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網(wǎng)路是怎樣連接的(十二)IP地址怎么看

時(shí)間:2023-02-13 04:12:01 | 來(lái)源:建站知識(shí)

時(shí)間:2023-02-13 04:12:01 來(lái)源:建站知識(shí)

思考重點(diǎn)

架構(gòu)圖

IP地址表示方法

IP地址相當(dāng)于電話號(hào)碼的概念,想要與對(duì)方通訊必須要知道對(duì)方的電話號(hào)碼才行

在網(wǎng)際網(wǎng)路中,相應(yīng)主機(jī)之間是透過(guò)IP地址進(jìn)行溝通,也就是說(shuō)使用TCP/IP網(wǎng)路互相溝通的主機(jī)一定要配置IP地址,因此IP地址可以說(shuō)是網(wǎng)路傳輸中最基本的部分

IP地址總長(zhǎng)度為4個(gè)bytes,每一個(gè)byte為一組,總共分成4組,通常用十進(jìn)位制表示:

IPv4二進(jìn)位制IPv4十進(jìn)位制
11000000.10101000.00000000.00000001192.168.0.1
11001011.11001100.00110000.00111000203.204.48.56
10101100.00010000.00000000.00001010172.16.0.10
由于一個(gè)分組的長(zhǎng)度是一個(gè)bytes的關(guān)係,分組的數(shù)值表示上限為255(8個(gè)bits全部為1),這也是為什么你不會(huì)看到256.0.0.1這種表示方法

從IP地址的表現(xiàn)方式不難看出其實(shí)IP地址的數(shù)量其實(shí)是非常有限的,若是每個(gè)分組均有256種可能,那么經(jīng)過(guò)計(jì)算,IP地址總共會(huì)有256*256*256*256=4294967296個(gè),相信以現(xiàn)在的設(shè)備數(shù)量來(lái)說(shuō),一定是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,因此我們會(huì)看到網(wǎng)際網(wǎng)路使用了非常多技術(shù)來(lái)降低IP地址的實(shí)際使用數(shù)量

你可能會(huì)覺(jué)得IP地址代表的是連線到網(wǎng)路的這臺(tái)電腦,但其實(shí)IP地址是依據(jù)網(wǎng)卡來(lái)分配的。若是電腦只搭配一張網(wǎng)卡的話,我們可以說(shuō)該IP地址代表這臺(tái)電腦,但若是同時(shí)配備兩張以上的網(wǎng)卡,主機(jī)就會(huì)擁有多個(gè)IP地址,你可以試著在終端中輸入ipconfig/all來(lái)查看IP地址的配置,由于我的電腦址搭配一張網(wǎng)卡,所以只會(huì)有一個(gè)IPv4地址

若路由器同時(shí)擁有兩個(gè)網(wǎng)卡,他可以同時(shí)代表兩個(gè)不同的子網(wǎng)系統(tǒng),例如下圖的路由器就代表192.168.0.1192.168.1.1兩個(gè)子網(wǎng)

IP地址等級(jí)

IP地址分為網(wǎng)路部分與主機(jī)部分,網(wǎng)路部分代表所處網(wǎng)域,而主機(jī)部分則代表該主機(jī)。以192.168.0.12為例,其中的192.168.0是網(wǎng)路部分,12代表這個(gè)主機(jī),同一個(gè)網(wǎng)域中每臺(tái)裝置的網(wǎng)路部分相同,但主機(jī)部分必須互不相同

依照網(wǎng)路的用途與子網(wǎng)主機(jī)數(shù)量要求,IP地址為了有效分配IP給不同層級(jí)的客戶,引進(jìn)了IP等級(jí)制度。網(wǎng)路部分長(zhǎng)度越小,代表可以分配的主機(jī)數(shù)量越少,但相對(duì)的它可以容納更多的子網(wǎng)主機(jī)數(shù)量,這種類型的IP地址就非常適合分配給大機(jī)構(gòu)與政府機(jī)關(guān)

