IPv4、IPv6地址、组播地址及子网子划分详解一
- 一、IPv4地址
- 1、IP地址的定义
- 2、IP术语
- 3、IP地址的组成
- 3.1、我们前面讲到IP地址是软件地址，那硬件地址是什么？
- 3.2、IP地址的编址方案
- 4、IP地址的分类
- 4.1、网络地址
- 4.2、保留的IP地址
- 4.3、私有IP地址
- 4.4、组播地址
- 4.4.1、什么是组播？
- 4.4.2、保留的永久组播地址（属于局部链路组播地址范围）：
- 4.4.3、用于在互联网上组播地址（包含在用户组播地址范围内）：
- 4.4.4、本地管理组播地址
一、IPv4地址
1、IP地址的定义
IP地址是分配给IP网络中每台机器的数字标识符，它指出了设备在网络中的具体位置。由 32 位二进制数组成。IP地址是软件地址，而不是硬件地址。
在因特网中给每台电脑设备和其它设备都配置一个唯一的地址，才能正常通信，使数据能正常的转发。在 TCP/IP 通信中使用 IP 地址识别主机和路由器。
举例：IP地址如每个人的手机号，我们进行通信时就能通过这个唯一的号码，准确的联系到需要找的人。
2、IP术语
-
比特(bit)：
一个比特相当于一位，取值为1或0。 -
字节(Byte)：
8bit就称为一个字节，字节包含8位。CPU位数指的是CPU一次能处理的最大位数。例如32位计算机的CPU一次最多能处理32位数据。
| 项目 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 二进制 | 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
| 2的n次幂 | 2⁷ | 2⁶ | 2⁵ | 2⁴ | 2³ | 2² | 2¹ | 2° |
半字节：半字节包含4位，十六进制使用半字节。
| 项目 | 1 | 1 | 1 | 1 |
|---|---|---|---|---|
| 二进制 | 8 | 4 | 2 | 1 |
| 2的n次幂 | 2³ | 2² | 2¹ | 2° |
- 八位组(Octet)：
由8位组成，是普通的8位二进制数。 - 网络地址：
是设备所在区域的一种标识，网络地址相同的设备位于同一个网段内。 - 广播地址：
是专门用于同时向网络中所有工作站进行发送的一个地址。在使用TCP/IP 协议的网络中，主机位段二进制全为1的IP 地址为广播地址。举例：常见的是有255.255.255.255，在一个局域网内所有的节点，包含路由器和交换机、主机等设备。
3、IP地址的组成
3.1、我们前面讲到IP地址是软件地址，那硬件地址是什么？
硬件地址也称为MAC地址，固化在每个设备中的网卡使用，MAC地址长48位，采用十六进制格式，比如：00-12-BC-ED-3A-68。MAC地址基于物理的，能够识别具体网络设备，它是固化在网卡里面的。在命令提示符下输入命令“ipconfig /all”回车之后可以查看到MAC地址。
第一字节第8位为I/G位：如果I/G=0，则是某台设备的MAC地址，即单播地址；如果I/G=1，则是多播地址（组播+广播=多播）。
第一字节第7位为G/L位，也称为U/L位，如果G/L=0，则是全局管理地址，由IEEE分配；如果G/L=1，则是本地管理地址，是网络管理员为了加强自己对网络管理而指定的地址。
注意：十六进制是由两个半字组成一个字节。
这里讲硬件地址有什么作用？我们要明白，网络传输是通过一个个的硬件进行数据转发，比如我们访问百度能过域名解析成IP地址，由我们的本机网卡到达路由器进入运营商网络再进入百度服务器，通过一个个具体的硬件进行转发。
就如我们的手机号可以通过运营商随时更换或者使用双卡双号，手机是物理硬件，IP地址可以比作手机号，而MAC地址如手机的机器码，通过软件来识别具体的手机，是不常更换的，机器码代码表示我们手中这一台手机，是唯一的一台没有其它编码一样的手机。
3.2、IP地址的编址方案
IP地址长32位，划分成4组，每组8位，每组以“ . ”隔开，再将每组数转换为十进制数。
| 分类 | IP地址 |
|---|---|
| 点分十进制划分 | 172.16.10.6 |
| 二进制 | 10101100.00010000.00001010.00000110 |
| 十六进制 | AC.10.0A.06 |
十六进制方式表示IP地址，是某些程序使用这种方式储存IP地址，Windows注册表就是以十六进制方式储存IP地址。
IP地址二进制转换成十进制
