IP地址基本概念计算机网络技术及应用

1.IP地址概述

IP地址（IP addressing）是TCP/IP协议集中的IP用于标识数据通信双方的一种编码。发送数据方主机的编码称为源地址，接收数据方主机的编码称为目的地址。在IP地址的结构中，同时包含有逻辑网络地址和主机节点地址。不过，IP地址只是TCP/IP用于表示TCP/IP网络中的主机或设备及它们所在网络的一种逻辑编码，并不是这些网络设备不可改变的唯一地址。

IP地址与设备MAC地址的不同点是，MAC地址是网络设备标识的唯一且不可改变的地址，故而称为“硬地址”；而对于IP地址，一个设备可能具有若干个IP地址，并且IP地址可以根据需要随时改变，故而IP地址属于逻辑地址或“软地址”。

对于IP地址，应该掌握以下几个最基本概念。

1）在一个网络中能够唯一标识某个主机的地址只能是设备的MAC地址，而并非设备的IP地址。IP地址是逻辑的，是可以改变的，而MAC地址是物理的，通常不能改变。

2）在Internet互连网络中，每个设备一定具有不同的IP地址。如果网络中任何两个设备的IP地址相同，网络将拒绝为该两台设备提供服务。也就是说，如果在同一个局域网中，两台设备具有相同的IP地址，后连网的设备将会被报错，并要求其修改IP地址。否则，两台相同IP地址的主机都将无法正常连网工作。

3）在Internet中，所有主机的IP地址不同，但并不意味着IP地址与计算机一一对应。在TCP/IP网络中一个设备可以被赋予多个IP地址。如服务器若安装了好几块网卡，则每个网卡所绑定的TCP/IP的IP地址，必须赋予不同的IP地址。

2.IP地址的结构

在计算机网络中，每一种协议集都有一些识别主机和网络的方法。对于TCP/IP网络设备的地址均由32位二进制数组成，32位的数据中同时包括了网络和主机的标识号。

在这里，“网络”指网络中的某一个逻辑网段；“主机”指网络中的客户机、服务器或其他网络应用设备，主机也被称之为节点或站点。在Internet中，路由器等所有网络设备和应用，都是根据IP地址标识网络和主机的。

IP地址由32位二进制数组成，并划分为四个字节。虽然IP地址是32位二进制数，但实际应用中很少以二进制方式输入或读取IP地址。为了更易于理解和记忆IP地址的表示法，把32位二进制数每8位为一组，用十进制数表示，并用英语中的句点分隔，其形式为w.x.y.z，其中w、x、y、z恰好为一个字节，每个字节的十进制数大小为0～255。

3.IP地址的定义

在一个IP地址里包含两方面网络信息。

1）网络地址（Network Address）：由1～3个字节（IP地址的前1～3字节）组成。

2）节点或站点地址（Node或Station Address）：由1～3字节（IP地址的后1～3字节）组成。

假设某个网络的地址为132.132.0.0，该网络地址在互连网中是唯一的。因此，在这个132.132.0.0的网络中，每个主机或节点必须有一个由132.132.X.X组成的IP地址，该地址在该网络中也必须是唯一的。如该网络中的某个主机IP地址的后2字节为87.176，则该主机的IP地址为132.132.87.176，该IP地址为该节点在132.132.0.0网络中唯一的标识。

4.IP地址的二进制与十进制之间的转换

一个完整IP地址用二进制格式表示如下：

10101100.00010000.00000100.00000010

如上所述，为了IP地址更容易读取，通常把二进制表示的地址都转换成用十进制来表示。如上例的二进制IP地址转换成十进制后为

172.16.4，2

又如IP地址

11111111.11111111.11111111.11111111

转换成十进制后变成

255.255.255.255

表4-6所列的是一种快速简单的二进制数与十进制数转换方法（对比上面IP地址转换）。

表4-6 二进制数与十进制数转换方法

(www.xing528.com)

从表4-6可以看出，当把二进制数向十进制数的转换时，将二进制IP地址的每个字节中每一位对应的十进制值相加，便可得到该字节的十进制数的大小；反过来，一个用十进制数表示的字节大小，可用2⁰，2¹，2²，2³，2⁴，2⁵，2⁶，…组合相加使之恰好等于该十进制数，然后，根据该组合，确定此数二进制表示。如表4-6中的二进制数10101100，变成十进制数的计算方法为

