一文看懂IP地址:含义、分类、子网划分、查与改、路由器与IP地址

avatar 2019年11月11日11:07:20一文看懂IP地址:含义、分类、子网划分、查与改、路由器与IP地址已关闭评论

本文章节内容

  • IP地址是什么——主机唯一标识
  • IP地址分类与子网划分——三级寻址与子网掩码
  • 为什么使用IP地址——TCP/IP协议的要求
  • 全球IP地址总量与使用量——可查IP地址位置
  • 如何查看/修改IP地址——手机、计算机
  • 家庭路由器与IP地址——外网运营商/内网路由器
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IP地址

一、IP地址是什么?

21世纪关于网络,人们最长听见的用词之一便是:IP地址!如:“电脑的IP地址是多少”,“路由器怎么设置IP地址”,“如何修改计算机IP地址”,“服务器IP地址是多少”......那么IP地址究竟是什么呢

❶ IP地址解释

IP,英文全写为Internet Protocol,指TCP/IP网络体系中的网际互联协议,工作在OSI模型的网络层(简单了解即可)。

IP地址:IP协议规定了所有连接到互联网中的设备都必须拥有自己唯一的“身份号”—IP地址,网络设备间进行信息交互时,必须在数据报文中设定目标设备的IP地址方能将数据准确传输至目标设备,好比快递必须填写收件人地址,快递员方能根据收件人地址将快递顺利送至收件人处。互联网中的一台网络设备可以拥有多个IP地址,但一个IP地址只能对应一台网络设备,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,我们接着来看IP地址的编写格式。

IP地址如何构成

IP地址是一串数字,遵循国际编写规范,共由32位二进制数字0/1组成(关于二进制请参考:一文看懂计算机数据:从每位数永不大于9到二进制0-1),每8位为一组,用圆点隔开。类似身份号码的数据段(6位表示籍贯+8位表示出生年月+3位表示顺序码+1位校验码),IP地址数据分为两个功能段:

★ 网络地址/网络号+主机地址/主机号(共32位),共分为如下五大类,其中A/B/C类为常用IP地址:

  • A类IP地址:8位网络地址+24位主机地址
  • B类IP地址:16位网络地址+16位主机地址
  • C类IP地址:24位网络地址+8位主机地址
  • D类IP地址为组播地址,E类IP地址为保留地址,不做介绍。
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五类IP地址与范围

IP地址编码规范中规定:网络地址和主机地址为全0为本地地址,表示本地网络或主机;网络地址和主机地址为全1为广播地址,表示所有网站都可接收发出的信息,通常这两种IP地址不能作为互联网中的主机IP地址。因此,每类IP地址中除去这两个,可计算出ABC三类IP地址的网络地址数以及每个网络地址中所能容纳的主机数量:

  • A类IP地址:126(2^7-2)个网络地址,可容纳主机 16777214(2^24-2)台
  • B类IP地址:16382(2^14-2)个网络地址,可容纳主机 65534(2^16-2)台
  • C类IP地址:2097150(2^21-2)个网络地址,可容纳主机 254(2^8-2)台

关于IP地址的分类(A-E),子网划分主机容量计算子网掩码与IP地址、子网地址、网络地址的关系等内容详见下节!

二、IP地址分类与子网划分

本节内容要求读者具备二进制知识,可参考:一文看懂计算机数据:从每位数永不大于9到二进制0-1 那么下面将为大家详细介绍IP地址的分类与子网划分等技术内容

美国互联网信息中心(InterNIC)统一管理全球的IP地址,并规定所有加入互联网的网络设备必须向其申请IP地址或者向当地的信息中心申请IP地址。当然,如果只是在局域网中通信,便可以根据实际需要灵活的设计IP地址机制。下面为大家介绍一种简单的局域网IP地址划分方案——子网掩码编址:

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子网掩码示例

★ 子网掩码:由除主机地址之外的所有位均为1构成。

前文中我们已经详细介绍了IP地址的组成方式:网络地址+主机地址,在上图中的子网掩码编址方案中,为了更灵活的分配主机数量,便将B类IP地址原本16位的主机地址进一步的划分为了:子地址掩+新主机地址,这样就形成了网络地址+子网地址+主机地址的三级IP地址格式,并定义了子网掩码来实现三级寻址。为了让大家更清楚其中的机制,我们将通过实际案例来详细说明。

★ 大学IP地址三级寻址案例介绍

其实一个组织或者机构向当地NIC申请的IP地址都是网络地址,获得网络地址后,那么该网络地址对应的所有IP地址都将被互联网视为本机构或组织内的网络设备,如:

某所大学共有四个学院,学校向当地信息中心申请了一个B类网络地址—128.1.0.0,即学校所有主机的IP地址都在128.1.0.0~128.1.255.255范围内,学校计划采用三级寻址方式将申请到的IP地址分为四个子网分配给对应的学院使用,那么如何划分呢?