相反的網(wǎng)路部分越長(zhǎng),主機(jī)部分越短,它能夠容納的主機(jī)號(hào)越少,這種等級(jí)的地址數(shù)量眾多,但子網(wǎng)主機(jī)數(shù)量少,適合分配給家庭、學(xué)校等小單位

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)IP地址等級(jí)是利用第1位元到第4位元的組合來(lái)進(jìn)行等級(jí)地劃分,每個(gè)IP等級(jí)可以分配的數(shù)量與對(duì)應(yīng)關(guān)係如表:

等級(jí)對(duì)象IP范圍子網(wǎng)遮罩網(wǎng)路部分容納數(shù)量主機(jī)部分容納數(shù)量
A大型企業(yè)、國(guó)家機(jī)構(gòu)、研究機(jī)構(gòu)0.0.0.0~127.255.255.255255.0.0.012816777214
B中型企業(yè)128.0.0.0~191.255.255.255255.255.0.01638465534
C電信商業(yè)者、小型企業(yè)192.0.0.0~223.255.255.255255.255.255.02097152254
D群播地址224.0.0.0~239.255.255.255255.255.255.255------
E保留240.0.0.0~255.255.255.255---------
A級(jí)地址
A級(jí)地址第一個(gè)位元固定為0,IP地址的前8個(gè)位元為網(wǎng)路部分,范圍落在00000000~011111111,換算成10進(jìn)位置就是0~127。后24位元為主機(jī)部分,總共有256*256*256=16777216個(gè)主機(jī)號(hào),但主機(jī)號(hào)部分不能同時(shí)為0或同時(shí)為1,所以主機(jī)部分容納數(shù)量為166777216-2=16777214

B級(jí)地址
B級(jí)地址的第一個(gè)位元為1,第二個(gè)位元為0,IP地址的前16個(gè)位元為網(wǎng)路部分,范圍落在10000000~10111111,換算成10進(jìn)位就是128~191。后16位元為主機(jī)部分,總共有256*256=16386個(gè)主機(jī)號(hào),減去兩個(gè)特殊IP地址,主機(jī)部分容納數(shù)量為16386-2=16384

C級(jí)地址
C級(jí)地址的第一個(gè)位元為1,第二個(gè)位元為1,第三個(gè)位元為0,IP地址的前24個(gè)位元為網(wǎng)路部分,范圍落在11000000~11011111,換算成10進(jìn)位就是192~223。后8位元為主機(jī)部分,總共有256個(gè)主機(jī)號(hào),減去兩個(gè)特殊IP地址,主機(jī)部分容納數(shù)量為256-2=254

D級(jí)地址
D級(jí)地址的前四個(gè)位元分別是1110,整個(gè)IP地址的都是網(wǎng)路部分,范圍落在11100000~11101111,換算成10進(jìn)位就是224~239。D級(jí)地址主要用于群播用途(Multicast),它并沒(méi)有分配主機(jī)號(hào)

E級(jí)地址
E級(jí)地址的為保留未使用的IP地址

從上面的介紹中可以發(fā)現(xiàn)使用等級(jí)制度可以使得IP地使用更有效率

試想不使用等級(jí)制度的狀況下,所有的設(shè)備均使用一樣的主機(jī)數(shù)量,有些大型機(jī)構(gòu)一定會(huì)不夠用,所以勢(shì)必要使用更多IP地址,另一方面家庭則可以會(huì)有太多主機(jī)號(hào)未使用,一來(lái)一往之下,IP的使用效率一定不高

但I(xiàn)P等級(jí)制度的缺點(diǎn)很明顯,一旦分配特定等級(jí)的IP地址后,主機(jī)號(hào)的分配數(shù)量就固定了

比如說(shuō)我申請(qǐng)一個(gè)C級(jí)地址,主機(jī)號(hào)最多就是254個(gè),將來(lái)想要申請(qǐng)超過(guò)254臺(tái)主機(jī)號(hào)就需要轉(zhuǎn)換成更高等級(jí)的B級(jí)地址,不過(guò)B級(jí)地址的主機(jī)號(hào)又太多,這之間的變化太大,反而會(huì)造成IP地址的浪費(fèi)

