IP地址的概念和作用简析

关键词: IP 地址 路由 网络掩码 子网掩码 网络通讯
原始作者: Hwycheng Leo([e-mail])
作者网站: http://www.hwysoft.com/chs/
作者Blog: http://hwycheng.blogchina.com
作者简介: 开发了BitTorrent下载软件 - FlashBT(变态快车), 目前从事企业级的P2P/IM平台的设计和开发工作
参考：网络资料 RFC文档
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IP地址的概念?

IP 地址是我们进行TCP/IP通讯的基础，每个连接到网络上的计算机都必须有一个IP地址。我们目前使用的IP地址是32位的，通常以点分十进制表示。例如: 192.168.0.181。IP地址的格式为: IP地址 = 网络地址 + 主机地址 或者 IP地址=主机地址 + 子网地址 + 主机地址。一个简单的IP地址其实包含了网络地址和主机地址两部分重要的信息。

IP地址类型?

最初设计者，为了便于网络寻址以及层次化构造网络，每个IP地址包括两个标识(ID)，即网络ID和主机ID。同一个物理网络上的所有机器都用同一个网络ID，网络上的一个主机(包括网络上工作站，服务器和路由器等)有一个主机ID与其对应。

IP地址根据网络ID的不同分为5种类型: A/B/C/D/E。

1. A class IP:

结构: 网络地址(1字节) + 主机地址(3字节)
保留: 网络地址的最高位(二进制)必须是0, 值0和127不能使用。
范围: 1.x.x.x ~ 126.x.x.x
数量: ( ( 2 ** ( 8 - 1 ) ) - 2 ) * ( ( 2 ** 24 ) - 2 ) = 126 * 16,777,214 = 2,113,928,964
使用: 国家级

2. B class IP:

结构: 网络地址(2字节) + 主机地址(2字节)
保留: 网络地址的最高两位(二进制)必须是10
范围: 128.x.x.x ~ 191.x.x.x
主机: ( ( 2 ** ( 16 - 2 ) ) ) * ( ( 2 ** 16 ) - 2 ) = 16384 * 65534 = 1,073,709,056
使用: 跨国的组织

3. C class IP:

结构: 网络地址(3字节) + 主机地址(1字节)
保留: 网络地址的最高三位(二进制)必须是110
范围: 192.x.x.x ~ 223.x.x.x
主机: ( ( 2 ** ( 24 - 3 ) ) ) * ( ( 2 ** 8 ) - 2 ) = 2097152 * 254 = 532,676,608
使用: 企业组织

4. D class for Multicast:

保留: 网络地址的最高四位(二进制)必须是1110
作用: 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。

5. E class for Reservation:

保留: 网络地址的最高五位(二进制)必须是11110
用作: 暂时无用，保留待用。

备注: 全零 0.0.0.0 地址对应于当前主机。全"1"的 255.255.255.255 是当前子网的广播地址。

网络掩码(Net Mask)是做什么用的？

IP地址必须和一个网络掩码(Net Mask)对应使用, 缺一不可。网络掩码的主要作用是告诉计算机如何从IP地址中析取网络标识和主机标识。A/B/C class 都有缺省的网络掩码, A -> 255.0.0.0, B -> 255.255.0.0, C -> 255.255.255.0

子网掩码(Sub-Net Mask)是做什么用的？

子网掩码的作用是将一个主机量超过了物理设备的限制，过大的IP网络划分为更多的子网络，而每个子网络的主机数量相对而言维持在一个较少的量上。起到物理设备上的负载均衡以及提高网络的可靠性。其实现是通过设置掩码来将原本属于主机ID的位(bit)借用给网络ID, 从而起到减少主机数量的作用。当通过设置掩码从主机ID来借用位(bit)时， 至少要留下2个位(bit)来做主机ID。因为只留一个位的情况下，全0和全1都没有意义(见前边)。

什么是私有IP地址和保留IP地址？

私有IP地址和保留IP地址是两个常见的翻译用法。概念是一样的，都是对英文中的Private IP的翻译。我们以下通称为私有IP地址。

实践中证明，并不是每一台联网的计算都需要一个全球唯一的IP地址，同时为了减少对于有限的IP地址资源的消耗，最初设计者在A/B/C class 中各自划分了一些地址范围作为私有地址来使用。

A class: 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
B class: 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
C class: 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

私有IP地址的主要特点:

1. 在全球范围内不具有唯一性，因此不能唯一标识一台联网的计算机。无需担心私有IP地址在全球范围内的冲突问题。
2. 私有IP地址的路由信息不能对外发布，外部的IP数据包无法路由到私有IP地址的计算机上。
3. IP数据包中的源地址和目的地址是私有IP地址的, 不能在Internet上的路由器间进行存储转发的操作。

IP地址间传输TCP/IP数据包的流程?

在TCP/IP协议栈的实现中设定了许多的规则，其中有一条就是, 两台联网的主机想直接通讯的话，必须有相同的网络标识和不同的主机标识。具有不同的网络标识的两台主机要想通讯的话必须通过一台中间设备 - 路由器的转发才能实现。

IP地址在我们身边的不同的应用?

先看看我们目前的主要连接互联网的方式， Dial, ISDN, ADSL, ethernet 等等。其实，只要我们有一个非私有的IP地址，那么我们就可以在

Internet上冲浪了。呜呼，线路那里来呢？所以我们必须每月向网络接入提供商支付Money来获取到线路的使用权，同时会给我们分配一个非私有的IP地址。那么网络接入提供商的非私有IP地址那里来的呢？当然是申请得来的了。

根据中国互联网络信息中心(CNNIC)公布的最新数据显示, 截至2004年9月30日, 我国网民数已居世界第二, 而所拥有的IPv4和IPv6资源均仅占世界的3%, 不仅远远低于美国, 而且也无法与亚太地区日本的7%和16%相比。而另一方面，在亚太地区已分配IP地址中，我国IP地址总量只占25%, 居于日本29%和韩国21%之间。看到了吗？这就是发达国家的垄断和霸权，我国分配的IPv4的地址资源甚至不如美国的两个大学分配的IPv4的地址资源多。因此，我们时刻要记住打到美帝国主义...

IP地址的分配管理机构: (I CANN)[全球] -> (APNIC)[亚太] -> (CNNIC)[中国]

APNIC规定, 亚太地区需要IP地址资源的企业、单位或团体, 均可申请成为其会员。会员单位使用IP地址, 除了每年每个地址要交纳一定的资源占用费外, 每个会员还要根据等级的不同交纳不等的地址使用费。但是在目前IPv4的地址紧张的情况下企业要想申请到B class 的地址的机会很少，看看长宽，使用的都是C class 的IP地址，增加了路由器的设备和维护费用而已。