物联网技术应用教程：IP地址与端口设置

网际协议IP 是TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一，也是最重要的互联网标准协议之一。在这里我们只讲IPV4，IP 数据报、划分子网、构造超网等都不讲述，有兴趣的同学请参考《计算机网络》。那么什么是IP 地址呢？IP 地址就是给互联网上每一台主机或路由器的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32 位的标志符。那它作用是什么呢？互联网上的两台主机如果想通信，那么必须知道对方主机的IP 地址，才能将消息发送给对方。IP 地址是用一个32 位的二进制代码表示，通常用点分十进制形式，如图1-3-4 所示。

图1-3-4　采用点分十进制法提高可读性

可以看出机器中存放的IP 地址，它是一个连续的32 位的二进制数据。我们可以每隔8位插入一个小数点，并且把这8 位二进制数转换为十进制数，那么最后就变成了一个点分十进制表示的IP 地址。采用点分十进制表示法，极大地方便了我们的书写和记忆。

有了IP 地址后，主机和主机是如何通过IP 地址进行通信的呢？如图1-3-5 所示，主机1的IP 地址是222.1.3.3，主机6 的IP 地址是222.1.2.3，在这里主机1 要与主机6 通信，那么主机1 要发送一个带有主机6 的IP 地址的数据报到路由器R3，路由器R3 查找路由表后会将带有主机6 的IP 地址的数据报转发给路由器R2。路由器R2 查找转发表发现主机目标地址是主机6 的数据报，而主机6 是连接在它所在的网络当中，那么将这个数据报直接发送给主机6，这样主机1 和主机6 就可以进行通信了。

图1-3-5　互联网中的IP 地址

通过IP 地址可以实现两台设备的通信，下面来看一下某台笔记本计算机的IP 地址，直接在计算机网络属性里可以找到，如图1-3-6 所示，IP 地址是192.168.1.19。

图1-3-6　网络连接信息

而通过百度搜索本机 IP 地址，可以看到在百度上也查询到了一个 IP 地址，为118.113.208.236，如图1-3-7 所示。

图1-3-7　外网本机IP

为什么在百度上查得的本机IP 地址和在笔记本上查得的本机IP 地址不一样呢？因为这里在百度上查到的本机IP，是外网IP，而在笔记本上查得的本机IP，是内网IP。那什么是外网IP，什么是内网IP，它们二者有什么区别呢？外网的IP 是全球唯一IP，我们可以直接使用此IP 访问互联网。内网IP 是只在本地机构或局域网内才有效的IP 地址，也叫作本地地址。在互联网中的所有路由器，对目的地为本地地址的数据报一律不进行转发。(www.xing528.com)

综上所述，我们对计算机网络通信有了新的认识。如图1-3-8 所示，想要实现上网，就会在网络运营商那儿购买宽带服务，此时会获得一个全球唯一的IP 地址，在这里获得的IP是183.54.40.179。之后可以将NAT 路由器连接到网络运营商提供的宽带网线，这样的话NAT路由器也就获得了一个IP 地址，这个IP 地址就是网络运营商分配的全球唯一IP 地址，也就是外网地址。为了上网我们会设置路由器，然后就把台式机、笔记本、手机通过有线或者无线的方式接入到NAT 路由器。台式机、笔记本、手机还有NAT 路由器，就组成了一个局域网，并且在这局域网中，台式机、笔记本、手机和NAT 路由器都会有一个局域网IP，也叫作内网IP。内网IP 的地址必须在本地地址的专用地址段当中，如表1-3-1 所示。可以看到前面笔记本分配到的IP，就是查询到的本地IP，这是一个专用地址段当中的专用地址。

表1-3-1　专用地址

如果局域网内的笔记本计算机想和互联网上的某台主机通信，假设这台主机的IP 地址是100.100.100.100，那么首先笔记本会将带有内网IP 地址和目标IP 地址的数据报发送给NAT路由器，NAT 路由器接收到这个数据报后，会将这个数据报的源IP 地址改为全球唯一IP，也就是外网IP，然后再将这个数据报发送到互联网上，最后经过互联网的路由转发，主机2收到了这个数据报。对于主机2 来说，它并不知道这个数据报是笔记本计算机发给它的，因为主机2 接收到的IP 地址是路由器的外网IP，当它应答这个数据报的时候，所发送的数据报的目标IP 地址只能是路由器的外网IP。之后经过互联网，路由器收到了主机2 发来的数据报，它会将数据报转发给我们的笔记本。这样的话，笔记本计算机和主机2 就可以通信了。

图1-3-8　互联网通信原理

通过IP 地址，可以实现主机到主机的通信。如果我们想实现主机进程和主机进程的通信又该怎么办呢？首先应明确什么是主机进程到主机进程的通信。假设这台笔记本计算机的QQ 发送了一个消息到另一台笔记本计算机，通过IP 地址就能将这个消息发送给另一台笔记本。但当它接收到这个消息之后，并不知道该把这个消息发送给QQ 聊天软件还是微信聊天软件，那么需要我们在IP 地址上加上端口配合，才能实现主机进程到主机进程的通信。

端口是为了实现主机进程到主机进程的通信，解决方法就是在运输层使用的协议端口号。这里的进程可以理解为主机上面安装的软件，端口的详细知识请参考《计算机网络》中运输层相关章节。端口号一般分为两类：

（1）服务器端使用的端口号。又分为两类，一类是我们需要了解的熟知端口号，如表1-3-2所示，数值为0～1023，这些是已经规定好了的大家非常熟悉的端口号，比如HTTP 协议所用的80 端口。

表1-3-2　常用熟知端口号

还有一类叫作登记端口号，数值为1024～49151，这类端口大家没有那么熟悉，但是在作用这类端口的时候，必须在AINNA 上进行手续登记，以防止重复。

（2）客户端使用的端口号。数值为49 152～65 535，这类端口号仅在客户进程运行时才动态选择，是留给客户进程暂时使用的。当服务器进程收到客户进程的报文时，就知道了客户进程所使用的端口号，因而可以把数据发送给客户进程。通信结束后，刚才已使用过的端口号就停止使用，这个端口号就可以供其他客户进行使用。也就是说在进行一两个进程通信的话，可以把端口设在这个范围当中，这样的话，IP 地址配合端口号，就可以实现主机进程到主机进程的通信。