先看图：

注意看第三列蓝色标注的点不会改变，A类地址第一个比特只会是0，B类是10，C类是110，D类是1110，E类是1111.

IPv4地址根据其用途和网络规模的不同，分为五个主要类别（A、B、C、D、E），其中前三类（A、B、C）是用于分配给终端设备的，D类和E类是保留地址，通常不分配给普通用户。具体分类如下：

1. A类地址（Class A）：

   • 地址范围：0.0.0.0 到 127.255.255.255
   • 网络部分：第一个字节（8位）
   • 默认子网掩码：255.0.0.0（/8）
   • 适用于大型网络，支持大规模主机。
   • 示例：10.0.0.1

2. B类地址（Class B）：

   • 地址范围：128.0.0.0 到 191.255.255.255
   • 网络部分：前两个字节（16位）
   • 默认子网掩码：255.255.0.0（/16）
   • 适用于中型网络，支持中等规模的主机数。
   • 示例：172.16.0.1

3. C类地址（Class C）：

   • 地址范围：192.0.0.0 到 223.255.255.255
   • 网络部分：前三个字节（24位）
   • 默认子网掩码：255.255.255.0（/24）
   • 适用于小型网络，通常用于局域网。
   • 示例：192.168.1.1

4. D类地址（Class D）：

   • 地址范围：224.0.0.0 到 239.255.255.255
   • 用途：多播地址（Multicast），用于将数据包发送给多个接收者。
   • 不用于普通主机地址分配。
   • 示例：233.0.0.1

5. E类地址（Class E）：

   • 地址范围：240.0.0.0 到 255.255.255.255
   • 用途：保留地址，通常用于实验性或未来使用，普通用户不可使用。
   • 示例：250.0.0.1

特殊地址范围：

• 环回地址（Loopback Address）：127.0.0.0 到 127.255.255.255，用于本机测试和诊断。
• 私有地址（Private Address）：
  • A类：10.0.0.0 到 10.255.255.255
  • B类：172.16.0.0 到 172.31.255.255
  • C类：192.168.0.0 到 192.168.255.255 这些地址在局域网内部使用，不会在公网路由中转发。

总结：

IPv4地址可以分为五大类：A类、B类、C类、D类和E类，其中A、B、C类地址常用于实际的网络地址分配，D类用于多播，E类是保留地址。

在计算网络中 可能的网络数量 和 每个网络中的主机数量 时，需要根据 IP 地址的类别 或 CIDR 子网掩码 来分析。以下是计算方法的详细讲解：

1. 基本概念：

• IP 地址长度：IPv4 地址总长度为 32 位。
• 网络部分：IP 地址前面的一部分位表示网络 ID。
• 主机部分：IP 地址后面的一部分位表示主机 ID。

2. 分类计算：

（1）网络数量

• 网络数量取决于网络 ID 的位数： 网络数量=2^网络 ID 的位数

（2）每个网络的主机数量

• 主机数量取决于主机 ID 的位数： 主机数量=2主机 ID 的位数−2\text{主机数量} = 2^{\text{主机 ID 的位数}} - 2主机数量=2主机 ID 的位数−2 （减去 2 是因为一个地址用于网络地址，一个用于广播地址）

3. 按类别计算

对于 A 类、B 类、C 类 IP 地址：

1. A 类：

   • 网络 ID：8 位。
   • 主机 ID：24 位。
   • 可能的网络数量：2^7 = 128（0 和 127 保留）。
   • 每个网络的主机数量：2^{24} - 2 = 16,777。

2. B 类：

   • 网络 ID：16 位。
   • 主机 ID：16 位。
   • 可能的网络数量：42^{14} = 16,384（前 2 位固定为 10）。
   • 每个网络的主机数量：2^{16} - 2 = 65,534。

3. C 类：

   • 网络 ID：24 位。
   • 主机 ID：8 位。
   • 可能的网络数量：2^{21} = 2,097,152（前 3 位固定为 110）。
   • 每个网络的主机数量 2^{8} - 2 = 254

4. 使用子网掩码计算（CIDR 表示法）

给定一个 CIDR 表示法 IP 地址：192.168.1.0/28

1. 网络部分： 子网掩码 /28 表示网络部分占 28 位。
2. 主机部分： 剩余的位数为 32−28=4 位。
3. 计算：
   • 网络数量：2^{28}
   • 每个网络的主机数量： 2^4 - 2 = 14（减 2 为网络地址和广播地址）。

Subnet Mask 和 Slash Notation 的详解

在计算机网络中，子网掩码（Subnet Mask） 和 斜杠表示法（Slash Notation） 都是用来描述网络中 IP 地址划分的方式，尤其是用于区分 网络部分 和 主机部分。以下是两者的详细解释：

