IP地址，子网掩码和网关

1.什么是ip地址

在网络中用来标识设备的具体地址，数据需要通过IP地址进行寻址传输。

1.1 IP地址 = 网络地址 + 主机地址，又称网络号和主机号构成。

A类：以0开头，第1字节为网络地址+后3个字节主机地址组成，地址范围0.0.0.0~127.255.255.255。可用的A类网络有126个网络，每个网络能容纳1亿多个主机。
B类：以10开头，前2字节为网络地址+后2个字节主机地址组成，地址范围128.0.0.0~191.255.255.255。可用的B类网络有16382个，每个网络能容纳6万多个主机。
C类：以110开头，前3字节为网络地址+后1个字节主机地址组成，地址范围192.0.0.0~223.255.255.255。可用的C类网络可达209万余个，每个网络能容纳254个主机。
D类：以1110开头，地址范围是224.0.0.0~239.255.255.255，D类地址作为组播地址（一对多的通信）。
E类：以11110开始，地址范围是240.0.0.0~255.255.255.255，为保留地址，实际中并不是有很多的使用。
注：只有A,B,C有网络号和主机号之分，D类地址和E类地址没有划分网络号和主机号。A类地址第一组数字为1~126，数字0和127不作为A类地址

1.2 全1地址（255.255.255.255）

该IP地址指的是受限的广播地址。受限广播地址与一般广播地址（直接广播地址）的区别在于，受限广播地址只能用于本地网络，路由器不会转发以受限广播地址为目的地址的分组；一般广播地址既可在本地广播，也可跨网段广播。例如：主机192.168.1.1/30上的直接广播数据包后，另外一个网段192.168.1.5/30也能收到该数据报；若发送受限广播数据报，则不能收到。

注：一般的广播地址（直接广播地址）能够通过某些路由器（当然不是所有的路由器），而受限的广播地址不能通过路由器。

1.3 全0地址（0.0.0.0）

常用于寻找自己的IP地址，例如在我们的RARP，BOOTP和DHCP协议中，若某个未知IP地址的无盘机想要知道自己的IP地址，它就以255.255.255.255为目的地址，向本地范围（具体而言是被各个路由器屏蔽的范围内）的服务器发送IP请求分组。

1.4 回环地址

127.0.0.0/8被用作回环地址，回环地址表示本机的地址，常用于对本机的测试，用的最多的是127.0.0.1。

1.5 A、B、C类私有地址

私有地址(private address)也叫专用地址，它们不会在全球使用，只具有本地意义。

A类私有地址：10.0.0.0/8，范围是：10.0.0.0~10.255.255.255

B类私有地址：172.16.0.0/12，范围是：172.16.0.0~172.31.255.255

C类私有地址：192.168.0.0/16，范围是：192.168.0.0~192.168.255.255

2.IP地址的组成

3.IP地址的构成

网络部分：用来标识一个网络，代表IP地址所在网络，处于高位。

主机部分：用来区分一个网络内的不同主机，能唯一标识网段上的某台设备，处于低位。

例：192.168.1. 10

网络号主机号

4.子网掩码

子网掩码就是用来遮掩IP地址并划分网段的工具，根据遮掩的位数不同来划分不同的网段。

说明：用网线直接连接的计算机或是通过HUB（集线器）或普通交换机间接的计算机之间要能够相互通,计算机必须要在同一网络，也就是说它们的网络地址必须相同,而且主机地址必须不一样。如果不在一个网络就无法通。

特性

1. 子网掩码必须和IP地址成对出现，否则没有意义
2. 子网掩码是用于给IP地址划分网络地址与主机地址的
3. 和子网掩码1对应的IP地址，代表网络位；和子网掩码0对应的IP地址，代表主机位
4. 子网中只要1是连续的，就是合理子网掩码

子网掩码是标志两个IP地址是否同属于一个子网的，也是32位二进制地址，其每一个为1代表该位是网络位，为0代表主机位。它和IP地址一样也是使用点式十进制来表示的。如果两个IP地址在子网掩码的按位与的计算下所得结果相同，即表明它们共属于同一子网中。

对于A类地址来说，默认的子网掩码是255.0.0.0；对于B类地址来说默认的子网掩码是255.255.0.0；对于C类地址来说默认的子网掩码是255.255.255.0。

4.1 什么样才是子网掩码？

255.255.255.193能不能作为子网掩码？它的二进制1111 1111.1111 1111.1111 1111.1100 0001，因为0和1不是连续的，所以不能作为子网掩码。

4.2 如何计算网络号、广播地址

假设有一个IP地址192.168.1.129，给出子网掩码255.255.255.0，求他的网络号、它属于哪个子网网段。

192.168.1.129二进制：1100 0000.1010 1000.0000 0001.1000 0001

255.255.255.0二进制：1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000

两个进行&运算得出： 1100 0000.1010 1000.0000 0001.0000 0000（192.168.1.0）

也就是说从192.168.1.0~192.168.1.255是同一个子网网段，里面0~255号分配给不同的机器

192.168.1.0就是网络号，写作192.168.1或者192.168.1.0\24（24表示网络号是24位，也就是说子网掩码有24位1）

广播地址：网络地址的主机位有8位全部变成1 ，1111 1111 即255 即：192.168.1.255

上面子网掩码为255.255.255.0的时候机器号码从0~255，如果我还想在里面划分一部分。

假设新IP地址192.168.1.188，给出子网掩码255.255.255.224，现在网络号不再是192.168.1.0，网段也不是192.168.1.0~192.168.1.255。

