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    一文看懂IP地址:含義、分類、子網劃分、查與改、路由器與IP地址

    2020-08-14  解密館

    持續更新通俗易懂的技術知識,為您護航充電!

    本文將結合通俗易懂的圖文形式對互聯網時代高頻一詞—IP地址做細致的梳理與總結,為廣大讀者朋友們講述關于IP地址的“故事”!

    本文章節內容

    • IP地址是什么——主機唯一標識
    • IP地址分類與子網劃分——三級尋址與子網掩碼
    • 為什么使用IP地址——TCP/IP協議的要求
    • 全球IP地址總量與使用量——可查IP地址位置
    • 如何查看/修改IP地址——手機、計算機
    • 家庭路由器與IP地址——外網運營商/內網路由器
    一文看懂IP地址:含義、分類、子網劃分、查與改、路由器與IP地址

    IP地址

    一、IP地址是什么?

    21世紀關于網絡,人們最長聽見的用詞之一便是:IP地址!如:“電腦的IP地址是多少”,“路由器怎么設置IP地址”,“如何修改計算機IP地址”,“服務器IP地址是多少”......那么IP地址究竟是什么呢

    ? IP地址解釋

    IP,英文全寫為Internet Protocol,指TCP/IP網絡體系中的網際互聯協議,工作在OSI模型的網絡層(簡單了解即可)。

    IP地址:IP協議規定了所有連接到互聯網中的設備都必須擁有自己唯一的“身份號”—IP地址,網絡設備間進行信息交互時,必須在數據報文中設定目標設備的IP地址方能將數據準確傳輸至目標設備,好比快遞必須填寫收件人地址,快遞員方能根據收件人地址將快遞順利送至收件人處。互聯網中的一臺網絡設備可以擁有多個IP地址,但一個IP地址只能對應一臺網絡設備,即IP地址具有唯一性:

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    IP地址唯一性

    了解IP地址是什么之后,我們接著來看IP地址的編寫格式。

    ?IP地址如何構成

    IP地址是一串數字,遵循國際編寫規范,共由32位二進制數字0/1組成(關于二進制請參考:一文看懂計算機數據:從每位數永不大于9到二進制0-1),每8位為一組,用圓點隔開。類似身份號碼的數據段(6位表示籍貫+8位表示出生年月+3位表示順序碼+1位校驗碼),IP地址數據分為兩個功能段:

    網絡地址/網絡號+主機地址/主機號(共32位),共分為如下五大類,其中A/B/C類為常用IP地址:

    • A類IP地址:8位網絡地址+24位主機地址
    • B類IP地址:16位網絡地址+16位主機地址
    • C類IP地址:24位網絡地址+8位主機地址
    • D類IP地址為組播地址,E類IP地址為保留地址,不做介紹。
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    五類IP地址與范圍

    IP地址編碼規范中規定:網絡地址和主機地址為全0為本地地址,表示本地網絡或主機;網絡地址和主機地址為全1為廣播地址,表示所有網站都可接收發出的信息,通常這兩種IP地址不能作為互聯網中的主機IP地址。因此,每類IP地址中除去這兩個,可計算出ABC三類IP地址的網絡地址數以及每個網絡地址中所能容納的主機數量:

    • A類IP地址:126(2^7-2)個網絡地址,可容納主機 16777214(2^24-2)臺
    • B類IP地址:16382(2^14-2)個網絡地址,可容納主機 65534(2^16-2)臺
    • C類IP地址:2097150(2^21-2)個網絡地址,可容納主機 254(2^8-2)臺

    關于IP地址的分類(A-E),子網劃分主機容量計算子網掩碼與IP地址、子網地址、網絡地址的關系等內容詳見下節!