1. Subnet Mask（子网掩码）

定义： 子网掩码是一种 32 位的二进制数，与 IPv4 地址一样分为四个 8 位（1 字节），通常以 点分十进制 表示，用来标识 IP 地址的 网络部分 和 主机部分。

子网掩码规则：

1. 子网掩码由一串连续的 1 和后续的 0 组成：
   • 连续的 1 表示网络部分。
   • 连续的 0 表示主机部分。
2. 例如：
   • 子网掩码 255.255.255.0 对应的二进制是：

     11111111.11111111.11111111.00000000

     • 前 24 位为网络部分。
     • 后 8 位为主机部分。

常见子网掩码：

2. Slash Notation（斜杠表示法 / CIDR 表示法）

定义： 斜杠表示法（也叫 CIDR，Classless Inter-Domain Routing）用 斜杠 / 后面接数字 来表示网络部分的位数，简化了子网掩码的表示。

示例：

• 192.168.1.0/24

  • /24 表示子网掩码有 24 位是网络部分。
  • 对应的子网掩码是：255.255.255.0。

• 10.0.0.0/8

  • /8 表示子网掩码有 8 位是网络部分。
  • 对应的子网掩码是：255.0.0.0。

3. Subnet Mask 与 Slash Notation 的换算

子网掩码和斜杠表示法可以互相转换：

• 步骤：
  1. 将斜杠后面的数字（网络部分位数）转为连续的 1，补充为 32 位。
  2. 按每 8 位划分为十进制，得到子网掩码。

换算表：

4. 子网掩码的作用

1. 划分网络和主机部分：
   • 子网掩码用于告诉路由器或设备，某个 IP 地址属于哪一个网络。
2. 子网划分：
   • 子网掩码允许将一个大的网络划分为多个小的网络，以提高网络效率。

在 IPv4 中，主机可以通过不同的方式进行通信，具体方式取决于 IP 地址的类型和用途。以下是主机使用 IPv4 地址进行通信的主要方式：

1. 单播通信（Unicast Communication）

定义:

• 单播是指一个主机直接与另一个主机通信。
• 通信的目标是一个唯一的 IPv4 地址。

应用场景:

• 常见的点对点通信，如网页浏览、文件传输等。

示例:

• 主机 A（192.168.1.1）与主机 B（192.168.1.2）通信。
• 单播 IP 地址范围：所有非保留地址（例如，不是广播或多播地址）。

2. 广播通信（Broadcast Communication）

定义:

• 广播是指一台主机向同一子网内的所有主机发送消息。
• 目标地址是广播地址，通常以 .255 结尾。

类型:

1. 有限广播（Limited Broadcast）:
   • 地址：255.255.255.255。
   • 用于当前网络的所有设备通信，不会路由到其他网络。
2. 直接广播（Directed Broadcast）:
   • 地址：子网的广播地址，如 192.168.1.255。
   • 用于特定子网中的所有设备。

应用场景:

• ARP 请求。
• 动态主机配置协议（DHCP）广播请求。

3. 多播通信（Multicast Communication）

定义:

• 多播是指一台主机向一个多播组中的多个主机发送消息，而不是所有主机。
• 目标地址是多播地址（224.0.0.0 - 239.255.255.255）。

应用场景:

• 视频会议、流媒体广播。
• 路由协议（如 OSPF、EIGRP）使用多播来交换信息。

示例:

• IP 地址 224.0.0.5 是 OSPF 路由协议使用的多播地址。

4. 任播通信（Anycast Communication）

定义:

• 任播是指一组主机共享一个 IP 地址，消息发送到最靠近的主机（通常通过路由协议确定）。

应用场景:

• CDN（内容分发网络）优化用户请求。
• 数据中心的负载均衡。

注意:

• IPv4 中任播通常通过特殊配置实现，并不直接由地址分类支持。

5. 点对点通信（Peer-to-Peer Communication）

定义:

• 点对点通信是指两个主机直接通信，无需中间服务器。

应用场景:

• 文件共享（如 BitTorrent）。
• 在线语音或视频聊天。

6. 静态 IP 和动态 IP 通信

定义:

1. 静态 IP: 主机被分配固定的 IP 地址。
2. 动态 IP: 主机从 DHCP 服务器动态分配一个临时 IP 地址。

应用场景:

