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什么是网络地址,一文看懂互联网IP地址

1995年第二次信息化浪潮以来,网络从萌芽逐步走向世界互联。尤其伴随IPv6协议和新一代5G移动通信技术,万物互联的时代正大步向我们走来。

我们之所以能够在网络中实现精准的通信,依靠的都是我们联网设备的IP地址。IP地址犹如设备在互联网中的家庭住址,数据包正是通过在网络中寻址IP,最终从源地址发送到目的地址。

1 IP地址 & MAC地址?

现有IPv4地址是由32位二进制数表示,为了方便记忆和表达,每8bit为一组分组,并将每组转化为十进制数,用“.”隔开,组成我们日常生活中所见的IP地址。

IP地址由网络标识主机标识组成,网络标识用来区分IP地址是否属于同一网段,主机地址即MAC地址。

那什么是MAC地址?

MAC地址是烧录进设备ROM中,用以唯一标识设备的身份标签,每一个网卡的MAC地址都是世界惟一的。IP地址可能由于设备所接入不同区域、网口,有所变动;MAC地址,有生之年,至死不渝。

MAC地址由48位比特位组成,同样为了直观描述,用十六进制数进行表示。

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MAC地址位数构成

IP地址正是根据网络标识和主机标识,分为A、B、C、D、E五类。其中,D类和E类用作特殊用途,本文不加讨论,其他IP地址分类规则如下:

A类IP,其首位必须以“0”开头,1-8比特位为网络标识,后24位为主机标识。因此,其IP范围宽度为:

A类IP:0.0.0.0- 127.255.255.255

B类IP,其首位必须以“10”开头,1-16比特位为网络标识,后16位为主机标识。因此,其IP范围宽度为:

B类IP:128.0.0.0- 191.255.255.255

C类IP,其首位必须以“110”开头,1-24比特位为网络标识,后8位为主机标识。因此,其IP范围宽度为:

C类IP:192.0.0.0- 223.255.255.255

根据网络标识和主机标识,每种IP地址所能容纳的网段数量和主机数量:

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IP地址分类及容量

2 信息在网络中是如何传输的?

数据包在互联网中的传输,十分类似快递包裹在物流网络中的运送。

以双十一网购为例:

我们下单A区货物后,由A区域附近的物流网点进行揽件,运送至转运中心A,再由转运中心A运送至直连的转运中心B,转运中心B将包裹分发到B区域的网点,由快递员派件(实际过程涉及更多级转运节点)。

在此过程中,大数据中心会自动计算最佳的寄送路线,生成一张包含出发地、目的地的快递单。物流转运中心和各级网点,就是根据这张快递单,实现快递包括的分拣、导流,确定快递下一站的运送信息。

我们的快递包裹正是经过物流公司网点、转运中心以及快递员等多个节点流转的物流网络,最终到达我们手上。

这种快递运送方式,成为轴辐式物流网络

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这里的快递包裹就相当于网络中需要传输的数据包,网点与转运中心、转运中心与直连的转运中心,就是数据链路,不同链路组成的物流网络就是我们所说的互联网。

互联网是数据链路的集合。快递单据上面的出发地和目的地,就是源MAC地址和目的MAC地址,而各级分拣系统,其实就是路由器。

所以说,IP地址是互联网设备在网络中唯一的地址标签。

3 公网 & 私网?

问题来了,既然IP地址是互联网设备唯一的地址标签,为什么我们通过网络和DOS命令查询的本机IP是不同的?

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百度查询IP地址

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DOS命令查询IP地址

通俗理解,IP地址可分为公有地址(公网IP)和私有地址(内网IP)。

通过百度查询的IP地址,正是公网IP地址,是我们内网设备访问外部网络的唯一通道。内网IP则由路由器分配,方便局域网内设备之间的互相通信。

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公网IP通过路由器分配内网IP

前面说了,现有IPv4地址是由32位二进制数表示,为了方便记忆和表达,每8 bit为一组分组,并将每组转化为十进制数,用“.”隔开,组成我们日常生活中所见的IP地址。

若以2的32次方计算,全球可联网的设备:2^32 = 4294967296(台)

事实上,目前全球设备“网络化”的进程才达到25%左右,待入网的设备数量远远超过这个数量。

而且,由于IP地址是由“网络标识 + 主机标识”共同组成,使得实际能够联网的设备数量少了很多。

如果每个联网设备都分配一个公网IP地址,显然,是很匮乏的。因而,才有了公网IP和内网IP的概念,公网IP通过路由器分配内网IP,让更多设备接入互联网。

4 为什么你的IP都是192.168?

公网IP的地址十分有限。在常用的A、B、C三类地址中,绝大多数地址其实都是公网IP地址。公网IP是需要向国际互联网信息中心申请注册,才能使用的。

疑惑来了,那么公网IP和内网IP,怎么区分呢?

为什么我们常见的局域网的IP地址都是192.168.XXX.XXX这类IP呢?

IPv4地址协议中预留了3个IP地址段,专门用作私有地址,仅供内网使用。这三个私网网段,恰好分布在A、B、C三类IP地址中:

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

目测可见,私网地址中可容纳的主机数量为A>>B>>C,所以私有网段的分配是按需分配。

常见的家庭局域网容量相对小,则常用C网段的私网:192.168.xxx.xxx

而大型企业,则选择主机容量大的A类或B类私网,作为局域网IP。

比如我公司的主机私网IP为:172.16.xx.xx

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