你能想像不使用網(wǎng)路部分與主機(jī)部分區(qū)隔IP地址的狀況嗎?
這種情況下就沒(méi)有所謂的區(qū)域網(wǎng)路概念,所有設(shè)備都直接與網(wǎng)路核心相連,而且每個(gè)設(shè)備都需要IP地址,這種狀況下IP地址很快就會(huì)被消耗殆盡
為什么主機(jī)部分?jǐn)?shù)量要減2?
主機(jī)號(hào)全為0的狀況代表該網(wǎng)路區(qū)段,例如在C級(jí)地址192.168.0.12192.168.0.0,或B級(jí)地址172.16.10.1172.16.0.0都代表該子網(wǎng)網(wǎng)域,所以IP在分配主機(jī)號(hào)時(shí)候盡量避免使用全0的地址,以免發(fā)生沖突。主機(jī)號(hào)全為1的狀況為廣播模式,后面會(huì)做介紹,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)IP主機(jī)號(hào)為255時(shí)為特殊保留字,應(yīng)該避免,例如192.168.0.255
IP等級(jí)的另類好處: 快速分類
我們前面有提到IP等級(jí)是依據(jù)前1到4個(gè)比特位進(jìn)行分類,假如IP地址的第一個(gè)比特位為0,我們馬上就可以得知它是一個(gè)A級(jí)地址,并能快速分析出網(wǎng)路部分與主機(jī)部分

子網(wǎng)遮罩

為了解決IP等級(jí)產(chǎn)生的缺點(diǎn),我們需要更精確的定義IP地址,因此子網(wǎng)遮罩的目的就是如何更有效的區(qū)分出網(wǎng)路部分。子網(wǎng)遮罩的出現(xiàn)使得IP分割不再受到IP等級(jí)的限制,可以將不同IP等級(jí)再切分成更小網(wǎng)路單位

使用子網(wǎng)路遮罩必須準(zhǔn)備一組掩碼長(zhǎng)度,來(lái)判斷網(wǎng)路部分長(zhǎng)度。舉例來(lái)說(shuō)178.15.50.9這個(gè)B級(jí)地址,使用掩碼長(zhǎng)度26,所以1~26比特位要設(shè)置成1,27~32要設(shè)置成0,經(jīng)過(guò)運(yùn)算后可以得到網(wǎng)路遮造255.255.255.192

將計(jì)算出來(lái)的網(wǎng)路遮罩與原本IP地址進(jìn)行AND運(yùn)算就可以得到網(wǎng)路部分,詳細(xì)運(yùn)算如下表所示:

IP (十進(jìn)位)178.15.50.9
IP(二進(jìn)位)10110010.00001111.00110010. 00001001
子網(wǎng)路遮罩(十進(jìn)位)255.255.255.192
子網(wǎng)路遮罩(二進(jìn)位)11111111.11111111.11111111.11000000
IP網(wǎng)路部分(十進(jìn)位)178.15.50.0
IP網(wǎng)路部分(二進(jìn)位)10110010.00001111.00110010.00000000
你看這樣是不是就解決IP等級(jí)下的浪費(fèi)了呢,透過(guò)將IP分成更細(xì)的子網(wǎng),每個(gè)區(qū)域網(wǎng)路下包含的設(shè)備數(shù)量恰到好處,而不會(huì)為了提升效率免強(qiáng)塞進(jìn)一堆設(shè)備,增加封包傳遞時(shí)的沖突

你可以想想下列哪一個(gè)場(chǎng)景更具有效率優(yōu)勢(shì):

