在学习IP地址和子网划分前,必须对进制计数有一定了解,尤其是二进制和十进制之间的相互转换,对于我们掌握IP地址和子网的划分非常有帮助,可参看如下目录详文。

IP地址和子网划分学习笔记相关篇章:

1、IP地址和子网划分学习笔记之《预备知识:进制计数》

2、IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

3、IP地址和子网划分学习笔记之《子网掩码详解》

4、IP地址和子网划分学习笔记之《子网划分详解》

5、IP地址和子网划分学习笔记之《超网合并详解》

一、IP地址和MAC地址

1、MAC地址

MAC(Media Access Control,介质访问控制)地址,或称为物理地址,也叫硬件地址,用来定义网络设备的位置,MAC地址是网卡出厂时设定的,是固定的(但可以通过在设备管理器中或注册表等方式修改,同一网段内的MAC地址必须唯一)。MAC地址采用十六进制数表示,长度是6个字节(48位),分为前24位和后24位。

1、前24位叫做组织唯一标志符(Organizationally Unique Identifier,即OUI),是由IEEE的注册管理机构给不同厂家分配的代码,区分了不同的厂家。
2、后24位是由厂家自己分配的,称为扩展标识符。同一个厂家生产的网卡中MAC地址后24位是不同的。

MAC地址对应于OSI参考模型的第二层数据链路层,工作在数据链路层的交换机维护着计算机MAC地址和自身端口的数据库,交换机根据收到的数据帧中的“目的MAC地址”字段来转发数据帧。

2、IP地址

IP地址(Internet Protocol Address),缩写为IP Adress,是一种在Internet上的给主机统一编址的地址格式,也称为网络协议(IP协议)地址。它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址,常见的IP地址,分为IPv4与IPv6两大类,当前广泛应用的是IPv4,目前IPv4几乎耗尽,下一阶段必然会进行版本升级到IPv6;如无特别注明,一般我们讲的的IP地址所指的是IPv4。

IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

IP地址对应于OSI参考模型的第三层网络层,工作在网络层的路由器根据目标IP和源IP来判断是否属于同一网段,如果是不同网段,则转发数据包。

3、IP地址格式和表示

在计算机二进制中,1个字节 = 8位 = 8bit(比特)

①IP地址格式和表示

IP地址(IPv4)由32位二进制数组成,分为4段(4个字节),每一段为8位二进制数(1个字节)
每一段8位二进制,中间使用英文的标点符号“.”隔开

由于二进制数太长,为了便于记忆和识别,把每一段8位二进制数转成十进制,大小为0至255。
IP地址的这种表示法叫做“点分十进制表示法”。
IP地址表示为:xxx.xxx.xxx.xxx
举个栗子:210.21.196.6就是一个IP地址的表示。

②理解2的指数幂

2的幂也称为2的指数,还可以称为2的次方,如2的2次方、2的3次方等等,任何数的0次方都等于1。
在IP地址中,0次方到7次方刚好为8位,这对于IP地址二进制转换为十进制非常方便。
举个栗子:11010010 = 1×2^7+1×2^6+0×2^5+1×2^4+0×2^3+0×2^2+1×2^1+0×2^0 = 128+64+0+16+0+0+2+0 = 210

IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

我们需要记住上图的2的幂的结果,不需要死记硬背,这个是有技巧的,从上图来看,很容易发现,由于是2的幂,所有相邻的幂的前后都是相差2倍,所以只要知道其中一个幂值,就知道相邻的幂的值。

4、IP地址的组成

IP地址=网络地址+主机地址,比如:
IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》
计算机的IP地址由两部分组成,一部分为网络标识,一部分为主机标识,同一网段内的计算机网络部分相同,主机部分不同同时重复出现。路由器连接不同网段,负责不同网段之间的数据转发,交换机连接的是同一网段的计算机。通过设置网络地址和主机地址,在互相连接的整个网络中保证每台主机的IP地址不会互相重叠,即IP地址具有了唯一性。
IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

5、IP地址与MAC地址区别

  • 长度不同:IP地址为32位(二进制),MAC地址为48位(十六进制)。
  • 分配依据不同:IP地址的分配是基于网络拓扑,MAC地址的分配是基于制造商。
  • 寻址协议层不同:IP地址应用于OSI第三层(网络层),而MAC地址应用在OSI第二层(数据链路层)。

6、IP地址与MAC地址的作用和关系

IP和MAC两者之间分工明确,默契合作,完成通信过程。在数据通信时,IP地址专注于网络层,网络层设备(如路由器)根据IP地址,将数据包从一个网络传递转发到另外一个网络上;而MAC地址专注于数据链路层,数据链路层设备(如交换机)根据MAC地址,将一个数据帧从一个节点传送到相同链路的另一个节点上。IP和MAC地址这种映射关系由ARP(Address Resolution Protocol,地址解析协议)协议完成,ARP根据目的IP地址,找到中间节点的MAC地址,通过中间节点传送,从而最终到达目的网络。
IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