192.168.1.188二进制： 1100 0000.1010 1000.0000 0001.1011 1100

255.255.255.224二进制：1111 1111.1111 1111.1111 1111.1110 0000

两个进行&运算得出： 1100 0000.1010 1000.0000 0001.1010 0000（192.168.1.160）

后5位的变化在1100 0000.1010 1000.0000 0001.1010 0000~1100 0000.1010 1000.0000 0001.1011 1111之间

也就是说从192.168.1.160~192.168.1.191是新划分出来的子网网段，

192.168.1.160\27就是网络号，机器号在160~191之间

广播地址：网络地址的主机位有5位全部变成1 ，1011 1111即191 即：192.168.1.191

4.3 根据每个网络的主机数量进行子网地址的规划和计算子网掩码。比如一个子网有10台主机：
10＋1＋1＋1＝13
注意：加的第一个1是指这个网络连接时所需的网关地址，接着的两个1分别是指网络地址和广播地址。因为13小于16（16等于2的4次方），所以主机位为4位。而
256－16＝240
所以该子网掩码为255.255.255.240。
如果一个子网有14台主机，不少人常犯的错误是：依然分配具有16个地址空间的子网，而忘记了给网关分配地址。

这样就错误了，因为：14＋1＋1＋1＝17，17大于16，所以我们只能分配具有32个地址（32等于2的5次方）空间的子网。这时子网掩码为：255.255.255.224。

4.4 206.110.4.0/18被划分成16个子网，每个子网掩码？每个子网可容纳的主机数?

（划分成16个子网，根据子网掩码/18就表示有18个1，就要从的IP地址的主机位借4位来用作网络位！）

206.110.1.0 /18 由最后的那个/18，我们可以知道这个IP已经规定了它的网络位是18位，它默认的子网掩码就是1111 1111.1111 1111.11 | 000000.00000000(其中1代表网络位,0代表主机位)

可以看出我们可以操作的位数就是后面的14个0，也就是说我们可以在地面划分出几位作为子网的网络位，进而来划分子网。要求是切分成16个子网，我们知道2的4次方刚好等于16，这就说明子网网络位的位数是4位，那14-4=10就是子网的主机位。所以上面我写的那串二进制就可以变成：1111 1111.1111 1111.1111 11 | 00.00000000(其中1代表网络位,0代表主机位)

换算成十进制就是子网掩码:255.255.252.0 每个子网可容纳的主机数就是2的10次方,即1024

5.网关

网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。默认网关在网络层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。

5.1 概念

大家都知道，从一个房间走到另一个房间，必然要经过一扇门。同样，从一个网络向另一个网络发送信息，也必须经过一道关口，这道关口就是网关。顾名思义，网关就是一个网络连接到另一个网络的“关口”。也就是网络关卡。

网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。

比如有网络A和网络B，网络A的IP地址范围为“192.168.1.1~192. 168.1.254”，子网掩码为255.255.255.0；网络B的IP地址范围为“192.168.2.1~192.168.2.254”，子网掩码为255.255.255.0。

在没有路由器的情况下，两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的，即使是两个网络连接在同一台交换机（或集线器）上，TCP/IP协议也会根据子网掩（255.255.255.0）判定两个网络中的主机处在不同的网络里。

而要实现这两个网络之间的通信，则必须通过网关。如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中，就把数据包转发给它自己的网关，再由网关转发给网络B的网关，网络B的网关再转发给网络B的某个主机。

5.2 举例说明

假设你的名字叫小不点(很小，这里你就是一个url地址，指向某个网页资源)，你住在一个大院子里，你的邻居有很多小伙伴，父母是你的网关。当你想跟院子里的某个小伙伴玩，只要你在院子里大喊一声他的名字，他听到了就会回应你，并且跑出来跟你玩。

但是你父母不允许你走出大门，你想与外界发生的一切联系，都必须由父母（网关）用电话帮助你联系。

假如你想找你的同学小明聊天，小明家住在很远的另外一个院子里，他家里也有父母（小明的网关）。但是你不知道小明家的电话号码，不过你的班主任老师有一份你们班全体同学的名单和电话号码对照表，你的老师就是你的DNS服务器。于是你在家里和父母有了下面的对话：

小不点：妈妈(或爸爸),我想找班主任查一下小明的电话号码行吗？家长：好，你等着。（接着你家长给你的班主任拨了一个电话，问清楚了小明的电话）问到了，他家的号码是211.99.99.99

小不点：太好了！妈(或爸),我想找小明，你再帮我联系一下小明吧。

家长：没问题。（接着家长向电话局发出了请求接通小明家电话的请求，最后一关当然是被转接到了小明家家长那里，然后他家长把电话给转到小明）.就这样你和小明取得了联系。

5.3 默认网关
如果搞清了什么是网关，默认网关也就好理解了。就好像一个房间可以有多扇门一样，一台主机可以有多个网关。默认网关的意思是一台主机如果找不到可用的网关，就把数据包发给默认指定的网关，由这个网关来处理数据包。默认网关一般填写192.168.x.1

5.4 端口
如果把IP地址比作一间房子，端口就是出入这间房子的门。真正的房子只有几个门，但是一个IP地址的端口可以有65536个之多！端口是通过端口号来标记的，端口号只有整数，范围是从0到65535。

端口有什么用呢？我们知道，一台拥有IP地址的主机可以提供许多服务，比如Web服务、FTP服务、SMTP服务等，这些服务完全可以通过1个IP地址来实现。那么，主机是怎样区分不同的网络服务呢？显然不能只靠IP地址，因为IP 地址与网络服务的关系是一对多的关系。实际上是通过“IP地址+端口号”来区分不同的服务的。