  1. 將所有的車流導(dǎo)向同一條一級(jí)快速道路上
  2. 將有特定目的的車流分別引導(dǎo)到不同的二級(jí)快速道路上,雖然二級(jí)快速道路不如一級(jí)來(lái)得寬敞,但都恰好可以處理車流
另外網(wǎng)路遮罩還具有讓傳送封包更有效率的功能。我們之前提到過(guò),IP封包頭部會(huì)包含發(fā)送端IP與接收端IP,這時(shí)只要使用子網(wǎng)遮罩就可以得知目的地主機(jī)是不是和自己處于相同的網(wǎng)域下,如果是的話就直接發(fā)送,不是的話再交給路由器轉(zhuǎn)發(fā)




在cmd中輸入route print指令來(lái)查看路由表,我當(dāng)前電腦的IP為192.168.0.12,若目的地IP地址與網(wǎng)路遮罩欄位AND運(yùn)算后等于網(wǎng)路目的地欄位中的地址,則將封包發(fā)往對(duì)應(yīng)的閘道欄位

例如目的地IP為168.15.56.1,經(jīng)過(guò)網(wǎng)路遮罩0.0.0.0AND運(yùn)算后得到0.0.0.0,所以必須先將封包傳到路由器地址192.168.0.1

閘道欄位顯示"在連結(jié)上",代表目的地IP與當(dāng)前IP在同一個(gè)區(qū)域網(wǎng)路中,可以直接傳送封包而不用透過(guò)路由器轉(zhuǎn)發(fā)

路由表的優(yōu)先級(jí)判斷
上述的例子可能有些朋友會(huì)疑惑,路由表中的網(wǎng)路遮罩這么多,該怎么判斷查找的優(yōu)先順序呢?其實(shí)在查找過(guò)程中會(huì)先判斷前綴(prefix),符合越多項(xiàng)的優(yōu)先比對(duì),且前綴必須是連續(xù)相同的。例如目的地IP192.168.0.9的前3個(gè)bytes具有相同的前綴(均為192.168.0),因此優(yōu)先使用255.255.255.0這組網(wǎng)路遮罩,以此類推,0.0.0.0是最后的一個(gè)比對(duì)遮罩
子網(wǎng)路遮罩表示方法
上面的例子我們將子網(wǎng)路遮罩長(zhǎng)度設(shè)定成26,我們可以將IP地址寫成178.15.50.9/26,這樣就可以清楚知道網(wǎng)路部分是從第1個(gè)比特位到第幾個(gè)為止

廣播

廣播的目的是將訊息傳給該區(qū)域網(wǎng)路中的所有設(shè)備。IP地址將主機(jī)號(hào)全部設(shè)置成1判定為廣播地址,有點(diǎn)難懂吧,剛好前面學(xué)過(guò)子網(wǎng)遮罩的概念,就順便舉個(gè)小例子練練手!

案例
使用現(xiàn)有的IP地址、子網(wǎng)路遮罩來(lái)求廣播地址

IP地址192.168.56.205
子網(wǎng)路遮罩255.255.255.224
廣播地址???
首先我們需要將IP地址與子網(wǎng)路遮罩分別都轉(zhuǎn)換成二進(jìn)位,轉(zhuǎn)換后發(fā)現(xiàn)子網(wǎng)路遮罩的長(zhǎng)度為27,這代表IP其實(shí)可以寫成192.168.56.205/27,網(wǎng)路部分佔(zhàn)27bits,主機(jī)部分佔(zhàn)5bits

均轉(zhuǎn)換成二進(jìn)位后,將兩個(gè)IP地址做AND運(yùn)算得出IP的網(wǎng)路部分。11000000.1010100.00111000.11000000轉(zhuǎn)換成十進(jìn)位就是192.168.56.192

因?yàn)樽泳W(wǎng)路遮罩只到第27比特位,剩下的的比特位都是主機(jī)號(hào),所以將得到的IP網(wǎng)路部分的末5碼比特位都設(shè)置成1,得到11000000.1010100.00111000.11011111,轉(zhuǎn)換成十進(jìn)位就是192.168.56.223

把這一系列的運(yùn)算整理成如下的表格:

IP地址(二進(jìn)位)11000000. 10101000. 00111000.11001101
子網(wǎng)路遮罩(二進(jìn)位)11111111.11111111.11111111.11100000
IP地址網(wǎng)路部分(二進(jìn)位)11000000.1010100.00111000.11000000
IP廣播地址(二進(jìn)位)11000000.1010100.00111000.11011111
IP廣播地址(十進(jìn)位)192.168.56.223
了解廣播IP的配置方法后,我們可以看看廣播地址對(duì)應(yīng)的MAC地址是甚么。手動(dòng)打開(kāi)cmd,輸入arp -a指令來(lái)看看ARP表的內(nèi)容,發(fā)現(xiàn)廣播地址對(duì)應(yīng)的MAC地址是ff-ff-ff-ff-ff-ff




ff-ff-ff-ff-ff-ff為特別保留的MAC地址,只要交換設(shè)備發(fā)現(xiàn)封包的MAC地址為ff-ff-ff-ff-ff-ff,就會(huì)自動(dòng)將該封包轉(zhuǎn)發(fā)給相同網(wǎng)域中除了發(fā)送方以外的設(shè)備,一般來(lái)說(shuō)接收到廣播的設(shè)備不用做任何回應(yīng)

一般來(lái)說(shuō)若設(shè)備收到的MAC頭部地址與自己不同會(huì)直接丟棄封包,不過(guò)ff-ff-ff-ff-ff-ff除外,它代表網(wǎng)路中的所有設(shè)備都要接收它

公有地址與私有地址

公有地址與私有地址的概念很簡(jiǎn)單,但凡可以讓全球范圍內(nèi)的人可以直接訪問(wèn)的IP地址就稱為公有IP

例如連接外部網(wǎng)路的路由器、伺服器、Google首頁(yè)、Amazon官網(wǎng)、或有註冊(cè)全球IP地址的部落格等,公有IP具有唯一性。相對(duì)的只有在區(qū)域內(nèi)的人員才能夠互相通訊的的稱為私有IP,不同區(qū)域網(wǎng)路內(nèi)的私有IP可以重複,但同一個(gè)網(wǎng)域內(nèi)的不能,例如學(xué)校、公司、家庭或組織內(nèi)部人員使用的就是私有IP

提出公私有IP的目的很簡(jiǎn)單,就是為了減少全球范圍的公有IP的使用,假如所有設(shè)備都配置一個(gè)公有IP,那么很顯然IP地址很快就會(huì)被消耗殆盡

話又說(shuō)回來(lái)私有IP又是怎么分配的呢?

其實(shí)IP地址有專門分配給組地址給私有IP使用,其分布如下表所示,超過(guò)這個(gè)范圍的就是公有IP:

等級(jí)私有地址范圍網(wǎng)路數(shù)量
A10.0.0.0~10.255.255.2551
B172.16.0.0~172.31.255.25516
C192.168.0.0~192.168.255.255256
實(shí)際操作很重要,讓我們?cè)谝淮未蜷_(kāi)cmd輸入ipconfig/all指令來(lái)看看電腦的IP地址是公有還是私有IP


嗯,很明顯是C級(jí)私有地址,然后我去查了一下,家裡使用的路由器品牌是D-Link不是工商時(shí)間,預(yù)設(shè)路由器IP是192.168.0.1,網(wǎng)路部分是192.168.0

然后看看cmd中的預(yù)設(shè)閘道消息,192.168.0.1就是路由器IP,不同路由器品牌分配的子網(wǎng)IP會(huì)有些不同,不過(guò)常見(jiàn)的就是192.168.0.1, 192.168.1.1, 192.168.31.1

大家到這裡可能會(huì)有些疑惑,既然私有IP的目的是減少公有IP的使用,使用范圍是同一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備,那假如我要與其他區(qū)域網(wǎng)路的設(shè)備通訊怎怎么辦?在IP頭部中填入私有IP嗎?不對(duì)阿,不同網(wǎng)域可能會(huì)有相同的私有IP,到底私有IP跟公有IP之間存在甚么關(guān)係?