• 静态 IP 通常用于服务器、打印机等需要固定地址的设备。
• 动态 IP 常用于客户端设备，如笔记本电脑、手机等。

总结

主机在 IPv4 网络中可以通过单播、广播、多播和任播等方式通信，不同的方式适用于不同的应用场景：

• 单播：一对一通信（常规传输）。
• 广播：一对所有（局域网内）。
• 多播：一对多（特定组）。
• 任播：一对最近（高效路由选择）。

我看到题目提到了 192.168.17.9 这个 IP 地址，并且要求找出该网络的 地址数量、起始地址 和 结束地址。

这是一个 Class C 网络，它的默认子网掩码是 255.255.255.0，也就是 /24。

步骤 1：计算总地址数量

• Class C 网络中，主机部分有 8 位。
• 总地址数量： 2^8 = 256个地址。
• 其中 2 个地址是特定的，分别是网络地址和广播地址，因此 可用主机地址数量为 256-2=254 个。

步骤 2：确定网络的起始地址和结束地址

• 网络地址：它是该网络的第一个地址，通常是 IP 地址的最后一部分（主机部分）全为 0。
• 广播地址：它是该网络的最后一个地址，通常是 IP 地址的最后一部分（主机部分）全为 1。

举例：192.168.17.9 网络

• IP 地址：192.168.17.9
• 子网掩码：255.255.255.0

网络的起始地址是：192.168.17.0   （起始地址是网络地址，用来标记网络本身）
广播地址是：192.168.17.255              （结束地址是广播地址，用来向网络中所有设备广播数据）
可用主机地址范围是：192.168.17.1 到 192.168.17.254（可用的主机地址是网络地址和广播地址之间的地址范围）

总结：

• 总地址数量：256
• 起始地址：192.168.17.0
• 结束地址（广播地址）：192.168.17.255
• 可用主机地址范围：192.168.17.1 到 192.168.17.254

私有 IP 地址（Private IP Address） 是在专用网络中使用的一种 IP 地址范围，用于设备间通信。它不能直接用于互联网通信，必须通过网络地址转换（NAT）或代理服务器连接到公共网络。私有 IP 地址是由 互联网工程任务组（IETF） 在 RFC 1918 中定义的。

私有 IP 地址的范围

根据 IPv4 协议，私有 IP 地址的范围如下：

• 私有地址与 公共 IP 地址（Public IP Address） 不同，公共地址是分配给互联网上的设备，私有地址只能在内部网络中使用。

为什么使用私有 IP 地址？

1. 地址节约：

   • 全球 IPv4 地址有限，私有 IP 地址可以无限次重复使用在不同的内部网络中，从而节省公共 IP 地址的使用。

2. 安全性：

   • 私有 IP 地址无法直接通过互联网访问，因此增加了一层安全性，防止外部攻击直接到达内部设备。

3. 灵活性：

   • 私有 IP 地址为企业和家庭网络提供了更多的灵活性，无需向互联网服务提供商（ISP）购买额外的 IP 地址。

工作原理

1. 内部通信：

   • 使用私有 IP 地址的设备可以在同一网络中直接通信。例如，一台电脑和打印机在家庭网络中可以通过私有 IP 地址直接相互访问。

2. 连接互联网：

   • 私有 IP 地址不能直接访问互联网。需要通过 NAT（网络地址转换）将私有 IP 地址映射为公共 IP 地址，再通过公共 IP 地址访问外部网络。

使用私有 IP 地址的场景

1. 家庭网络：

   • 路由器通常使用私有 IP 地址，如 192.168.1.1，为家中的设备分配地址（如 192.168.1.2 到 192.168.1.254）。

2. 企业内部网络：

   • 大型企业可以使用 A 类或 B 类私有 IP 地址范围，为办公设备（如电脑、服务器和打印机）分配地址。

3. 数据中心和云网络：

   • 云计算平台（如 AWS、Azure）在虚拟网络中使用私有 IP 地址管理虚拟机之间的通信。

私有 IP 地址与 NAT（网络地址转换）

• NAT 是私有网络和公共互联网之间的重要桥梁：
  • 路由器将内部网络的私有 IP 地址转换为一个公共 IP 地址。
  • 例如：
    • 私有网络设备：192.168.1.2 → NAT → 公共 IP 地址：203.0.113.1
  • 这样，多个设备可以通过一个公共 IP 地址访问互联网。

