网络基础

1. IP地址¶

提起IP地址，我们都不陌生，我们上网必须获取ip地址。计算机网络层的主要目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。而实现点对点通信的基础，就是每个节点必须有一个IP地址，数据从哪里来（源节点），到哪里去（目的节点）。

2. IP地址的概念及产生¶

MAC地址：物理地址（48位），每台机器出厂时规定的唯一地址。如果根据物理地址来判断某台主机，数据将十分庞大且不利于管理
IP地址：逻辑地址（32位），可以由用户根据规定进行更改和设置。

这两类地址，需要解析协议 ARP 与逆地址解析协议RARP来进行翻译,由于通过各种物理网络存在异构性，利用 IP 协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的、抽象的逻辑互连网络，称之为虚拟互联网。

IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符，它一种分等级的地址结构，由因特网名字与号码指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。

3. IP地址格式¶

每一类地址都由两个固定长度的字段组成.

网络号 net-id：它标志主机（或路由器）所连接到的网络
主机号 host-id：它标志该主机（或路由器）。

两级的 IP 地址可以记为： IP 地址 ::= { <网络号>, <主机号>}

简而言之就是：IP地址 = 网络号+主机号

IP地址通常由点分十进制的方式来表示。

4. IP地址的分类¶

根据网络号和主机号的不同，分为A，B，C，D，E类。其中，A类网络号少，网络内主机号多，通常是比较大的网络，如一个国家或者地区的网络。

同理，B类或者C类，网络号逐渐增多，但每个网络内的主机号逐渐减少。比如我们某个学校或者公司的网络，可以容纳的数量有限，通常使用的C类网络。

D类和E类属于比较特殊的网络，分别用于广播和备用。

IP地址分类	网络取值范围	最大主机数	使用网络类型	例子
A类 126[2^7 -2]	1 ~ 127	16777216	大	0xxx xxxx.x.x.x/8
B类 16383[2614-1]	128 ~191	65536	中	10xx xxxx.x.x.x/16
C类 [2^21-1]	224~239	256	小	110x xxxx.x.x.x/24
D类	224~239			110 xxxx.x.x.x
E类	240~254			111 xxxx.x.x.x

A类IP地址一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，它主要为大型网络而设计的，网络地址的最高位必须是0，地址范围从1.0.0.0 到127.0.0.0）。可用的A类网络有127个，每个网络能容纳1亿多个主机。其中127.0.0.1是一个特殊的IP地址，表示主机本身，用于本地机器的测试。

地址范围：1.0.0.1-126.255.255.254 (0000 0001.00000000.00000000.00000000~01111110.111111111.11111111.11111110）
地址范围：1.0.0.0-126.255.255.255 （这种写法是把全0全1都算进去了，其它几类类似）
网络号范围： 1~126  [0000 0001 ~ 0111 1110]
默认子网掩码：255.0.0.0 或  0xFF000000（十六进制）
私有号段：10.0.0.0-10.255.255.255
前1个字节(8位)为网络号，后3个字节(24位)为主机号。
A类第1位必须是0。
最大网络数：2^7-2 26个
最大主机数：2^24-2
全0全1的地址不可分配，作为保留地址。 上面减2也是这个原因。
一般用于大型网络。

A:0-127，其中0代表任何地址，127为回环测试地址，因此，A类ip地址的实际范围是1-126.默认子网掩码为255.0.0.0

B类IP地址一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，地址范围从128.0.0.0到191.255.255.255。可用的B类网络有16382个，每个网络能容纳6万多个主机。

地址范围：128.1.0.1-191.255.255.254 

网络号范围：128.1 ~ 191.255

默认子网掩码：255.255.0.0 或 0xFFFF0000(十六进制)

私有号段：172.16.0.0-172.31.255.255

前2个字节(16位)为网络号，后2个字节(16位)为主机号。

前两位固定为10。

最大网络数：2^14 -1

最大主机数：2^16 -2

一般用于中等规模网络。

注：B:128-191，其中128.0.0.0和191.255.0.0为保留ip，实际范围是128.1.0.0--191.254.0.0

C类IP地址一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。范围从192.0.0.0到223.255.255.255。C类网络可达209万余个，每个网络能容纳254个主机。

地址范围：192.0.1.1-223.255.255.254

网络号段范围：192.0.1 ~ 223.255.255

子网掩码：255.255.255.0 或  0xFFFFFF00 (十六进制)

私有号段：192.168.0.0-192.168.255.255

前3个字节(24位)为网络号，后1个字节(8位)为主机号。

前3位固定为110。

最大网络数：2^21 -1 

最大主机数：2^8 -2 

一般用于小型网络。

注：C:192-223，其中192.0.0.0和223.255.255.0为保留ip，实际范围是192.0.1.0--223.255.254.0

D类地址用于多点广播（Multicast）。 D类IP地址第一个字节以“lll0”开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播（Multicast）中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。224.0.0.0到239.255.255.255用于多点广播。

地址范围：224.0.0.1-239.255.255.254

是多播地址。该类IP地址的最前面为“1110”，所以地址的网络号取值于224~239之间。

一般用于多路广播用户 。

E类IP地址以llll0开始，为将来使用保留。240.0.0.0到255.255.255.254，255.255.255.255用于广播地址

是保留地址。该类IP地址的最前面为“1111”，所以地址的网络号取值于240~255之间。

全零（0．0．0．0）地址对应于当前主机。全1的IP地址（255．255．255．255）是当前子网的广播地址。

在IP地址3种主要类型里，各保留了3个区域作为私有地址，其地址范围如下： A类地址：10.0.0.0～10.255.255.255 B类地址：172.16.0.0～172.31.255.255 C类地址：192.168.0.0～192.168.255.255

回环地址
127.x.x.x        有的资料说，它属于A类。
如127.0.0.1  等效于localhost或本机IP。  一般用于测试使用。
例如：ping 127.0.0.1来测试本机TCP/IP是否正常。http://127.0.0.1:8080 等效 http://localhost:8080

5. 子网划分¶

子网划分后，虽然从外界转入的路由器地址不变，但通过路由器转入的数据，可以通过子网掩码来进行分发。

IP地址的分类及子网划分是IPV4的概念，目前IP地址不够，正逐渐向IPV6过渡。IPV6是将来的发展趋势，是逐渐代替IPV4.