【计算机网络】IP地址和子网掩码（IP地址篇）

news2024/9/20 9:24:52

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文章目录

  • 前言
  • IP地址
    • 网络地址
      • 网络地址的定义与组成
      • 作用
      • 分类
      • 网络地址的分配与管理
    • 广播地址（Broadcast Address）
      • 定义
      • 构成
      • 类型
      • 作用
      • 注意事项
    • 广播地址
      • 功能
    • 组播地址
    • 定义与功能
    • 地址范围与类型
    • 255.255.255.255
    • 0.0.0.0
    • 回环地址
    • A、B、C类私有地址

前言

嗨喽，各位小伙伴们大家好啊，在上一章中我们有提到过TCP/IP协议的概念，相信有很多小伙伴对IP这个概念有着很强的好奇心，在生活中我们也常常提到IP地址这个话题，尤其是在刑侦片中，它总给我们带来一种高大上的感觉，事实上，在《计算机网络》中，不止有IP地址这一种特殊地址，今天就让我们来认识一下它们吧，这一种想了解更多《计算机网络》相关内容请订阅内容【计算机网络】。
注：本教程为《计算机网络基础课》，适用于《计算机网络》初学以及考研一轮复习的同学学习，并非为考研复习课，内容更偏向基础知识
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IP地址

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网络地址

在计算机网络中，网络地址是用于标识和定位设备或者服务的一种标识符，它通常由一串数字或字母组成的唯一字符串表示。这个标识符在网络通信中起着至关重要的作用，是设备间相互识别和通信的基础。

网络地址的定义与组成

网络地址是互联网上的节点在网络中具有的逻辑地址，它可以是IP地址、MAC地址、域名等形式。其中，IP地址是最常见的网络地址形式，它由一串数字组成，用于在互联网上唯一标识一个设备。

IP地址分为IPv4和IPv6两种类型，
IPv4地址由32位二进制数组成，通常被划分为四个8位的十进制数，如192.168.1.1；
IPv6地址则由128位二进制数组成，表示为8组16位的十六进制数，每组之间用冒号分隔。

除了IP地址外，网络地址还可能包括端口号等组成部分。端口号用于标识设备上的具体服务，使得计算机上的不同应用程序能够同时使用网络连接。

作用

  • 设备识别：网络地址用于唯一标识网络中的设备，使其他设备能够准确地识别并与之通信。这是实现网络通信的基础。
  • 数据传输：网络地址还用于确定数据包在网络中的传输路径。路由器根据目标设备的网络地址选择最佳的传输路径，确保数据包能够准确、快速地到达目标设备。
  • 网络安全：网络地址可以用于实现访问控制和安全策略。通过限制特定网络地址的访问权限，可以保护网络资源免受未经授权的访问和攻击。
  • 网络管理：网络地址便于网络管理员对网络设备进行管理和维护。通过查看设备的网络地址，管理员可以了解设备的状态、配置和性能等信息，及时发现并解决问题。

分类

网络地址根据其作用范围和分配方式可以进行分类，如广播地址、单播地址、多播地址和子网地址等。

广播地址：用于向网络中的所有设备发送数据包的特殊地址。当数据包的目标地址设为广播地址时，网络中的所有设备都会接收到该数据包。
单播地址：用于将数据包传输到网络中的单个设备的地址。当数据包的目标地址为单播地址时，数据包将仅发送给目标设备，而不会传输给其他设备。
多播地址：用于将数据包传输到一组特定设备的地址。多播地址是一种组播技术，允许将数据包发送到网络中的多个设备，这些设备属于同一组或组播组。
子网地址：是对网络地址进行划分的一种方式，用于将一个大的网络划分为多个子网络。子网地址由网络地址和子网掩码组成，子网掩码指示了网络地址中哪些位是用于网络标识，哪些位是用于主机标识。

网络地址的分配与管理

网络地址的分配与管理是网络管理的重要组成部分。常见的地址分配方式包括手动配置、动态主机配置协议（DHCP）和零配置网络（Zeroconf）等。
手动配置：管理员手动为每个设备分配唯一的网络地址。这种方式适用于小型网络或对地址管理有较高要求的场景，但在大型网络中可能变得繁琐和容易出错。
DHCP：DHCP服务器在网络中提供地址池，并动态地将IP地址分配给设备。通过DHCP，设备可以自动获取网络地址、子网掩码、默认网关和DNS服务器等信息。DHCP大大简化了地址管理，尤其适用于大型网络环境。
Zeroconf：一种自动配置网络的技术，允许设备在没有管理员干预的情况下自动分配网络地址和配置网络服务。它使用的协议包括IPv4的自动私有IP地址（APIPA）和IPv6的链路本地地址（Link-Local Address）等。

广播地址（Broadcast Address）

它是一个特殊的IP地址，用于将数据包发送到网络中的所有主机。
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定义

广播地址是一个在网络中用于向所有主机发送数据包的特殊IP地址。当设备发送数据包到广播地址时，该网络上的所有主机都将接收到该数据包。广播地址的具体形式取决于网络的子网掩码。

构成

在IPv4网络中，广播地址通常是将网络地址的主机部分（即IP地址的最后一段）全部设置为1而得到的。例如，如果一个子网掩码是255.255.255.0，那么对应的广播地址就是该子网网络地址的最后一个字节为255的地址，如192.168.1.255。