如何查看设备的私有 IP 地址？

• Windows 系统：

  1. 打开命令提示符（cmd）。
  2. 输入命令：ipconfig。
  3. 查看“IPv4 地址”字段，例如：192.168.1.100。

• Linux 系统：

  1. 打开终端。
  2. 输入命令：ifconfig 或 ip addr。
  3. 查看网络接口的 IP 地址。

• macOS 系统：

  1. 打开“系统偏好设置”。
  2. 选择“网络”。
  3. 查看当前连接网络的 IP 地址。

• 路由器的私有 IP 地址：

  • 通常可以在浏览器地址栏中输入 192.168.1.1 或 192.168.0.1 进入路由器的管理页面。

IPv6 中的私有地址

IPv6 的私有地址称为 唯一本地地址（ULA），范围是：

• FC00::/7

它类似于 IPv4 的私有地址，但有更大的地址空间。

常见问题

1. 私有 IP 地址可以访问互联网吗？

   • 不可以。需要通过 NAT 或代理服务器将私有地址转换为公共 IP 地址。

2. 私有 IP 地址能重复使用吗？

   • 可以。在不同的网络中，私有地址可以无限次重复使用，但在同一网络中不能重复。

3. 能否手动设置私有 IP 地址？

   • 可以。设备可以使用 DHCP 自动获取私有地址，也可以手动设置静态私有 IP 地址。

公共 IP 地址（Public IP Address）详解

公共 IP 地址 是分配给互联网上设备的唯一地址，用于设备间直接通信。它由 互联网号码分配机构（IANA） 统一分配，并通过各地区的互联网注册机构（RIR）进一步分发给 ISP 和最终用户。每个公共 IP 地址在全球范围内都是唯一的，确保互联网上设备能够相互识别和通信。

公共 IP 地址的范围

IPv4 的公共 IP 地址范围如下（排除私有地址和保留地址）：

• 公共 IP 地址的范围中排除了私有 IP 地址 (10.x.x.x、172.16.x.x - 172.31.x.x 和 192.168.x.x) 和特殊保留地址（如广播地址、环回地址 127.0.0.1）。

公共 IP 地址的特点

1. 全球唯一性：

   • 每个公共 IP 地址在全球范围内是唯一的，确保互联网上的设备可以通过这个地址进行唯一标识和定位。

2. 直接访问互联网：

   • 公共 IP 地址的设备可以直接与其他互联网设备通信，无需通过 NAT。

3. 路由能力：

   • 公共 IP 地址是全球互联网路由系统的一部分，可以通过路由器在全球范围内转发。

4. 有限资源：

   • IPv4 的公共 IP 地址只有约 43 亿个，由于互联网设备的迅速增加，IPv4 公共地址已接近耗尽，促使 IPv6 的广泛部署。

公共 IP 地址的分配方式

公共 IP 地址通过以下方式分配：

1. 静态公共 IP 地址：

   • 长期分配给一个特定设备或服务器，适用于需要固定地址的场景，如托管网站、服务器等。
   • 优势：地址固定，便于远程访问和管理。
   • 劣势：分配成本较高。

2. 动态公共 IP 地址：

   • 由 ISP 通过 DHCP 动态分配，适用于普通家庭或企业用户。
   • 优势：节省公共地址资源，成本低。
   • 劣势：地址会定期变化，可能会影响某些需要稳定 IP 的应用。

公共 IP 地址的用途

1. 设备直接连接互联网：

   • 公共 IP 地址用于标识连接互联网的设备，如服务器、网站主机、云服务等。

2. 托管服务：

   • 企业和个人网站需要公共 IP 地址以供全球访问。

3. 远程访问：

   • 使用公共 IP 地址，可以通过远程桌面、SSH 等方式访问远程设备。

4. 网络游戏和在线服务：

   • 公共 IP 地址允许设备直接与游戏服务器或其他设备交互。

IPv4 公共 IP 地址耗尽

由于 IPv4 地址的限制（约 43 亿个地址），随着互联网设备的激增，公共 IPv4 地址几乎全部耗尽。为解决这一问题：

1. 引入 IPv6：

   • IPv6 提供了 128 位地址空间，总共有 340 座“百亿亿亿”（21282^{128}2128）个地址，可完全满足未来需求。
   • IPv6 的公共地址范围从 2000::/3 开始。