ipconfig/all指令中我得知了當(dāng)前電腦的私有IP為192.168.0.12,這是同一個(gè)子網(wǎng)路中的設(shè)備互相辨識(shí)用的IP,那我們來(lái)看看瀏覽網(wǎng)頁(yè)時(shí)對(duì)方判定的IP又是多少

首先到Google搜尋頁(yè)面,打上what is my ip,按下搜尋即可顯示你的公有IP地址(你也可以到百度搜尋我的IP)

結(jié)果顯示203.204.48.56是我的公有IP地址,其實(shí)這個(gè)IP是由路由器分配給我的,假如我現(xiàn)在要訪問(wèn)全球范圍內(nèi)的網(wǎng)路,就分配給我一個(gè)公有IP

分配?這又是怎么一回事…

固定IP與浮動(dòng)IP

其實(shí)固定IP與浮動(dòng)IP都是公有IP,只是分配的形式不同而已。你可以它當(dāng)成商業(yè)化下的產(chǎn)物,也就是ISP業(yè)者向使用者提通的不同形式服務(wù)

固定IP顧名思義,它的IP地址不會(huì)隨著時(shí)間改變,更不會(huì)因?yàn)槟阒匦麻_(kāi)機(jī)或者重新連線而不同。因?yàn)檫@種特性,固定IP通常用于IP不允許變動(dòng)的使用場(chǎng)景,例如辨公室裡的印表機(jī)、網(wǎng)路上註冊(cè)的部落格、商業(yè)用途的官方網(wǎng)站等等
優(yōu)點(diǎn):

缺點(diǎn):

使用浮動(dòng)IP的設(shè)備有可能因?yàn)闀r(shí)間、重開(kāi)機(jī)或電信業(yè)者重新分配而改變IP地址,也可能不會(huì)改變。這種特性使得浮動(dòng)IP可以分配給多臺(tái)設(shè)備共用,有需要連線的設(shè)備在透過(guò)具有NAT功能的主機(jī)或路由器分配一個(gè)浮動(dòng)IP就好
優(yōu)點(diǎn):

缺點(diǎn):

先來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下DHCP與NAT之間的關(guān)係。當(dāng)設(shè)備有上網(wǎng)的需求時(shí),ISP電信商就會(huì)動(dòng)態(tài)分配一個(gè)可以上網(wǎng)的公有IP地址,這種技術(shù)就稱為DHCP。而子網(wǎng)域內(nèi)的私有IP是無(wú)法上網(wǎng)的,因此NAT的責(zé)任就是讓子網(wǎng)內(nèi)多臺(tái)設(shè)備共用一個(gè)DHCP分配的公有IP。這個(gè)分配到的IP我們就稱為浮動(dòng)IP,所以假如你的DHCP功能是顯示開(kāi)啟,那代表你的設(shè)備是使用浮動(dòng)IP的方式進(jìn)行上網(wǎng)





我們一樣在cmd中輸入ipconfig/all指令,假如DHCP功能被啟用則表示當(dāng)前使用的是浮動(dòng)IP,否則就是使用固定IP。

下圖顯示我的電腦的DHCP配置為啟用,也就是說(shuō)我們?cè)贕oogle上搜尋What is my IP的結(jié)果(203.204.48.56)其實(shí)是電信業(yè)者使用DHCP分配給路由器的一組浮動(dòng)IP,路由器再使用NAT功能使我可以用這組IP上網(wǎng)

不使用DHCP
若使用者不使用DHCP功能,那么每次上網(wǎng)時(shí)都需要手動(dòng)輸入IP地址(固定IP)、網(wǎng)路遮罩、預(yù)設(shè)路由等等,非常麻煩,相反的有設(shè)定DHCP的設(shè)備,只要簡(jiǎn)單設(shè)定DHCP伺服器,就可以達(dá)到隨插即用的作用

好啦,今天的文章就到這裡,希望會(huì)對(duì)各位有幫助,有任何想法也歡迎留言告訴我,畢竟你的反饋是我寫作的最大動(dòng)力!

關(guān)鍵詞:地址,怎樣,連接

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