网络基础知识:IP

IP是Internet Protocol(网际互连协议)的缩写,用于为网络中的各种设备指定唯一编号以便识别,即每个联网设备都有自己的IP地址,可供彼此之间的识别以便数据的传输。

IP的版本目前(2021.5)有两个在用的版本:IPv4和IPv6。

IPv4

IPv4,即网际互连协议第4版,其IP地址由32位二进制数构成,理论上可以提供有232个(约42.28亿个)地址。为了方便记忆输入,规定将每8个二进制数分为一组,转换为十进制数,变成4个0到255十进制数字的组合,如0.0.0.0、127.0.0.1、192.168.0.1。

在设计IP时,考虑到路由与管理上的需求,特划分了5种IP地址的等级:A类、B类、C类、D类、E类。不过一般最常用到的是A、B、C类这三种等级的IP地址。5种等级分别使用不同长度的网络地址,因此适用于大、中,小型网络。IP地址的管理机构可根据申请者的网络规模,决定要赋予哪种等级。在A类IP地址的四段十进制数中,第一个十进制数为网络号码,剩下的三个十进制数为本地计算机的号码。在B类IP地址的四段十进制数中,前两个十进制数为网络号码,后两个十进制数为本地计算机的号码。在C类IP地址的四段十进制数中,前三个十进制数为网络号码,最后一个十进制数为本地计算机的号码。

IP地址等级全部IP地址范围私有IP地址范围适用网络可容纳网络数量单个网络可容纳主机数量
A类1.0.0.1-127.255.255.25410.0.0.0-10.255.255.255大型网络12616777214
B类128.0.0.1-191.255.255.254172.16.0.0-172.31.255.255中型网络1638465534
C类192.0.0.1-223.255.255.254192.168.0.0-192.168.255.255小型网络2097152254
D类224.0.0.1-239.255.255.254/多路广播网络
E类240.0.0.1-255.255.255.255/保留地址
特殊IP地址描述
0.0.0.0表示当前主机
255.255.255.255表示当前子网的广播地址
127.0.0.1-127.255.255.255用于回路测试
127.0.0.1表示当前主机
E类地址保留用于将来和实验使用

由于IPv4地址数量不足,1994年提出了NAT(Network Address Translation,网络地址转换)协议。当在专用网内部的一些主机本来已经分配到了本地IP地址(即仅在本专用网内使用的专用地址),但现在又想和因特网上的主机通信(并不需要加密)时,可使用NAT方法。这种方法需要在专用网(私网IP)连接到因特网(公网IP)的路由器上安装NAT软件。装有NAT软件的路由器叫做NAT路由器,它至少有一个有效的外部全球IP地址(公网IP地址)。这样,所有使用本地地址(私网IP地址)的主机在和外界通信时,都要在NAT路由器上将其本地地址转换成全球IP地址,才能和因特网连接。NAT不仅能解决IP地址不足的问题,而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击,隐藏并保护网络内部的计算机。

IPv6

为了解决IP地址不够用的问题,IP协议就进行了更新升级,从旧版本的IPv4升级到新版本的IPv6。

IPv6,即网际互连协议第6版,其IP地址由128位二进制数构成,理论上可以提供约3.4*1038个地址。为了方便记忆输入,规定将每16个二进制数分为一组,转换为十六进制数,变成8个0000到fffff十六进制数字的组合,如:

3456:F200:0123:ABCD:FFCC:8800:5000:50DF

IPv6地址可以进行简写,每组十六进制数的前导0可以省略,如果四位都为0则至少需保留一个0。如:

2000:0000:0aa8:0000:0000:0000:0000:8200

可以简写为:

2000:0:aa8:0:0:0:0:8200

若一个或多个连续的十六进制数组都为0,则可用 :: 表示,但整个地址简写中只能有一个 :: 。如上述地址还可以简写成:

2000::aa8:0:0:0:0:8200 或 2000:0:aa8::8200

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