一文看懂IP地址：含义、分类、子网划分
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一文看懂IP地址：含义、分类、子网划分
12-06 来源:
一、IP地址是什么?
21世纪关于网络，人们最长听见的用词之一便是：IP地址!如：“电脑的IP地址是多少”，“路由器怎么设置IP地址”，“如何修改计算机IP地址”，“服务器IP地址是多少”......那么IP地址究竟是什么呢?
1. IP地址解释
IP，英文全写为Internet Protocol，指TCP/IP网络体系中的网际互联协议，工作在OSI模型的网络层(简单了解即可)。
IP地址：IP协议规定了所有连接到互联网中的设备都必须拥有自己唯一的“身份号”—IP地址，网络设备间进行信息交互时，必须在数据报文中设定目标设备的IP地址方能将数据准确传输至目标设备，好比快递必须填写收件人地址，快递员方能根据收件人地址将快递顺利送至收件人处。互联网中的一台网络设备可以拥有多个IP地址，但一个IP地址只能对应一台网络设备，即IP地址具有唯一性。
了解IP地址是什么之后，我们接着来看IP地址的编写格式。
2. IP地址如何构成
IP地址是一串数字，遵循国际编写规范，共由32位二进制数字0/1组成(关于二进制请参考：一文看懂计算机数据：从每位数永不大于9到二进制0-1)，每8位为一组，用圆点隔开。类似身份号码的数据段(6位表示籍贯+8位表示出生年月+3位表示顺序码+1位校验码)，IP地址数据分为两个功能段：
★ 网络地址/网络号+主机地址/主机号(共32位)，共分为如下五大类，其中A/B/C类为常用IP地址：
A类IP地址：8位网络地址+24位主机地址
B类IP地址：16位网络地址+16位主机地址
C类IP地址：24位网络地址+8位主机地址
D类IP地址为组播地址，E类IP地址为保留地址，不做介绍。
P地址编码规范中规定：网络地址和主机地址为全0为本地地址，表示本地网络或主机;网络地址和主机地址为全1为广播地址，表示所有网站都可接收发出的信息，通常这两种IP地址不能作为互联网中的主机IP地址。因此，每类IP地址中除去这两个，可计算出ABC三类IP地址的网络地址数以及每个网络地址中所能容纳的主机数量：
A类IP地址：126(2^7-2)个网络地址，可容纳主机 16777214(2^24-2)台
B类IP地址：16382(2^14-2)个网络地址，可容纳主机 65534(2^16-2)台
C类IP地址：2097150(2^21-2)个网络地址，可容纳主机 254(2^8-2)台
关于IP地址的分类(A-E)，子网划分，主机容量计算，子网掩码与IP地址、子网地址、网络地址的关系等内容详见下节!
二、IP地址分类与子网划分
本节内容要求读者具备二进制知识，可参考：一文看懂计算机数据：从每位数永不大于9到二进制0-1 那么下面将为大家详细介绍IP地址的分类与子网划分等技术内容!
1. 子网掩码：由除主机地址之外的所有位均为1构成。
前文中我们已经详细介绍了IP地址的组成方式：网络地址+主机地址，在上图中的子网掩码编址方案中，为了更灵活的分配主机数量，便将B类IP地址原本16位的主机地址进一步的划分为了：子地址掩+新主机地址，这样就形成了网络地址+子网地址+主机地址的三级IP地址格式，并定义了子网掩码来实现三级寻址。为了让大家更清楚其中的机制，我们将通过实际案例来详细说明。
2. 大学IP地址三级寻址案例介绍
其实一个组织或者机构向当地NIC申请的IP地址都是网络地址，获得网络地址后，那么该网络地址对应的所有IP地址都将被互联网视为本机构或组织内的网络设备，如：
某所大学共有四个学院，学校向当地信息中心申请了一个B类网络地址—128.1.0.0，即学校所有主机的IP地址都在128.1.0.0~128.1.255.255范围内，学校计划采用三级寻址方式将申请到的IP地址分为四个子网分配给对应的学院使用，那么如何划分呢?
从前文我们已经知道B类IP地址中网络地址和主机地址各占16位，所以信息中心给该院校分配的IP地址对应的：
网络地址为：128.1 等价于 10000000.00000001
主机地址为：0.0~255.255 等价于 000000000.00000000~11111111.11111111
我们已经知道三级寻址要求将主机地址进一步划分为：子网地址+新主机地址，学校要求划分四个子网给四个学院，那么我们从原主机地址中划出两位(00,01,10,11)即可构成四个子网，那么新的三级IP地址结构对应的：
网络地址为：128.1 等价于 10000000.00000001
子网地址为：0~3 等价于00~11
新主机地址(14位)：0000000.00000000~111111.11111111
子网掩码为：255.255.192.0 等价于 11111111.11111111.11000000.00000000
三级IP地址寻址机制中的子网地址只对内部有效，互联网始终认为学校网络地址是128.0.0.0，并没有子网地址。当互联网中的网络设备向学校内的主机发送数据时，在IP数据包抵达学校网络时，边界路由器将读取IP数据包中的IP地址，并与学校的子网掩码进行“与”操作，得到的结果就是学院子网，然后路由器再根据子网将该IP数据包转发到对应的学院，再由学院子网将数据包转发给目标主机，以此完成Internet主机向学校内主机发送数据的过程。
相信通过上述案例分析，读者朋友们对于IP地址的划分与子网掩码都有了时刻认识，其实本节内容只是抛砖引玉，以上述内容为基础，感兴趣的读者可以自行学习另一种更为有效的IP地址编址方案——可变长子网掩码编址!该方案可以充分利用IP地址资源，减少IP地址浪费现象。限于篇幅，本文不做详述。
三、为什么要使用IP地址?
关于这个问题，其实在之前的文章中已经有所提及，在实际使用Internet的过程中，虽然用户是很少需要直接使用IP地址的，比如上网，用户都是通过网址来获取信息，但其实网址最后都是映射为IP地址的，参见：一文看懂：网址，URL，域名，IP地址，DNS，域名解析，所以互联网用户所有的网络行为进行的数据传输都是需要使用IP地址进行的。那么这是为什么呢?
原因解答：
首先我们要明确一点：普通互联网用户所接触的所有互联网终端设备都是基于TCP/IP协议的，当然相关专业人员会用到更多的协议，如：DHCP(动态主机分配协议) 、FTP(File Transfer Protocol)文件传输协议、HTTP (Hypertext Transfer Protocol)超文本传输协议等等。而在TCP/IP协议中约定所有网络设备之间进行数据传输必不可少IP地址，如计算机与手机，计算机与服务器，计算机与计算机之间通信都需要IP地址，必不可少。IP地址作为互联网设备通信中目的设备的唯一网络标识，必不可少(重要的事情说三遍)，否则IP数据包将如同无头苍蝇，在互联网中胡冲乱撞，永远无法抵达目标设备。
四、全球IP地址总量与使用量
1. 全球IP地址总量
本文所述的IP地址均为IPv4版本，前文已经说明：IPv4地址共分为四段，每段数值范围为0~255共256个，四段IP地址的数量=256的四次方，近42亿多(实质是32位二进制，总IP个数=2的32次方)，去除一些不可用的IP，全球可用IP地址总量约40亿左右。
2. 全球已使用的IP地址数量
通过BCZS可以查询到全球各城市IP地址使用量(有的国家竟然只有几个IP地址)。
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