Linux入门真经-043IP编址

本文主要是介绍Linux入门真经-043IP编址，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

上一节给大家介绍了数据帧的转发原理以及交换机的几种转发模式。本节给大家介绍IP地址。（全文的IP指的都是IPV4）

交换机工作在数据链路层，隔离冲突域，并负责数据帧的转发。不过交换机并不能隔离广播域，如果一个广播域内的交换机和终端数量过多，可能会产生广播风暴，也非常不利于管理。

工作在网络层的路由器则负责处理这一问题。他负责将一张张小的局域网（同一个广播域内）组织成一个大的局域网，并负责各个小的局域网之间的通信。交换机根据MAC来判断应该将数据帧从哪个接口发出。而路由器是工作在网络层的设备，它可以将数据流解封至数据帧、数据包。它根据IP地址查询路由表来判断该将数据包从哪里发出。

一、IP地址简介

IP地址用于标注网络设备在网络层的逻辑地址，IP协议则是工作在网络层的协议。当数据流被解封成数据帧后，紧接着有一个type字段，标识了下一层是什么协议，绝大多数情况下是IP协议（0x0800），然后接受报文的设备就会根据IP报文的格式去理解接下来Data字段的内容

IP地址由32位二进制数组成，每8位用一个.号隔开。由于二进制非常不好记忆，我们常用十进制来表示。

IPv4地址被划分为A、 B、 C、 D、 E五类。其中，A、B、C类的地址可供分配，D类地址是组播地址，E类保留给科研机构。

如下图，A类地址第一位为0，B类地址前两位是10，C类前三位是110，D类前四位是1110，E类前四位是1111。（这里指的都是二进制的位）

此外，为了节约IPV4地址，A、B、C类地址都预留了一些地址作为私有地址。其实IPV4地址目前已经分配殆尽，为了节约IP，局域网内部都是使用私有地址；要通过运营商上网的时候，会通过一种叫NAT的技术将私网地址转换为公网地址。通常都是多个私网地址转成一个公网地址，一个小区、一个企业上网共用一个公网IP地址是很常见的现象。NAT技术还会在以后进一步介绍。

私有地址范围如下：

10.0.0.0~10.255.255.255.255

172.16.0.0~172.31.255.255

192.168.0.0~192.168.255.255

二、子网掩码

IP有着一个网段的概念。主机在发送数据包时，会检查目标主机的IP地址与自己的IP是否处于同一网段。如果是同一网段，则会直接去寻找目标IP所对应的MAC地址（依赖于ARP协议，后面会有专门的小节进一步介绍），如果不是同一网段，则会把数据包发送给自己的网关（目标ip是目的主机的ip，二层数据帧中目标mac是网关的mac）。

如何确定目标IP是否和自己是同一网段呢？这就不得不提及子网掩码这一概念。子网掩码由连续的1和0组成（注意：是连续的1和0），也是32位。1表示网络位，0表示主机位。子网掩码和IP做与运算，最终得到的结果叫做网络号。因为任何数和1做与运算不变，和0做与运算则全为0，所以ip和掩码做完与运算后，会有相当多的ip得到的是同样的网络号，这些ip就是同网段的。

由于子网掩码是由连续的1和0在表示的，所以我们常用1的个数来指代掩码。比如8位掩码就是255.0.0.0；9位掩码就是255.128.0.0。（二进制转十进制，不懂的朋友百度或者谷歌一下，这是简单的数学运算，在此不做介绍）

比如，ip地址是192.168.1.1、掩码是255.255.255.0，则我们可以得到网络号192.168.1.0~192.168.1.255都是同一网段的，因为他们和255.255.255.0做与运算的结果都是192.168.1.0 。不过要额外说明的一点是，同网段所有IP中，第一个和最后一个地址是不能分配给设备用的。第一个IP称为网络号（此处即为192.168.1.0），最后一个IP称为广播号（此处为192.168.1.255）

三、变长子网掩码

A类地址默认的掩码是8位，B类地址默认掩码16位，C类地址默认掩码24位。不过我们完全可以不按照这个规矩来，从数学的角度来看，同一网段中的主机数量和网段的数量是此消彼长的。如果网段划分得过大，那么可支持的网段数量就比较小（要知道，路由器的每个端口默认都应该是来自不同网段的），如果网段数量多了，每个网段中最多可容纳的主机数量就少了（主机号和网络号就多了，占据了可用IP）。比如从默认的掩码来看，A类地址指支持126个网络，但是每个网络里可以支持1600多万个主机地址；C类地址能支持200多万个网络，但是每个网络只有254个可用地址。

所以在实际应用中，很多时候需要我们去打破默认掩码的长度。（一遍是将默认掩码的位数变长，因此我们称其为变长子网掩码）。比如C类地址192.168.1.7，我们把掩码设置为25位（255.255.255.128），那么可用范围的主机范围是多少？

计算过程：掩码是25位，因此改IP地址的前25位就固定下来了，前24位转换成十进制依然是192.168.1；7转换为八位二进制数是00001011，第是25位是0也固定下来，可变的只有最后7位，因此整个网络段最后八位的可用数值应该是00000000到01111111，转换成十进制就是0~127，也就是这个网络段的可用范围是192.168.1.0-192.168.1.127，去掉网络号和主机号，可分配给设备的ip地址是192.168.1.1-192.168.1.127

本节的内容到此为止，其中关于IP及变长子网掩码的内容希望读者务必掌握，不管做网络、运维还是网络编程开发，本节内容都是必知必会的东西。如果是初学者，建议连续看两遍，关于子网掩码那部分，拿纸笔出来自己算算。