部分的长度为24位，主机部分的长度为8位。

将子网掩码与IP地址进行逻辑与运算，可以确定网络地址和主机地址的界限。

子网掩码的作用：

• 确定网络地址：通过与IP地址进行逻辑与运算，子网掩码可以将IP地址中的主机部分置为0，从而得到该IP地址所属的网络地址。
• 确定主机地址范围：子网掩码的长度决定了主机地址的范围，长度为N的子网掩码可以支持2^(32-N)个主机（需排除网络地址、广播地址）。

例如，对于IP地址192.168.0.10和子网掩码255.255.255.0 (/24)，将它们进行逻辑与运算，可以得到网络地址192.168.0.0，主机地址范围为192.168.0.1 - 192.168.0.254。

常见的子网掩码有以下几种：

子网掩码	可容纳主机数	描述
/32	0	用于单个主机
/24	约256	常用于小型网络
/16	约65536	常用于中型网络
/8	约 16777216	常用于大型网络

通过合理配置子网掩码，可以对IP地址进行灵活的分割和管理，实现子网划分、路由等网络功能。

网络地址

网络地址是指一个网络的标识符，它用于对区分不同网络进行归类和寻址。

在一个网络中，所有的主机都必须具有相同的网络地址，这样才能互相通信。网络地址由IP地址的网络部分和子网掩码共同决定。子网掩码中的1对应的位表示网络部分，而0对应的位表示主机部分。通过将IP地址与子网掩码进行与运算，从而得到网络地址。

网络地址在网络中具有唯一性，在全球范围内必须是唯一的。这样才能确保在互联网中的不同网络之间进行正确的寻址和路由。

总结起来，网络地址是用来标识一个网络的唯一标识符，由 IP 地址和子网掩码共同决定，并通过逻辑运算得到。具有相同网络地址的主机可以进行通信，而不同网络地址的主机需要通过路由器进行中转才能相互通信。

广播地址

广播地址是在一个网络中用于向所有主机发送广播消息的特殊IP地址。在IPv4中，广播地址是在网络地址的基础上将网络地址的主机部分全部置为二进制的1的地址。

假设有一个IP地址为192.168.0.0，子网掩码为255.255.255.0 (/24)的网络。网络地址为192.168.0.0，广播地址就是将主机部分的所有位都设置为1，即192.168.0.255。

当向广播地址发送数据包时，该数据包会被网络中的所有主机接收。这使得广播地址非常适合在局域网中进行群发通知、服务发现、资源共享等操作。例如，DHCP服务器可以使用广播地址来向局域网内的所有主机广播 DHCP 请求，以便分配 IP 地址。

需要注意的是，在现代网络中，广播地址的使用已经有所限制，因为广播消息可能导致网络拥塞和安全问题。因此，广播功能在许多网络设备上默认是禁用的，并且通常需要特殊权限进行配置和使用。

IP网段

IP 网段（IP subnet）（也有叫IP地址段）是将 IP 地址划分为多个子网络的过程。它允许网络管理员将可用的 IP 地址范围分配给不同的子网络，以满足网络的需求。通过划分 IP 地址为不同的子网，可以有效地管理和路由数据流量，增加网络的安全性和效率。

IP 网段通常由网络地址和子网掩码两个要素组成：

• 网络地址：用于标识网络的一部分 IP 地址
• 子网掩码：用于指定网络地址和主机地址的分界线。

通过IP网段可以得到以下信息：

• 子网掩码：用于确定网络地址和主机地址的边界。
• 网络地址：用于标识整个网络，是该地址段中所有主机共享的部分，它是通过将IP地址与子网掩码进行逻辑与运算得到的
• 起始地址：IP地址段中的第一个可用地址。
• 截止地址：IP地址段中的最后一个可用地址。
• 广播地址：地址段中的最后一个地址，用于向整个网络发送广播消息。
• 主机数量：根据子网掩码的长度，可以确定地址段中可用的主机数量（需排除网络地址和广播地址）。
• IP地址范围：通过网络地址和子网掩码，可以确定地址段中总的用的IP地址范围。
• 可用的IP地址范围：通过网络地址和子网掩码，可以确定地址段中可用的IP地址范围（需排除网络地址和广播地址）。

这些信息可以帮助您进行网络规划和管理，确保正确配置和分配IP地址。

举例分析：

有一IP网段192.168.0.2/24。

分析可得到：

• 子网掩码：

  通过斜线后面的数字24，我们知道子网掩码的长度为24位，可以转化为全1的二进制数：11111111.11111111.11111111.00000000，以点分十进制表示为255.255.255.0，这就是子网掩码。

• 网络地址：

  网络地址是通过对IP地址进行逻辑与运算得到的。将IP地址192.168.0.2和子网掩码255.255.255.0进行逻辑与运算，得到网络地址192.168.0.0。因此，网络地址就是192.168.0.0.

• 起始地址：

  IP地址段中的第一个可用地址为192.168.0.2，所以起始地址为192.168.0.2。

• 截止地址：

  IP地址段中的最后一个可用地址为192.168.0.224，所以截止地址为192.168.0.224。

• 广播地址：

  广播地址是在网络地址的基础上将网络地址的主机部分全部置为二进制的1。网络地址为192.168.0.0，将主机部分所有位设置为1，得到广播地址为192.168.0.255。

• 主机数量：

  根据子网掩码的长度，我们知道主机部分的位数是8位（32-24=8）。主机数量等于2^8-1=254（网络地址不在地址段中，广播地址为地址段中的最后一个地址，所以要减去1）。

• IP地址范围：

  IP地址范围为192.168.0.2 - 192.168.0.255。

• 可用的IP地址范围：

  可用的IP地址范围是排除了网络地址和广播地址后的主机地址范围。可用的IP地址范围为192.168.0.2 - 192.168.0.254。