从前文我们已经知道B类IP地址中网络地址和主机地址各占16位,所以信息中心给该院校分配的IP地址对应的:

  • 网络地址为:128.1 等价于 10000000.00000001
  • 主机地址为:0.0~255.255 等价于 000000000.00000000~11111111.11111111

我们已经知道三级寻址要求将主机地址进一步划分为:子网地址+新主机地址,学校要求划分四个子网给四个学院,那么我们从原主机地址中划出两位(00,01,10,11)即可构成四个子网,那么新的三级IP地址结构对应的:

  • 网络地址为:128.1 等价于 10000000.00000001
  • 子网地址为:0~3 等价于00~11
  • 新主机地址(14位):0000000.00000000~111111.11111111
  • 子网掩码为:255.255.192.0 等价于 11111111.11111111.11000000.00000000

图解如下:

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三级IP寻址案例分析

三级IP地址寻址机制中的子网地址只对内部有效,互联网始终认为学校网络地址是128.0.0.0,并没有子网地址。当互联网中的网络设备向学校内的主机发送数据时,在IP数据包抵达学校网络时,边界路由器将读取IP数据包中的IP地址,并与学校的子网掩码进行“与”操作,得到的结果就是学院子网,然后路由器再根据子网将该IP数据包转发到对应的学院,再由学院子网将数据包转发给目标主机,以此完成Internet主机向学校内主机发送数据的过程。

相信通过上述案例分析,读者朋友们对于IP地址的划分与子网掩码都有了时刻认识,其实本节内容只是抛砖引玉,以上述内容为基础,感兴趣的读者可以自行学习另一种更为有效的IP地址编址方案——可变长子网掩码编址!该方案可以充分利用IP地址资源,减少IP地址浪费现象。限于篇幅,本文不做详述。

三、为什么要使用IP地址?

关于这个问题,其实在之前的文章中已经有所提及,在实际使用Internet的过程中,虽然用户是很少需要直接使用IP地址的,比如上网,用户都是通过网址来获取信息,但其实网址最后都是映射为IP地址的,参见:一文看懂:网址,URL,域名,IP地址,DNS,域名解析,所以互联网用户所有的网络行为进行的数据传输都是需要使用IP地址进行的。那么这是为什么呢?

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为什么要用IP地址?

原因解答:

首先我们要明确一点:普通互联网用户所接触的所有互联网终端设备都是基于TCP/IP协议的,当然相关专业人员会用到更多的协议,如:DHCP(动态主机分配协议) 、FTP(File Transfer Protocol)文件传输协议、HTTP (Hypertext Transfer Protocol)超文本传输协议等等。而在TCP/IP协议中约定所有网络设备之间进行数据传输必不可少IP地址,如计算机与手机,计算机与服务器,计算机与计算机之间通信都需要IP地址,必不可少。IP地址作为互联网设备通信中目的设备的唯一网络标识,必不可少(重要的事情说三遍),否则IP数据包将如同无头苍蝇,在互联网中胡冲乱撞,永远无法抵达目标设备。

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IP数据报帧格式

四、全球IP地址总量与使用量

❶ 全球IP地址总量

本文所述的IP地址均为IPv4版本,前文已经说明:IPv4地址共分为四段,每段数值范围为0~255共256个,四段IP地址的数量=256的四次方,近42亿多(实质是32位二进制,总IP个数=2的32次方),去除一些不可用的IP,全球可用IP地址总量约40亿左右

❷ 全球已使用的IP地址数量

通过BCZS可以查询到全球各城市IP地址使用量(有的国家竟然只有几个IP地址):

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全球各国IP地址使用量

具体IP地址的详细数据查询:

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本机的IP地址信息示例

五、如何查看/修改IP地址

以计算机为例来讲解如何查询并修改IP地址,附带手机上的IP地址查看与修改

❶ 计算机IP地址查询——直接图解

控制面板的打开方式:Win键(键盘左、右下角的win标识键)+R键,输入“control”回车即可

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查看计算机IP地址方式

❷ 手机IP地址查看

手机上如果使用wifi是可以查看IP地址的,如果使用移动网络则没有查看IP地址的必要,所以不做介绍。

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手机IP地址查看

❸ IP地址修改

正常情况下,手机是不需要修改IP地址的,除非设置代理抓包或相关专业技术人员需要,所以这里只介绍计算机上IP地址的修改操作:

  • 计算机修改的IP地址一般上都是B类或者C类
  • B类默认子网掩码:255.255.0.0
  • C类默认子网掩码:255.255.255.0
  • 默认网关:IP地址最后一段为1,如IP为192.168.1.x,默认网关都是192.168.1.1
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修改计算机IP地址

六、路由器与IP地址

IP地址与我们普通用户关系最紧密的莫过于家庭路由器的IP地址设置与分配,关于家庭路由器的设置,可以参考之前的文章:三分钟学会路由器各参数功能及设置方法,可应付所有路由器设置!,现在的家庭路由器安装设置变得越来越简单了,只需要设置一个宽带账户即可,所以本文只做原理性讲解。

家庭用户的IP地址不像企业、组织或者机构,并非申请一个地址段,而是由运营商分配的一个具体地址,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,那么一个家庭宽带只能有一台网络设备能够访问互联网,而宽带通过路由器之后,便能够允许多台设备同时访问互联网,这是为什么呢?

路由器相当于一个水池,运营商分配的宽带接入路由器后,路由器可以根据自身的地址池重新分配一批IP地址出去,这些IP地址就是我们手机、计算机、电视所获取到的IP地址。

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路由器功能示意图

但这些地址只对于家庭内网而言有所区别,相对于互联网来说,所有连接在路由器上的家庭网络设备的IP地址都是运营商分配的IP地址:

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家庭网络设备拓扑图

总结

本文通过通俗易懂的语言结合图文深入浅出的对IP地址的所有“故事”进行了详细的说明与介绍。希望通过本文的讲解让更多的人对IP地址,对计算机,对互联网有更多新的认识!

文中如有不妥之处,欢迎批评指正,衷心感谢您的阅读!

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