2⁷＝128 2⁶＝64 2⁵＝32 2⁴＝16 2³＝8 2²＝4 2¹＝2 2°＝1
| 类型 | 内容 | 内容 | 内容 | 内容 |
|---|---|---|---|---|
| 二进制 | 10101100 | 00010000 | 00001010 | 00000110 |
| 8421方式计算 | 2⁷＋2⁵＋2³＋2² | 2⁴ | 2³＋2¹ | 2²＋2¹ |
| 十进制 | 172 | 16 | 10 | 6 |
二进制与十进制最方便转换方法：
通过 Windows 系统自带的计算器，选择程序员，可实现二进制和十进制的快速转换。默认十进制（“ DEC ”）输入，单击“ BIN ”切换成二进制输入。同步显示十六进制、十进制、八进制和二进制的数值。
2³²＝4,294,967,296
2019 年 11 月 25 日已分配完公网 IPv4 地址，以后就没有多余地址可以分配了。但是现在很多用户仍然还在用 IPv4 ，并没有因为地址没了而无法上网。这是因为使用 NAT 技术缓解了地址不足的问题。后面部分将详解IPv6地址。
IP 地址由网络号（网络地址）和主机号（节点地址）两部分组成。
网络号是设备所在区域的一种标识，网络号相同的设备位于同一个网段内，网络号不同的设备通过路由器实现通信。主机号是在同一个网段中不同设备的标识，不允许同一个网段内出现重复的主机号。
4、IP地址的分类
4.1、网络地址
根据网络规模和用途IP地址分为A类、B类、C类、D类和E类地址。
A类地址 超大型网络，规定前8bit为网络号，其中第一位1bit为0，后24bit为主机号，可提供IP数为 2²⁴，可用地址数量为2²⁴-2=16,777,214；
1.0.0.0～127.255.255.254 127.255.255.255广播地址
| 0 | 7bit | 8bit | 8bit | 8bit |
|---|---|---|---|---|
| 首 | network网络号 | node主机号 | node主机号 | node主机号 |
B类地址 介于超大型网络和超小型网络之间，规定前16bit为网络号，必须以二进制10开头，后16bit为主机号，可提供IP数为 2¹⁶，可用地址数量为2¹⁶-2=65,534；
128.0.0.0～191.255.255.254 191.255.255.255广播地址
| 1 | 0 | 6bit | 8bit | 8bit | 8bit |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | network网络号 | network网络号 | node主机号 | node主机号 |
C类地址 超小型网络，规定前24bit为网络号，前三位为二进制110，后8bit为主机号，可提供IP数为 2⁸，可用地址数量为2⁸-2=254；
192.0.0.0～223.255.255.254 223.255.255.255广播地址
| 1 | 1 | 0 | 5bit | 8bit | 8bit | 8bit |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | network网络号 | network网络号 | network网络号 | node主机号 |
D类地址 作为组播IP地址，前四位为二进制1110；
224.0.0.0～239.255.255.255
| 1 | 1 | 1 | 0 | 组播地址 |
|---|
E类地址 用于科学用途，前五位为二进制11110；
240.0.0.0～255.255.255.254
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 保留给科学和实验使用 |
|---|
4.2、保留的IP地址
网络号（网络地址）：
表示当前网络或网段
A类所有主机位都为0，网段地址：10.0.0.0
B类所有主机位都为0，网段地址：127.16.0.0
C类所有主机位都为0，网段地址：192.168.10.0
对于网络和网段的理解，10.0.0.0代表10网段、127.16.0.0代表127.16网段、192.168.10.0代表192.168.10网段。
如何来理解网段的含义？
A类超大型网络比方为超大型区域如某某市这一区域网段，B类介于超大型网络和超小型网络之间比方为某某市254小学这一区域网段，C类超小型网络比方为某某市254小学几年级这一区域网段。
