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什么是IPv4

时间：2023-02-15 来源：浏览：

什么是IPv4

RobinLiu 自控技术FAQ

自控技术FAQ

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目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。IP协议定义了一种地址编码，称为IP地址，它是网络中网络段、网络设备接口、主机的编码，它并不是一种物理地址，而是逻辑地址，即地址是可以被分配、并且非固定、可修改的。

IPv4，是互联网协议（Internet Protocol，IP）的第四版，也是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基石的协议。在开放的标准组织IETF（Internet Engineering Task Force，互联网工程任务组）于1981年9月发布的 RFC 791 中被描述，IP可以运行在各种各样的底层网络上，比如端对端的串行数据链路、卫星链路等等。局域网中最常用的是以太网。本文以下内容中IP代表IPv4。

IP地址是在网络中逻辑地标识网络节点位置的工具，代表了节点之间传递数据信息的原始发送者或最终接收者，即数据流的源或目的地址的编码。

对于一台主机，作为数据的终端，拥有1个IP地址就可以参与到网络中与其他节点进行通讯。
对于一个网络设备，作为数据的中转站，每个接口都拥有1个或多个IP地址，用于指导主机数据在网络中的转发。
为了方便网络的管理，网络按规模划分了网络段，单位是子网。子网的范围包含了若干主机和网络设备接口，因此它拥有一系列IP地址，也称为IP地址池，用于在内部进行分配。

了解IPv4地址结构

IP地址是一个32位的二进制数逻辑地址。因此，除了全0，拥有 2 ³² -1个地址（全0地址用来表示一个无效的，未知的或者不可用的目标）。

为了方便使用，把这32位二进制数分成八位一组，被称为八位组（octet）。每个八位组书写时用点分十进制的格式标识。每个八位组取值为00000000~11111111（二进制数），使用十进制数表示则值为0~255。

因此，32位的二进制数的IP地址使用点分十进制来标识，除了全0，它的范围是000.000.000.001~255.255.255.255。例如对于000.000.000.001，每个八位组中，高位的0可以不用写出，即为0.0.0.1。

在这个范围中，比如：10.1.1.1、172.16.100.200、192.168.33.44都是1个具体的IP地址。

IP地址被划分为 网络部分 和 主机部分 。网络部分负责表示所在的逻辑网络区域，主机部分表示该主机在网段中的具体逻辑位置。同一网络区域中所有主机的网络部分是同一个。

如果把IP地址和电话号码做类比：电话号码025-12345678中，025是区号，代表南京市，类似于IP地址中的网络部分；12345678是南京市内某一个电话机的确切号码，类似于IP地址中的主机部分。

如当IP数据包在网络中传递时，路由器只关心目的IP地址的网络部分，通过识别IP地址的网络部分为IP数据包进行路由操作。而只有当数据包达到了目的的网段以后，才通过IP地址的主机部分查找具体的接收主机。

对于一个IP地址，哪几位是网络部分，哪几位是主机部分，是由网络规模根据需要来划分的。

地址分类

IP地址分为A、B、C、D、E五类。

在这五类地址中，A、B、C类地址称为主类网（相对于子网）。A、B、C类的网络部分和主机部分的长短各不相同。

在主类网地址中，有一部分被用做了私有地址。私有地址是不可以在互联网上使用的，是在企业或组织内部局域网上使用的IP地址。这样，可以不为局域网中的主机分配互联网可用的地址，从而节约有限的IP地址资源。私有地址又称为私网地址或假地址，除此之外，其他可以在互联网上使用的IP地址称为公网地址或真地址。

分类	范围	私有地址	规模
A类地址	第一个8位以 0 开头的地址，即第一个八位是 0 0000001~ 0 1111111（二进制）即1~127（十进制）的IP地址。其中，以01111111（127）开头的地址即127.0.0.0网段的地址是测试地址，不可分配。	整个10.0.0.0网络的所有地址都是私有地址。	网段一共有125（2 ⁷ -3）个，每个网段中可以有16777214（2 ²⁴ -2）台主机。适合分配给规模特别大的网络使用。
B类地址	第一个八位以 10 开头的地址，即第一个八位是 10 000000~ 10 111111（二进制）即128~191（十进制）的IP地址。	172.16.0.0~172.31.255.255范围内的所有地址是私有地址。	网段一共有16368（2 ¹⁴ -16）个，每个网段中可以有65534（2 ¹⁶ -2）台主机。适合分配给规模大的网络使用。
C类地址	第一个八位以 110 开头的地址，即第一个八位是 110 00000~ 110 11111（二进制）即192~223（十进制）的IP地址。	192.168.1.0~192.168.255.255范围内的所有地址是私有地址。	网段一共有2096896（2 ²¹ -256）个，每个网段中可以有254（2 ⁸ -2）台主机。适合分配给规模小的网络使用。
D类地址	第一个八位以 1110 开头的地址，即第一个八位是 1110 0000~ 1110 1111（二进制）即224~239（十进制）的IP地址。	无	保留地址，不标识网络，用于多点广播。
E类地址	第一个八位以 11110 开头的地址，即第个八位是 11110 000（二进制），240（十进制）开头的IP地址。	无	保留地址，不标识网络，用于做研究。

子网划分

IP地址的数量是有限的、紧缺的。当网络规模较少，不足以使用一个主类网地址段的时候，会产生地址浪费。比如网络中只有2台主机，这个网络只需要2个IP地址，但是最小的主类网C类网的每个网段拥有254个可用地址，这样就会浪费252个地址。再比如网络中有260台主机，主类网C类网无法满足，B类网每个网段拥有65534个可用地址，这样就会产生非常多的浪费。当前，也可以分配2个C类网的网段，减少浪费，不过浪费还是不可避免的。所以，在实际网络中，子网划分是必须要做的。

子网允许将一个大的网络划分成许多小的网络，以方便使用和管理。并且，在一个企业或组织内部可以将子网应用到不同的部门，这样使得网络更加合理。子网将一部分主机部分拿出来作为子网部分，俗称“借位”，从而形成一种新的IP地址结构，即在IP地址的网络部分和主机部分之间又出现了子网部分。

如何实现？1个IP地址如何区分它的网络部分（含子网部分）和主机部分？不同的IP地址又是如何区分它们是否在同一网段？这里说同一网段，一般是指同一个子网段。

子网划分的术语叫做VLSM（可变长子网掩码，Variable Length Subnet Mask），这里的子网掩码，又称为网络掩码，就是来解决子网划分的问题。子网掩码和IP地址一样也是32位，用二进制表示是 一堆连续的1 、后面接一堆连续的0 。值为1的位对应IP地址中的网络部分（含子网部分）；值为0的位对应主机部分。子网掩码，也可以用点分十进制表示，或者直接用掩码长度表示。

在不划分子网的情况下，A类网的子网掩码是255.0.0.0；B类是255.255.0.0；C类是255.255.255.0。

1个子网划分示例如下图所示：