网络基础-IP地址（IPv4）

本文主要是介绍网络基础-IP地址（IPv4），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！

IP地址是指互联网协议地址（Internet Protocol Address），它是分配给网络设备的数字标识符，用于在网络中定位和识别设备。IP地址使得数据包能够在网络中正确地发送和路由到目标设备。

IP地址分为IPv4地址和IPv6地址两类,本篇文章主要对IPv4进行介绍

IPv4地址的表示方法

IPv4（Internet Protocol version 4）由32位二进制数字组成，通常以”点分十进制“（dotted-decimal）表示，这32位二进制数字被分为四个8位（一个字节）的组，每个组用十进制数表示，其十进制的范围为0.0.0.0~255.255.255.255。

IPv4地址组成

一个IPv4地址由网络标识和主机标识组成。

网络标识：是IPv4地址中用于表示特定网络的部分。在IPv4地址中，网络标识指示了网络的身份，并决定了哪个网络中的设备被分配了该IP地址。网络标识的长度取决于IP地址的分类或子网掩码。

主机标识（Host ID）是指在IPv4地址中用于标识特定主机（或设备）的部分。在IPv4地址中，主机标识确定了特定网络中的哪台设备被分配了该IP地址。主机标识的长度取决于IP地址的分类或子网掩码。

IPv4地址的分类

分类方法①：

IPv4地址根据其最高位的几位数字被分为以下五个主要类别：A类、B类、C类、D类和E类。

A类地址：

A类地址的范围是1.0.0.0到127.255.255.255。
在A类地址中，第一个字节的最高位固定为0（二进制形式）。

A类地址包含有特殊的地址范围，它们被保留用于特定目的而不被用于普通的网络分配。这些特殊地址是：

0.0.0.0：被用作默认路由（Default Route）地址，通常表示未知或未指定的目的地；可以标识任意地址。
127.0.0.0 ~ 127.255.255.255：这个范围被保留用于回环测试（Loopback Testing）。其中的127.0.0.1是最常见的回环地址（localhost），用于将数据发送回发送者，通常用于测试网络接口或本地主机上的服务。、

B类地址：

B类地址的范围是128.0.0.0到191.255.255.255
B类地址中，第一个字节的最高位固定为10（二进制形式）

B类地址中的特殊地址：

本地链路地址，地址范围169.254.0.0~160.254.255.255
当主机自动获取地址失败后，可 使用该网段中的某个地址进行临时通信。

C类地址：

C类地址的范围是192.0.0.0到223.255.255.255
在C类地址中，第一个字节的最高位固定为110

D类地址：

D地址用于多播/组播（Multicast）通信，该类地址范围是224.0.0.0到239.255.255.255
D类地址不具备网络标识或主机标识，而是用于多播组的标识

E类地址

E类地址保留用于实验和未分配的目的，该类地址的范围是240.0.0.0到255.255.255.255
E类地址不具备网络标识或主机标识

第二种分类方法②：

IPv4地址可以分为公有地址和私有地址两种类型，它们用于不同的网络环境和目的。

公有地址（Public Address）

公有地址是指由互联网注册机构（如IANA、RIPE等）分配给组织或个人使用的IP地址。这些地址可以在因特网上直接访问和路由，用于公共网络通信，通常用于托管公共服务、网站、服务器等。

私有地址（Private Address）

私有地址是保留用于内部网络或局域网的IP地址，不会被路由到因特网上；这些地址通常用于组织内部网络、家庭网络或私人网络中的设备；私有地址范围是在IPv4地址空间中专门保留的，以便在私有网络中使用而不与公共网络冲突。

IPv4私有地址的范围包括：

A类中的私有地址范围：10.0.0.0 到 10.255.255.255（CIDR表示法为10.0.0.0/8）
B类中的私有地址范围：172.16.0.0 到 172.31.255.255（CIDR表示法为172.16.0.0/12）
C类中的私有地址范围：192.168.0.0 到 192.168.255.255（CIDR表示法为192.168.0.0/16）

第三种分类：

根据IPv4地址的特定属性，主要是根据地址中的主机标识部分的值来进行分类；可以分为网络地址、广播地址、可用地址。

网络地址

网络地址是IPv4地址中的第一个地址，用于表示整个网络的范围。在网络地址中，主机标识部分全部为0。这使得网络地址可以用来标识一个网络的起始位置。

例如：192.168.10.0/24

广播地址

广播地址用于向一个网络中的所有设备发送数据包。在IPv4中，广播地址的主机标识部分全部为1，使得该地址可以将数据包发送到网络中的所有设备。

例如：192.168.10.255/24

广播地址分类：

①有限广播地址/本地广播地址，地址范围255.255.255.255
可作为目的地址，发往当前广播域内的所有主机（受限于网关）。

②定向广播地址，地址范围X.255.255.255、X.X.255.255、X.X.X.255
发往目标广播域的所有主机。

可用地址

可用地址是指在一个网络中可以分配给主机使用的IP地址范围。在一个子网中，可用地址是网络地址和广播地址之间的所有地址。这些地址用于分配给具体的主机使用，用于网络通信和数据传输。

例如：192.168.10.1/24

网络掩码

网络掩码（Subnet Mask）是一个32位的二进制数字，用于将一个IPv4地址划分为网络标识部分和主机标识部分。网络掩码与IPv4地址一起使用，以确定一个IP地址属于哪个网络，以及其网络和主机部分的长度。网络掩码中的连续的1位表示网络标识，连续的0位表示主机标识。网络掩码中的1位和0位的数量及其位置确定了网络的范围和主机的数量。

A类地址默认网络掩码：255.0.0.0 (CIDR表示法为 /8)，表示网络部分有8位，主机部分有24位，即一个子网中有2^24-2个可用主机地址。

B类地址默认网络掩码：255.255.0.0 (CIDR表示法为 /16)，表示网络部分有16位，主机部分有16位，即一个子网中有2^16-2个可用主机地址。

C类地址默认网络掩码：255.255.255.0 (CIDR表示法为 /24)，表示网络部分有24位，主机部分有8位，即一个子网中有2^8-2个可用主机地址。

IP地址计算

网络地址（网络号）计算

首先，确定给定IP地址的IPv4地址和网络掩码。例如，IP地址为192.168.1.10，网络掩码为255.255.255.0。
将IP地址和网络掩码分别转换为二进制形式。
将网络掩码应用于IP地址，将其与IP地址按位相与（AND操作）。这会产生网络地址。
计算广播地址的方法取决于网络地址的类型（A类、B类或C类）。对于大多数情况，广播地址可以通过将网络地址的主机标识部分全部设置为1来获得。
将计算出的网络地址和广播地址从二进制转换为十进制，以获得最终的网络地址和广播地址。

下面是一个示例：

IP地址：192.168.1.10
网络掩码：255.255.255.0

将IP地址和网络掩码转换为二进制：
IP地址：11000000.10101000.00000001.00001010
网络掩码：11111111.11111111.11111111.00000000

网络地址 = IP地址 AND 网络掩码 = 11000000.10101000.00000001.00000000 = 192.168.1.0
广播地址 = 网络地址 + 主机位取反 = 192.168.1.0 + 00000000.00000000.00000000.11111111 = 192.168.1.255

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