    二、IP地址分類與子網劃分

    本節內容要求讀者具備二進制知識,可參考:一文看懂計算機數據:從每位數永不大于9到二進制0-1 那么下面將為大家詳細介紹IP地址的分類與子網劃分等技術內容

    美國互聯網信息中心(InterNIC)統一管理全球的IP地址,并規定所有加入互聯網的網絡設備必須向其申請IP地址或者向當地的信息中心申請IP地址。當然,如果只是在局域網中通信,便可以根據實際需要靈活的設計IP地址機制。下面為大家介紹一種簡單的局域網IP地址劃分方案——子網掩碼編址:

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    子網掩碼示例

    子網掩碼:由除主機地址之外的所有位均為1構成。

    前文中我們已經詳細介紹了IP地址的組成方式:網絡地址+主機地址,在上圖中的子網掩碼編址方案中,為了更靈活的分配主機數量,便將B類IP地址原本16位的主機地址進一步的劃分為了:子地址掩+新主機地址,這樣就形成了網絡地址+子網地址+主機地址的三級IP地址格式,并定義了子網掩碼來實現三級尋址。為了讓大家更清楚其中的機制,我們將通過實際案例來詳細說明。

    大學IP地址三級尋址案例介紹

    其實一個組織或者機構向當地NIC申請的IP地址都是網絡地址,獲得網絡地址后,那么該網絡地址對應的所有IP地址都將被互聯網視為本機構或組織內的網絡設備,如:

    某所大學共有四個學院,學校向當地信息中心申請了一個B類網絡地址—128.1.0.0,即學校所有主機的IP地址都在128.1.0.0~128.1.255.255范圍內,學校計劃采用三級尋址方式將申請到的IP地址分為四個子網分配給對應的學院使用,那么如何劃分呢?

    從前文我們已經知道B類IP地址中網絡地址和主機地址各占16位,所以信息中心給該院校分配的IP地址對應的:

    • 網絡地址為:128.1 等價于 10000000.00000001
    • 主機地址為:0.0~255.255 等價于 000000000.00000000~11111111.11111111

    我們已經知道三級尋址要求將主機地址進一步劃分為:子網地址+新主機地址,學校要求劃分四個子網給四個學院,那么我們從原主機地址中劃出兩位(00,01,10,11)即可構成四個子網,那么新的三級IP地址結構對應的:

    • 網絡地址為:128.1 等價于 10000000.00000001
    • 子網地址為:0~3 等價于00~11
    • 新主機地址(14位):0000000.00000000~111111.11111111
    • 子網掩碼為:255.255.192.0 等價于 11111111.11111111.11000000.00000000

    圖解如下:

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    三級IP尋址案例分析

    三級IP地址尋址機制中的子網地址只對內部有效,互聯網始終認為學校網絡地址是128.0.0.0,并沒有子網地址。當互聯網中的網絡設備向學校內的主機發送數據時,在IP數據包抵達學校網絡時,邊界路由器將讀取IP數據包中的IP地址,并與學校的子網掩碼進行“與”操作,得到的結果就是學院子網,然后路由器再根據子網將該IP數據包轉發到對應的學院,再由學院子網將數據包轉發給目標主機,以此完成Internet主機向學校內主機發送數據的過程。

    相信通過上述案例分析,讀者朋友們對于IP地址的劃分與子網掩碼都有了時刻認識,其實本節內容只是拋磚引玉,以上述內容為基礎,感興趣的讀者可以自行學習另一種更為有效的IP地址編址方案——可變長子網掩碼編址!該方案可以充分利用IP地址資源,減少IP地址浪費現象。限于篇幅,本文不做詳述。

    三、為什么要使用IP地址?

    關于這個問題,其實在之前的文章中已經有所提及,在實際使用Internet的過程中,雖然用戶是很少需要直接使用IP地址的,比如上網,用戶都是通過網址來獲取信息,但其實網址最后都是映射為IP地址的,參見:一文看懂:網址,URL,域名,IP地址,DNS,域名解析,所以互聯網用戶所有的網絡行為進行的數據傳輸都是需要使用IP地址進行的。那么這是為什么呢?

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    為什么要用IP地址?

