最后更新: 2025-12-24 18:15 查看: 48 次纠错评论(0) 课件开VIP

IP

## IP地址入门
IP地址（Internet Protocol Address）是互联网协议地址的简称，是分配给网络中每个设备（如计算机、手机、服务器等）的**唯一数字标识**，用于在网络中定位和通信。简单来说，它就像现实中的“门牌号”，确保数据能准确从发送方传递到接收方。

### 一、IP地址的基本分类
目前主流的IP地址分为两大类：**IPv4**（第四版互联网协议）和**IPv6**（第六版），两者的核心差异在于地址长度和数量。

#### 1. IPv4地址
- **格式**：由32位二进制数组成，通常用**点分十进制**表示（每8位为一组，转换为0~255的十进制数，组间用点分隔）。  
  例：`192.168.1.1`、`8.8.8.8`（Google公共DNS）。  
- **地址数量**：2³² ≈ 43亿个，由于早期分配不均和互联网爆炸式增长，已接近枯竭（2019年11月全球IPv4地址正式分配完毕）。  
- **分类（传统A/B/C/D/E类）**：  
  - **A类**：第1位固定为0，前8位是网络号，后24位是主机号。范围：`1.0.0.0 ~ 126.255.255.255`，适用于大型网络（如跨国企业）。  
  - **B类**：前2位固定为10，前16位是网络号，后16位是主机号。范围：`128.0.0.0 ~ 191.255.255.255`，适用于中型网络（如高校、 ISP）。  
  - **C类**：前3位固定为110，前24位是网络号，后8位是主机号。范围：`192.0.0.0 ~ 223.255.255.255`，适用于小型网络（如家庭、办公室）。  
  - **D类**：前4位固定为1110，用于**多播**（一对多通信，如视频会议）。  
  - **E类**：前4位固定为1111，保留用于实验和研究。

#### 2. IPv6地址
为解决IPv4地址枯竭问题而设计，是下一代互联网的核心协议。  
- **格式**：由128位二进制数组成，采用**冒分十六进制**表示（每16位为一组，转换为4位十六进制数，组间用冒号分隔）。  
  例：`2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334`。  
  为简化书写，可省略前导零（如`0000`→`0`）或用双冒号`::`代替连续的多组零（但只能出现一次）。例：`2001:db8:85a3::8a2e:370:7334`。  
- **地址数量**：2¹²⁸ ≈ 3.4×10³⁸个，几乎无限，能满足未来物联网、智能设备等海量设备的需求。  
- **特点**：支持自动配置、更高的安全性（内置IPsec）、更高效的路由。

### 二、IP地址的关键概念
#### 1. 公网IP vs 私网IP
- **公网IP**：由ISP（互联网服务提供商，如电信、联通）分配，可直接在互联网上访问，是全球唯一的。例：服务器的IP、家庭宽带的出口IP。  
- **私网IP**：仅在局域网（如家庭WiFi、公司内网）中使用，不直接暴露在互联网上，不同局域网的私网IP可重复。需通过**NAT（网络地址转换）**技术将私网IP映射为公网IP才能访问互联网。

**私网IP地址范围（RFC 1918规定）**：  
  - A类：`10.0.0.0 ~ 10.255.255.255`（子网掩码`255.0.0.0`）  
  - B类：`172.16.0.0 ~ 172.31.255.255`（子网掩码`255.240.0.0`）  
  - C类：`192.168.0.0 ~ 192.168.255.255`（子网掩码`255.255.0.0`）

我们日常家里的路由器分配的`192.168.x.x`就是典型的私网IP。

#### 2. 子网掩码
用于区分IP地址中的**网络号**和**主机号**。它是一个32位的二进制数，与IP地址一一对应，“1”的部分表示网络号，“0”的部分表示主机号。  
例：IPv4地址`192.168.1.100`，子网掩码`255.255.255.0`（二进制`11111111.11111111.11111111.00000000`），则前24位是网络号（`192.168.1`），后8位是主机号（`100`）。

#### 3. 动态IP vs 静态IP
- **动态IP**：由DHCP（动态主机配置协议）服务器自动分配，每次连接网络时可能变化（如家庭宽带重启路由器后IP可能改变）。优点是节省IP资源，适合普通用户。  
- **静态IP**：手动设置且固定不变的IP地址，需向ISP申请或内网管理员配置。优点是稳定，适合服务器、打印机等需要长期被访问的设备。

## 实战：如何查看Windows IP地址
**Windows系统**：  
  按下`Win+R`→输入`cmd`打开命令提示符→输入`ipconfig`（查看私网IP）；若需公网IP，可打开浏览器搜索“我的IP”或使用`curl ifconfig.me`命令。

![图片](/uploads/2025-12/22522d.jpg){width=400px}

## 查看公网IP
通过 ipconfig 命令看到的IP是私有IP，要查看公网IP，可以到 http://www.ip138.com

![图片](/uploads/2025-12/c6bba2.jpg){width=400px}
 
 
 ## IP数据报
 
 一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的
 
 ![图片](/uploads/2025-12/6350d3.jpg)
 
 
### IP分组转发的流程

需要注意的问题：

IP 数据报的首部中没有地方可以用来指明“下一跳路由器的 IP 地址”。当路由器收到待转发的数据报，不是将下一跳路

由器的 IP 地址填入 IP 数据报，而是送交下层的网络接口软件。网络接口软件使用 ARP 负责将下一跳路由器的 IP 地址

转换成硬件地址，并将此硬件地址放在链路层的 MAC 帧的首部，然后根据这个硬件地址找到下一跳路由器。

分组转发算法 ：

(1)  从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N。

(2)  若网络 N 与此路由器直接相连，则把数据报直接交付目的主机 D；否则是间接交付，执行(3)。

(3)  若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。

(4)  若路由表中有到达网络 N 的路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。

(5) 若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。

(6)  报告转发分组出错。

## 划分子网和构造超网

> **划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络**。

下图展示了普通家庭网络宽带结构图：
（1）用户首先向电信局申请安装宽带，电信局会给你一个调制解调器（俗称光猫）
（2）用户自己买一个路由器。其中路由器通常是1个入口和3个出口，路由器的入口也叫LAN口，用来连接光猫。另外三个口用来连接电脑、平板等各种私人设备
（3）通常，现在使用无线路由器，手机通过Wifi无限网络连接到路由器上。

![图片](/uploads/2025-12/e94336.jpg){WIDTH=600PX}
 
 
注意要点：
（1）因为IP通常不足，电信局给你的公网IP通常是随机的，也就是动态会分配给你一个公网IP，参考上图。

（2）虽然你有很多设备都可以上网，但是他们都需要通过路由器对外交换数据，（你可以把路由器想象为学校的大门，所有学生都必须通过大门），因此，在“家庭”内部，你的手机，平板或者电脑IP通常是192.168.0.x， 但是，如果从外部看，这些设备都是一个公网IP。

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