面向程序员的网络基本知识 - IP地址

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本系列文章旨在向程序员分享一些网络基本知识，让程序员具备基本的网络常识，以便与网络工程师沟通。本系列文章不会涉及如何组建网络、如何配置交换机/路由器等硬件相关的内容，所以不适合想考CCNA/HCNA证书的人士。

IP地址

IP地址，多么熟悉啊，比如192.168.1.1就是一个IP地址，但你可能未必知道IP地址的含义，本文将分享给你一些IP地址相关的基础知识。

IP地址的结构

事实上192.168.1.1这样的IP地址是一个IPv4地址，IPv4地址实际上是由4个字节组成，回想一下一个字节（byte）多少位（bit）来着？192.168.1.1实际上是二进制11000000.10101000.00000001.00000001的十进制表达。所以IP地址的最大值也就是255.255.255.255——11111111.11111111.11111111.11111111。

所以在读下去之前请记住：IP地址是由4个字节组成，IP地址是二进制的。

network id和host

IP地址包含了两个信息：

• network id，当前主机所属的二层网络
• host，当前主机在二层网络中的ID

但是我们怎么从IP地址的4个字节中提取这两个信息呢？这就需要子网掩码（Subnet Mask）了。

子网掩码和IP地址一样也是4个字节，区别在于它的二进制形式中的1必须从左到右且连续，比如255.255.255.0的二进制是11111111.11111111.11111111.0。254.255.255.0不是一个合法的子网掩码，因为它的二进制是11111110.11111111.11111111.0，1没有连续。1.255.255.0也不是一个合法的子网掩码，因为它的二进制是00000001.11111111.11111111.0，1不是从最左侧开始的。

我们在来看192.168.1.1的network id和host，它的子网掩码是255.255.255.0，为了简便起见，我们用子网掩码中的1的数量来表示：192.168.1.1/24：

ip          : 11000000.10101000.00000001.00000001 (192.168.1.1)
subnet mask : 11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0)
network id  : 11000000.10101000.00000001.00000000 (192.168.1.0)
host        : 00000000.00000000.00000000.00000001 (1)

我们把子网掩码和IP地址Bit AND一下，得到network id=192.168.1.0 ，把子网掩码取反码和IP地址Bit AND一下，得到host=1。

那我们知道network id有什么用呢？当我们试图做网络通信的时候，操作系统会计算出源IP的network id和目标IP的network id，如果两者一样就说明在同一个二层网络，如果不一样则说明不在同一个二层网络，那么数据就会发送给路由器处理（回忆网络模型及网络设备的内容）。

IP地址类型

IP地址是分类型的，有：

• A类：1-126.xxx.xxx.xxx / 8
• B类：128-191.xxx.xxx.xxx / 16
• C类：192-223.xxx.xxx.xxx / 24
• D类：224-239.xxx.xxx.xxx
• E类：240-255.xxx.xxx.xxx
• loopback：127.xxx.xxx.xxx

不过我们一般都只会接触到A、B、C三类加一个loopback地址。

私有IP地址

在A、B、C三类IP地址中有部分地址保留为私有地址，Internet上的网络设备均不会接受、发送或者转发属于私有地址的源IP地址或目的IP地址。私有IP地址的范围是：

• 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（这个很熟悉吧）

参考资料

• NetworKing CCNA: IP Address V4 AM