计算机网络（IPv4部分）

发表于 2023-06-04 更新于 2023-10-26 分类于 Network 本文字数： 2.4k 阅读时长 ≈ 9 分钟

本文介绍了计算机网络中的IPv4部分的知识。

IPv4

IPv4是目前使用最广泛的IP协议，它的地址长度为32位，通常用点分十进制表示。

# 32位二进制
11000000.10101000.00000001.00000001
# 点分十进制
192.168.1.1

如何将32位二进制转换为点分十进制呢？将32位二进制分成4组，每组8位，然后将每组转换为十进制，就得到了点分十进制。

如何计算二进制的十进制呢？将二进制的每一位乘以2的n次方，n从0开始，从右往左递增，然后将每一位的结果相加，就得到了十进制。

# 11000000.10101000.00000001.00000001
# 1*2^7 + 1*2^6 + 0*2^5 + 0*2^4 + 0*2^3 + 0*2^2 + 0*2^1 + 0*2^0 = 192
# 1*2^7 + 0*2^6 + 1*2^5 + 0*2^4 + 1*2^3 + 0*2^2 + 0*2^1 + 0*2^0 = 168
# 0*2^7 + 0*2^6 + 0*2^5 + 0*2^4 + 0*2^3 + 0*2^2 + 0*2^1 + 1*2^0 = 1
# 0*2^7 + 0*2^6 + 0*2^5 + 0*2^4 + 0*2^3 + 0*2^2 + 0*2^1 + 1*2^0 = 1

技巧：一般IPv4地址32位分成4组，每组8位，每组的最大值为255，所以第8位为1的二进制的十进制最大值为255，第8位为0的二进制的十进制最大值为127。

那么，十进制怎么转化成二进制呢？将十进制除以2，得到的余数就是二进制的每一位，然后将商再除以2，得到的余数就是二进制的每一位，以此类推，直到商为0为止，然后将余数从下往上排列，就得到了二进制。

# 192
# 192/2 = 96 余数0
# 96/2 = 48 余数0
# 48/2 = 24 余数0
# 24/2 = 12 余数0
# 12/2 = 6 余数0
# 6/2 = 3 余数0
# 3/2 = 1 余数1
# 1/2 = 0 余数1
# 11000000

分类编址IPv4地址

IP地址是指互联网上的每一台主机的地址，它由网络号和主机号组成，网络号用来标识主机所在的网络，主机号用来标识主机。

1	IP地址 = 网络号 + 主机号

A类IP地址一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，即8位网络地址和24位主机地址，它主要为大型网络而设计的，网络地址的最高位必须是“0”，地址范围从1.0.0.0 到127.0.0.0）。可用的A类网络有127个，每个网络能容纳16777214个主机。其中127.0.0.1是一个特殊的IP地址，表示主机本身，用于本地机器的测试。
2^7 = 128，减去两个保留地址，126个网络。每个网络可容纳2^24 - 2 = 16777214个主机。

注：
A:0-127，其中0代表任何地址，127为回环测试地址，因此，A类ip地址的实际范围是1-126.
默认子网掩码为255.0.0.0

B类IP地址一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，即16位网络地址和16位主机地址，它主要为中型网络而设计的，网络地址的最高位必须是“10”，地址范围从128.0.0.0到191.255.255.255。可用的B类网络有16382个，每个网络能容纳6万多个主机。
2^14 = 16384，减去两个保留地址，16382个网络。每个网络可容纳2^16 - 2 = 65534个主机。

注：
B:128-191，其中128.0.0.0和191.255.0.0为保留ip，实际范围是128.1.0.0–191.254.0.0。

C类IP地址一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，即24位网络地址和8位主机地址，它主要为小型网络而设计的，网络地址的最高位必须是“110”。范围从192.0.0.0到223.255.255.255。C类网络可达209万余个，每个网络能容纳254个主机。
2^21 = 2097152，减去两个保留地址，2097150个网络。每个网络可容纳2^8 - 2 = 254个主机。

注：
C:192-223，其中192.0.0.0和223.255.255.0为保留ip，实际范围是192.0.1.0–223.255.254.0

D类地址用于多点广播（Multicast）。 D类IP地址第一个字节以“lll0”开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播（Multicast）中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。224.0.0.0到239.255.255.255用于多点广播。

E类IP地址以“llll0”开始，为将来使用保留。240.0.0.0到255.255.255.254，255.255.255.255用于广播地址。

全零（“0．0．0．0”）地址对应于当前主机。全“1”的IP地址（“255．255．255．255”）是当前子网的广播地址。

在IP地址3种主要类型里，各保留了3个区域作为私有地址，其地址范围如下：
A类地址：10.0.0.0～10.255.255.255
B类地址：172.16.0.0～172.31.255.255
C类地址：192.168.0.0～192.168.255.255

eg.

1
2

0.0.0.0 是一个特殊的IP地址，表示主机本身，用于本地机器的测试。
以127开头的非全0地址或非全1的地址，表示的是本机的回环地址，即自己访问自己，一般用于测试。

类别	可用网络数	每个网络可容纳的主机数
A	126	16777214
B	16382	65534
C	2097150	254

划分子网的IPv4地址

子网掩码是用来划分网络地址和主机地址的，它是一个32位的二进制数，其中网络地址部分全为“1”，主机地址部分全为“0”。子网掩码的作用是将IP地址划分为网络地址和主机地址两部分。

1 2	IP地址 = 网络号 + 主机号子网掩码 = 网络号 + 主机号

目的：将一个网络划分为多个子网，以满足不同的网络需求。

32位的子网掩码，从左到右，连续的1表示网络号，连续的0表示主机号。将划分的子网的IPv4地址和子网掩码进行逻辑与运算，得到的结果就是子网的网络号。

eg1.

eg2.

来自 Bilibili 计算机网络微课堂

默认子网掩码

默认子网掩码是指在没有划分子网的情况下，根据IP地址的类别，自动分配的子网掩码。

IP地址类别	默认子网掩码	子网掩码的二进制表示	构成
A	255.0.0.0	11111111.00000000.00000000.00000000	8位网络号 + 24位主机号
B	255.255.0.0	11111111.11111111.00000000.00000000	16位网络号 + 16位主机号
C	255.255.255.0	11111111.11111111.11111111.00000000	24位网络号 + 8位主机号

无分类编址CIDR

CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无分类域间路由选择），是为了解决IP地址的耗尽问题而提出的。CIDR采用了一种新的IP地址分配方法，它不再将IP地址看成是A、B、C类地址，而是将一个IP地址写成：IP地址/子网掩码的形式，其中“/”后面的数值表示子网掩码中连续的“1”的个数。

优点：CIDR可以将一个网络划分为多个子网，也可以将多个网络合并为一个网络，从而更加灵活地分配IP地址。

CIDR使用"斜线记法"来表示IP地址和子网掩码的组合，如：
eg.
1
128.14.35.7/20
CIDR实际上是将网络前缀都相同的连续的IP地址块组成一个CIDR块，这样就可以用一个较短的前缀来表示一组IP地址块。
只要知道了CIDR地址块中任何一个IP地址，就可以知道CIDR地址块的全部细节
- 地址块中最小的IP地址
- 地址块中最大的IP地址
- 地址块中的IP地址总数
- 地址块聚合某类网络数量
- 地址掩码