    原因解答:

    首先我們要明確一點:普通互聯網用戶所接觸的所有互聯網終端設備都是基于TCP/IP協議的,當然相關專業人員會用到更多的協議,如:DHCP(動態主機分配協議) 、FTP(File Transfer Protocol)文件傳輸協議、HTTP (Hypertext Transfer Protocol)超文本傳輸協議等等。而在TCP/IP協議中約定所有網絡設備之間進行數據傳輸必不可少IP地址,如計算機與手機,計算機與服務器,計算機與計算機之間通信都需要IP地址,必不可少。IP地址作為互聯網設備通信中目的設備的唯一網絡標識,必不可少(重要的事情說三遍),否則IP數據包將如同無頭蒼蠅,在互聯網中胡沖亂撞,永遠無法抵達目標設備。

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    IP數據報幀格式

    四、全球IP地址總量與使用量

    ? 全球IP地址總量

    本文所述的IP地址均為IPv4版本,前文已經說明:IPv4地址共分為四段,每段數值范圍為0~255共256個,四段IP地址的數量=256的四次方,近42億多(實質是32位二進制,總IP個數=2的32次方),去除一些不可用的IP,全球可用IP地址總量約40億左右

    ? 全球已使用的IP地址數量

    通過BCZS可以查詢到全球各城市IP地址使用量(有的國家竟然只有幾個IP地址):

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    全球各國IP地址使用量

    具體IP地址的詳細數據查詢:

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    本機的IP地址信息示例

    五、如何查看/修改IP地址

    以計算機為例來講解如何查詢并修改IP地址,附帶手機上的IP地址查看與修改

    ? 計算機IP地址查詢——直接圖解

    控制面板的打開方式:Win鍵(鍵盤左、右下角的win標識鍵)+R鍵,輸入“control”回車即可

    一文看懂IP地址:含義、分類、子網劃分、查與改、路由器與IP地址

    查看計算機IP地址方式

    ? 手機IP地址查看

    手機上如果使用wifi是可以查看IP地址的,如果使用移動網絡則沒有查看IP地址的必要,所以不做介紹。

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    手機IP地址查看

    ? IP地址修改

    正常情況下,手機是不需要修改IP地址的,除非設置代理抓包或相關專業技術人員需要,所以這里只介紹計算機上IP地址的修改操作:

    • 計算機修改的IP地址一般上都是B類或者C類
    • B類默認子網掩碼:255.255.0.0
    • C類默認子網掩碼:255.255.255.0
    • 默認網關:IP地址最后一段為1,如IP為192.168.1.x,默認網關都是192.168.1.1
    一文看懂IP地址:含義、分類、子網劃分、查與改、路由器與IP地址

    修改計算機IP地址

    六、路由器與IP地址

    IP地址與我們普通用戶關系最緊密的莫過于家庭路由器的IP地址設置與分配,關于家庭路由器的設置,可以參考之前的文章:三分鐘學會路由器各參數功能及設置方法,可應付所有路由器設置!,現在的家庭路由器安裝設置變得越來越簡單了,只需要設置一個寬帶賬戶即可,所以本文只做原理性講解。

    家庭用戶的IP地址不像企業、組織或者機構,并非申請一個地址段,而是由運營商分配的一個具體地址,如:183.185.21.171。由于IP地址具有唯一性,因此如果不使用路由器,那么一個家庭寬帶只能有一臺網絡設備能夠訪問互聯網,而寬帶通過路由器之后,便能夠允許多臺設備同時訪問互聯網,這是為什么呢?

    路由器相當于一個水池,運營商分配的寬帶接入路由器后,路由器可以根據自身的地址池重新分配一批IP地址出去,這些IP地址就是我們手機、計算機、電視所獲取到的IP地址。

    一文看懂IP地址:含義、分類、子網劃分、查與改、路由器與IP地址

    路由器功能示意圖

    但這些地址只對于家庭內網而言有所區別,相對于互聯網來說,所有連接在路由器上的家庭網絡設備的IP地址都是運營商分配的IP地址:

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    家庭網絡設備拓撲圖

    總結

    本文通過通俗易懂的語言結合圖文深入淺出的對IP地址的所有“故事”進行了詳細的說明與介紹。希望通過本文的講解讓更多的人對IP地址,對計算機,對互聯網有更多新的認識!

    文中如有不妥之處,歡迎批評指正,衷心感謝您的閱讀!

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