某某市254小学几年级这一区域比作局域网的一部分，网关相当于这个单位的大门只允许同一单位(网段)自由进入，主机号是具体的某个学生，外界要转达信息给某个班学生，需要根据某某市254小学几年级这一网段确定位置，根据主机号学生名称才能准确带达。而在这个网段内，单位内部学生之间信息传递不被限制。某个班是通过子网掩码来分班级。后面具体描述。
广播地址：是专门用于同时向网络中所有工作站进行发送的一个地址。在使用TCP/IP 协议的网络中，主机位段二进制全为1的IP 地址为广播地址。
比如小学的喇叭播放全体学生做广播体操，针对所有学生称为广播，同一网段内指某某省某某市小学这一单位内对全体人员发送信息称为广播。
A类所有主机位都为1，网段地址：10. 255.255.255
B类所有主机位都为1，网段地址：127.16.255.255
C类所有主机位都为1，网段地址：192.168.10.255
测试地址：
127.0.0.1 用于环回测试地址。表示当前节点，让节点能够给自己发送测试分组，而不会生成网络流量。
特殊地址：
0.0.0.0表示网络地址或指定网络中任何主机。
255.255.255.255 全网广播IP，针对本网段所有节点。
69.254.0.0找不到DHCP服务器，则由操作系统自动分配一个169.254.X.X地址，临时地址。
4.3、私有IP地址
有私有就有公网地址，我们常见的A、B、C三类IP地址段，大多数是在国际互联网信息中心注册，在互联网上使用。
对于家庭、企业、学校和一些单位只在内部局域网中使用，无需通过互联网通信，在IPv4地址中预留了3个IP地址段，作为私有IP地址。但是私有地址可以通过 NAT 技术，将私有地址转换为公网地址接入互联网。
除了这三个ip地址段为私有ip地址外，其它的都为公网ip。
| 地址类型 | 地址空间 |
|---|---|
| A类 | 10.0.0.0～10.255.255…255 |
| B类 | 172.16.0.0～172.31.255.255 |
| C类 | 192.168.0.0～192.168.255.255 |
4.4、组播地址
4.4.1、什么是组播？
也称为多播multicast。组播是一种允许一个或多个发送者（组播源）发送单一的数据包到多个接收者（一次的，同时的）的网络技术。点到多点。
应用：譬如网络视频会议、网络音频/视频广播、AOD/VOD、股市行情发布、多媒体远程教育、CSCW协同计算、远程会诊、网络游戏。缓解带宽的急剧消耗和网络拥挤问题。组播是基于UDP的。
举例：某某小学开会，由各班班主任开教学会议，针对的是全体教职员工的中的班主任，或者开数学教学会议，是针对全体数学老师，对有共同身份的人进行传达通知，叫组播。班主任和数学老师对所在班级进行讲解是广播，针对本班级全体成员。广播不能跨越网段，在这里是不能跨越班级，不能到非所教学的班级进行讲解。
| 应用范围 | IP地址范围 |
|---|---|
| 局部链路组播地址 | 224.0.0.0～224.0.0.255 |
| 用户组播地址 | 224.0.1.0～238. 255. 255.255 |
| 本地管理组播地址 | 239.0.0.0～239. 255. 255.255 |
4.4.2、保留的永久组播地址（属于局部链路组播地址范围）：
224.0.0.1 所有主机
224.0.0.2 所有组播路由器
224.0.0.3 没有分配
224.0.0.5 OSPF路由器
224.0.0.6 OSPF 指定路由器(DR)
224.0.0.9 RIP2路由器
224.0.0.10 IGRP路由器
224.0.0.12 DHCP服务器/中继代理
224.0.0.13 所有的PIM路由器 协议无关组播
224.0.0.18 VRRP
4.4.3、用于在互联网上组播地址（包含在用户组播地址范围内）：
实际的可用于在互联网上组播地址是225.0.0.0/8 - 238.0.0.0/8，这个组播地址不属于任何服务器或个人，它有点类似一个微信群号，任何成员（组播源）往微信群（组播IP）发送消息（组播数据），这个群里的成员（组播接收者）都会接收到此消息。
运营商使用的组播地址，233.0.0.0-233.255.255.255，是一种自治系统之间的组播地址分配机制，将 AS 号直接填入组播地址的中间两个字节中，每个自治系统都可以得到 255 个组播地址。
4.4.4、本地管理组播地址
239.0.0.0/8限制范围地址，本地管理组播地址。组播被限定在本地或组织内。公司、大学和其他组织使用有限范围地址来进行本地组播。
