计算机网络 (7) 网络层-IPv4地址概述在TCP/IP体系中，IP地址是最基本的概念，本文侧重于IPv4地址 IP

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概述

在TCP/IP体系中，IP地址是最基本的概念，本文侧重于IPv4地址

IPv4地址就是给因特网上每一台主机（路由器）的每一个接口分配的一个在全世界范围内唯一的32比特的标识符

IP地址由因特网名字和数字分配机构ICANN（Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配，在我国个人用户的IP地址一般都是从网络运营商（电信、移动、联通等）处获取的

IP地址是会被耗尽的，IPv4地址数量为 ${2^{32}}$ ，大约43亿，在2011年2月3日，IPv4地址就已经分配完了。我国在2014年至2015年也逐步停止向新用户和应用分配IPv4地址，同时开始部署IPv6地址，IPv6地址数量为 ${2^{128}}$ ，在可预见的将来都不会耗尽

为了方便使用，IPv4地址采用点分十进制表示法：

IPv6则将128位划分成8个16位的小段，每段的16位中每4位换算成16进制字符，每个小段使用冒号相隔，例如：1050:0000:0000:0000:0005:0600:300c:326b

IPv4编址方法经历了三次迭代：

分类编址（1981年）
划分子网（1985年）
无分类编址（1993年）

下面简单介绍三种编址方法

分类编址

在分类编址中，IPv4地址总共被分为A、B、C、D、E五类，每类地址都是网络号+主机号的格式，每类地址的网络号前几位都是固定的

以上各类地址中只有A、B、C类地址可以分配给网络中的主机或路由器接口。另外，任意一类地址中，主机号为全0或全1的地址都是保留地址，全0的为网络地址，全1的为广播地址，都不能分配

地址指派

A类地址： A类地址中网络号0（7位网络号全0）和127（7位网络号全1）保留不指派，其中127作为本地回环测试地址（如常用的127.0.0.1），所以A类地址可指派网络数量为 ${2^{8-1}-2}=126$ 个，每个网络可分配的地址数量（可容纳的主机及路由器接口数量）为 ${2^{24}-2}=16777214$ （减去主机号全0和全1的）

B类地址： B类地址没有保留的网络号，网络号范围为128.0（14位网络号全0）到191.255（14位网络号全1），可指派的网络数量位 ${2^{16-2}}=16354$ ，每个网络可分配的地址数量为 ${2^{16}-2}=65534$ （减去主机号全0和全1的）

C类地址： C类地址没有保留的网络号，网络号范围为192.0.0（21位网络号全0）到223.255.255（21位网络号全1），可指派的网络数量位 ${2^{43-3}}=2097152$ ，每个网络可分配的地址数量为 ${2^{8}-2}=254$ （减去主机号全0和全1的）

下面则是一些特殊的地址：

划分子网编址

先看例子：一个公司需要组网，内部有500台主机，这时需要申请一个B类地址。B类地址可分配地址数量为 ${2^{16}-2}=65534$ ，远超公司主机数量，大量的地址浪费掉了

假设随着公司发展，需要将原来的网络划分为3个独立网络，那么就需要新申请两个网络地址，这会耗费时间和资金，也会增加网络中路由器的负担

基于以上地址浪费和新申请网络耗费时间和资源等缺点，人们提出了子网的概念。子网就是从原网络地址的主机号中划分一部分作为子网号

在上例中，B类地址有16比特网络号和16比特主机号，在主机号中划分8个比特作为子网号就能划分出 ${2^8}$ 个子网，每个子网有8比特主机号可以使用

在划分子网后公司就不用申请新的网络地址，且每个子网都有足够的地址分配给主机

子网掩码

子网是概念上的划分，单从IP地址本身是看不出来的，所以需要子网掩码来表明分类IP地址的主机号有多少比特被划分为子网号

子网掩码由连续的比特1后接连续的比特0组成，比特1覆盖住分类IP地址的网络号和子网号，结合IP地址所在分类分析就能得出主机号中有多少比特被用来划分子网，进而知道每个子网有多少主机号等信息。子网掩码和IP地址进行与运算就能得到IP地址所在子网的网络地址