类型

直接广播：直接广播地址是指向某个特定子网的广播地址。当数据包的目的地址为该子网的广播地址时，该子网内的所有主机都将收到该数据包。直接广播地址的计算方法是将子网内某个IP地址与子网掩码进行“按位或”操作，得到的结果即为该子网的广播地址。
有限广播：有限广播地址是一个特殊的广播地址，其IP地址为255.255.255.255。这个地址用于向本子网内的所有主机发送广播，但它不会被路由器转发到其他子网。因此，有限广播通常用于子网内的主机发现、配置更新等场景。

作用

设备发现：在网络中，设备可以通过广播地址发送广播包来发现网络中的其他设备。例如，DHCP服务器可以通过广播地址将IP地址分配请求广播到网络中的所有设备，以便为它们分配IP地址。
配置更新：当网络中的设备配置发生变化时，可以通过广播地址发送配置更新包来通知网络中的所有设备。这样，所有设备都可以及时获取最新的配置信息。
网络管理：网络管理员可以通过广播地址发送网络管理命令来管理网络中的设备。例如，可以发送广播包来收集设备的状态信息、进行远程配置等。

注意事项

广播风暴：如果网络中存在大量的广播数据包，可能会导致广播风暴的发生。广播风暴会占用大量的网络资源，导致网络性能下降甚至瘫痪。因此，在网络设计中需要合理控制广播流量的产生和传播。
安全性问题：广播地址的使用也带来了一定的安全隐患。因为广播数据包会被网络中的所有主机接收，所以恶意用户可能会利用这一特性进行网络攻击或窃取敏感信息。因此，在使用广播地址时需要采取相应的安全措施来保护网络安全。

广播地址

它是一个用于向网络中的所有主机发送数据包的特殊IP地址。
广播地址通常称为直接广播地址，是为了区分受限广播地址

广播地址与网络地址的主机号正好相反，广播地址中，主机号为全1。当向某个网络的广播地址发送消息时，该网络内的所有主机都能收到该广播消息。

功能

信息传递：允许网络中的设备接收到特定的信息或通知，而不需要单独向每个设备发送数据。
资源共享：在共享网络资源（如打印机或文件服务器）时，使用广播地址可以通知所有用户。
故障发现：网络管理员可以使用广播地址来快速检测网络上的设备。

组播地址

组播地址（Multicast Address）是用于多播通信的特殊IP地址，它允许将数据包发送到网络中的一组特定设备，而不是单个主机。以下是关于组播地址的详细解释：

定义与功能

定义：组播地址是一种特殊的IP地址，用于在网络上实现多播通信，即一对多的通信方式。
功能：组播地址允许源设备将数据包发送给一组特定的接收者，这些接收者共享相同的组播地址。这种方式可以高效地利用网络资源，减少冗余流量，并降低网络拥塞的风险。

地址范围与类型

地址范围：组播地址属于IPv4地址空间中的D类地址，其地址范围是224.0.0.0至239.255.255.255。
地址类型：组播地址是专门为多播通信设计的，不同于单播地址（用于单个主机间的通信）和广播地址（用于向网络中的所有主机发送数据包）。
D类地址就是组播地址
A，B，C，D类地址：

A类地址以0开头，第一个字节作为网络号，地址范围为：0.0.0.0~127.255.255.255；
B类地址以10开头，前两个字节作为网络号，地址范围是：128.0.0.0~191.255.255.255;
C类地址以110开头，前三个字节作为网络号，地址范围是：192.0.0.0~223.255.255.255。
D类地址以1110开头，地址范围是224.0.0.0~239.255.255.255，D类地址作为组播地址（一对多的通信）；
E类地址以1111开头，地址范围是240.0.0.0~255.255.255.255，E类地址为保留地址，供以后使用。

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注：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。

255.255.255.255

该IP地址指的是受限的广播地址。受限广播地址与一般广播地址（直接广播地址）的区别在于，受限广播地址只能用于本地网络，路由器不会转发以受限广播地址为目的地址的分组；一般广播地址既可在本地广播，也可跨网段广播。例如：主机192.168.1.1/30上的直接广播数据包后，另外一个网段192.168.1.5/30也能收到该数据报；若发送受限广播数据报，则不能收到。

注：一般的广播地址（直接广播地址）能够通过某些路由器（当然不是所有的路由器），而受限的广播地址不能通过路由器。

0.0.0.0

常用于寻找自己的IP地址，例如在我们的RARP，BOOTP和DHCP协议中，若某个未知IP地址的无盘机想要知道自己的IP地址，它就以255.255.255.255为目的地址，向本地范围（具体而言是被各个路由器屏蔽的范围内）的服务器发送IP请求分组。

回环地址

127.0.0.0/8被用作回环地址，回环地址表示本机的地址，常用于对本机的测试，用的最多的是127.0.0.1。

A、B、C类私有地址

私有地址(private address)也叫专用地址，它们不会在全球使用，只具有本地意义。
A类私有地址：10.0.0.0/8，范围是：10.0.0.0~10.255.255.255
B类私有地址：172.16.0.0/12，范围是：172.16.0.0~172.31.255.255
C类私有地址：192.168.0.0/16，范围是：192.168.0.0~192.168.255.255
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