（1×2⁷）+（0×2⁶）+（1×2⁵）+（0×2⁴）+（1×2³）+（1×2²）+（0×2¹）+（0×2⁰）

=（1×2⁷）+（1×2⁵）+（1×2³）+（1×2²）

=172

反过来，十进制数转换为二进制数时，将上述方法反推即可。

5.IP地址的分类

根据IP地址的结构，IP地址分为五个类（Classes）：A、B、C、D、E。根据规范，只有A类到C类的IP地址才被分配给主机使用，D类和E类则保留作为网络试验等特殊的应用，不分配给主机。也就是说，现在可以使用的IP地址只有A类、B类和C类。

IP地址的分类是根据IP地址的第1字节的数值大小决定的。具体的划分方法如下（参见图4-7）。

图4-7 IP地址的分类示意图

A类：在A类地址中，首字节值范围为0～127，首字节用于标识网络，后3字节标识节点（主机）。A类IP地址的二进制值的第一位必须为0。如IP地址10.10.100.195，10.0.0.0为网络地址，0.10.100.195为主机地址。

根据上述规定，在TCP/IP网络中，总共可能有126个A类网，每个网络最多有16777216个主机。A类地址都已经被分配。

B类：在B类地址中，首字节值范围为128～191（二进制值的第一字节的前2位必须为10）。在B类地址中，前2字节标识网络，后2字节标识节点（主机）。如IP地址130.10.100.195，130.10.0.0为网络地址，0.0.100.195为主机地址。

在TCP/IP网络中，总共可能有16384个B类网，每个B类网中最多有65534个主机。现在仅剩有少量的有效B类地址可申请使用。

C类：在C类地址中，首字节值范围为192～223（二进制值的第一字节的前3位为110）。在C类地址中，前3字节标识网络，最后一个字节标识节点（主机）。如IP地址192.168.100.195，192.168.100.0为网络地址，0.0.0.195为主机地址。

在TCP/IP网络中，总共可能有2，097，152个C类网，每个C类网中最多有255个主机。现在剩余的C类地址还比较多。在所有C类地址用完以前，IPv6预期会投入应用，不会出现IP地址匮乏的问题。

D类：在D类地址中，首字节值范围为224～239（二进制值的第一字节的前4位为1110）。D类地址通常被作为多重广播（Multicast）地址。Multicast数据包用于给一组特定主机发送信息。如，在路由器中用于交换信息的Multicast数据包，就是D类地址的一个典型应用。

E类：在E类地址中，首字节值范围为240～255（二进制值的首字节的前五位为11110）。E类地址被保留作为实验使用和一些将来可能的寻址方式，E类地址典型地被用作广播地址。如E类地址255.255.255.255就是用于定义广播信息的一个特殊的IP地址，若数据包目的地址是该地址，则该数据包将作为广播信息传输到网络中的每个主机，而路由器恰好并不转发广播的信息，从而可避免广播风暴。

6.特殊IP地址

在IP地址中，有些地址具有特别的意义，不被分配给某个网络或主机使用，还有些地址则被保留不用。这些特殊的IP地址的应用，在网络建设与管理中同样非常重要。表4-7列出了IP地址中最常用的特殊IP地址。

表4-7特殊的IP地址

7.IP地址的注册

Internet是世界上最大的公共网，根据TCP/IP的要求，Internet上所有的主机IP地址都必须是唯一的，不能有任何两台主机的IP地址出现重复。保证如此庞大的网络系统中的主机IP地址不重复，这是Internet能否正常提供服务的关键之一。达到上述目的的最简单的方法就是要求每一个需要连接到Internet的主机必须向Internet IP地址的管理机构注册IP地址，只有经过注册的IP地址才能被路由器等网络设备路由。并且通过注册的方法，阻止IP地址的重复。

那么，是否任何一个网络在使用TCP/IP时都必须注册IP地址呢？其实未必，当所建设的计算机网络不要求连入Internet的话，就可以不必强求网络中设备的IP地址与Internet的其他主机不重复，仅仅要求在自己的网络内部，所有使用的IP地址保证不重复即可。但是，如果要把所建设内部计算机网络（Intranet）连到Internet，使自己的网络成为Internet大家庭中的一员，则该内部网络设备的IP地址都必须是获得注册的IP地址。否则，该内部网络对Internet的任何访问都将被拒绝。

在Internet迅速发展之前，任何组织可以直接从ISP免费获得IP地址。由于近几年来Internet的高速发展，使得IP地址已经变得比较缺乏，现在要获得一个注册的IP地址已经困难了许多，特别是B类地址。现在注册任何一个IP地址不仅要收费，而且有使用年限。