计算机在和其他计算机通信之前,首先要判断目标IP地址和自己的IP地址是否在一个网段,这决定了数据链层的目标MAC地址是目标计算机的还是路由器接口的MAC地址。数据包的目标IP地址决定了数据包最终到达哪一个计算机,而目标MAC地址决定了该数据包下一跳由哪个设备接收,不一定是终点。

二、IP地址的分类

1、IP地址分类详解

IP地址分A、B、C、D、E五类,其中A、B、C这三类是比较常用的IP地址,D、E类为特殊地址。

IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

①、A类地址

  1. A类地址第1字节为网络地址(最高位固定是0),另外3个字节为主机地址。
  2. A类地址范围:1.0.0.0 - 126.255.255.255,其中0和127作为特殊地址。
  3. A类网络默认子网掩码为255.0.0.0,也可写作/8。
  4. A类网络最大主机数量是256×256×256-2=166777214(减去1个主机位为0的网络地址和1个广播地址)。

在计算机网络中,主机ID全部为0的地址为网络地址,而主机ID全部为1的地址为广播地址,这2个地址是不能分配给主机用的。

②、B类地址

  1. B类地址第1字节(最高位固定是10)和第2字节为网络地址,另外2个字节为主机地址。
  2. B类地址范围:128.0.0.0 - 191.255.255.255。
  3. B类网络默认子网掩码为255.255.0.0,也可写作/16。
  4. B类网络最大主机数量256×256-2=6554。

③、C类地址

  1. C类地址第1字节(最高位固定是110)、第2字节和第3个字节,另外1个字节为主机地址。
  2. C类地址范围:192.0.0.0 - 223.255.255.255。
  3. C类网络默认子网掩码为255.255.255.0,也可写作/24。
  4. C类网络最大主机数量256-2=254。

④、D类地址

  1. D类地址不分网络地址和主机地址,它的第1个字节的最高位固定是1110。
  2. D类地址用于组播(也称为多播)的地址,无子网掩码。
  3. D类地址范围:224.0.0.0 - 239.255.255.255。

⑤、E类地址

  1. E类地址也不分网络地址和主机地址,它的第1个字节的最高位固定是11110。
  2. E类地址范围:240.0.0.0 - 255.255.255.255。
  3. 其中240.0.0.0-255.255.255.254作为保留地址,主要用于Internet试验和开发,255.255.255.255作为广播地址。

2、IP地址分类思维导图

IP地址总结学习思维导图如下:
IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

三、保留的特殊IP地址

以下这些特殊IP地址都是不能分配给主机用的地址:

  • 主机ID全为0的地址:特指某个网段,比如:192.168.10.0 255.255.255.0,指192.168.10.0网段。
  • 主机ID全为1的地址:特指该网段的全部主机,比如:192.168.10.255,如果你的计算机发送数据包使用主机ID全是1的IP地址,数据链层地址用广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF。
  • 127.0.0.1:是本地环回地址,指本机地址,一般用来测试使用。回送地址(127.x.x.x)是本机回送地址(Loopback Address),即主机IP堆栈内部的IP地址。
  • 169.254.0.0:169.254.0.0-169.254.255.255实际上是自动私有IP地址。
  • 0.0.0.0:如果计算机的IP地址和网络中的其他计算机地址冲突,使用ipconfig命令看到的就是0.0.0.0,子网掩码也是0.0.0.0。

保留的特殊IP地址思维导图如下:

IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

四、公网和私网IP地址

公网IP地址
公有地址分配和管理由Inter NIC(Internet Network Information Center 因特网信息中心)负责。各级ISP使用的公网地址都需要向Inter NIC提出申请,有Inter NIC统一发放,这样就能确保地址块不冲突。

私网IP地址
创建IP寻址方案的人也创建了私网IP地址。这些地址可以被用于私有网络,在Internet没有这些IP地址,Internet上的路由器也没有到私有网络的路由表。

  • A类:10.0.0.0 255.0.0.0,保留了1个A类网络。
  • B类:172.16.0.0 255.255.0.0~172.31.0.0 255.255.0.0,保留了16个B类网络。
  • C类:192.168.0.0 255.255.255.0~192.168.255.0 255.255.255.0,保留了256个C类网络。

PS:私网地址访问Internet需要做NAT或PAT网络地址转换
IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

公网和私网IP地址思维导图如下:

IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

本篇end,收工~