2. NAT（网络地址转换）：

   • 使用 NAT 技术，多个设备共享一个公共 IP 地址，通过私有 IP 地址与外部网络通信。

如何查找设备的公共 IP 地址？

• 通过浏览器：

  1. 打开浏览器，访问网站如 whatismyipaddress.com 或 ipinfo.io。
  2. 网站会直接显示当前设备的公共 IP 地址。

• 通过命令行：

  • 使用 curl 或其他工具获取公共 IP 地址：

    curl ifconfig.me

公共 IP 地址 vs 私有 IP 地址

常见问题

1. 公共 IP 地址可以手动设置吗？

   • 如果 ISP 提供静态公共 IP 地址，可以手动配置在设备上。
   • 动态公共 IP 地址由 ISP 自动分配，用户无法直接控制。

2. 公共 IP 地址是固定的吗？

   • 静态公共 IP 地址是固定的；动态公共 IP 地址会根据 ISP 的分配周期更换。

3. 一个设备能有多个公共 IP 地址吗？

   • 是的，例如服务器可以绑定多个公共 IP 地址，用于不同的服务或虚拟机。

4. 能否从公共 IP 地址反查设备位置？

   • 公共 IP 地址通常可用于估算设备的地理位置，但并不精确（基于 ISP 的位置）。

在家庭网络中，一台电脑通过路由器连接互联网，通常会使用 私有 IP 地址。下面是具体情况的分析：

电脑的 IP 地址：私有 IP 地址

1. 分配方式：

   • 路由器会使用 DHCP（动态主机配置协议） 动态分配一个 私有 IP 地址 给连接的设备（如电脑、手机等）。
   • 私有 IP 地址通常在以下范围内（根据 RFC 1918 标准）：
     • 10.0.0.0 - 10.255.255.255
     • 172.16.0.0 - 172.31.255.255
     • 192.168.0.0 - 192.168.255.255

2. 作用：

   • 私有 IP 地址只在局域网（LAN）内有效，不能直接用于访问互联网。
   • 例如，家庭网络中常见的私有 IP 地址格式是 192.168.x.x。

3. 路由器的作用：

   • 当电脑向外部互联网发送请求时，路由器会通过 网络地址转换（NAT） 把私有 IP 转换成公共 IP 地址。

路由器的 IP 地址：公共 IP 地址

1. 路由器的外网接口（WAN）：

   • 路由器从 互联网服务提供商（ISP） 获取一个 公共 IP 地址，这是用于与互联网直接通信的地址。
   • 例如，路由器的公共 IP 地址可能是 123.45.67.89。

2. 路由器的内网接口（LAN）：

   • 路由器在局域网内充当 DHCP 服务器，分配私有 IP 地址（如 192.168.1.x）给局域网中的设备。

简化通信流程

假设电脑的私有 IP 是 192.168.1.5，路由器的公共 IP 是 123.45.67.89，当电脑访问互联网时：

1. 发送请求：

   • 电脑（私有 IP）通过路由器，发送访问目标网站的请求（如 www.google.com）。
   • 路由器的 NAT 功能将请求的来源地址改为其公共 IP 地址（123.45.67.89）。

2. 接收响应：

   • 目标网站将响应数据发送到路由器的公共 IP 地址。
   • 路由器根据 NAT 表，将响应数据转发回对应的私有 IP 地址（192.168.1.5）。

总结

• 电脑使用的是私有 IP 地址（如 192.168.1.5）。
• 路由器使用的是公共 IP 地址（如 123.45.67.89）来与互联网通信。
• 私有 IP 地址是局域网内设备之间通信使用的，而公共 IP 地址是路由器与互联网之间通信的唯一标识。

这张图片描述了子网划分的五个步骤，具体如下：

1. 确定IP地址的类别并记录默认子网掩码。
2. 将默认子网掩码转换为二进制形式。
3. 记录每个子网所需的主机数量，找到子网生成器（SG）和八位组的位置。
4. 生成新的子网掩码。
5. 使用子网生成器（SG）在适当的八位组位置生成网络范围（子网）

问题1：要将 IP 地址 216.21.5.0 划分为每个子网至少包含 30 个主机的子网，可以按照以下步骤完成子网划分：

步骤 1：确定 IP 地址类别和默认子网掩码

• 216.21.5.0 属于 C 类地址（因为 216 的范围是 192–223）。
• 默认子网掩码是：255.255.255.0 或 /24。

步骤 2：每个子网所需的主机数

• 每个子网至少需要 30 个主机。
• 主机位数计算公式： 2H−2≥所需主机数2^H - 2 \geq \text{所需主机数}2H−2≥所需主机数 其中 HHH 是主机位数。
• 解： 25−2=302^5 - 2 = 3025−2=30 所以，需要 5 位作为主机位。

步骤 3：生成新的子网掩码

• IPv4 地址总共有 32 位，默认子网掩码为 /24，主机位数占 5 位，则子网位数为： 32−5=2732 - 5 = 2732−5=27
• 新的子网掩码为 /27，对应的十进制表示为：255.255.255.224。

步骤 4：确定子网生成器（SG）和子网范围

• 子网生成器（SG）：
  根据子网掩码 /27 的最后一个八位组，子网块大小为：

  28−子网位数=28−3=322^{8 - \text{子网位数}} = 2^{8 - 3} = 3228−子网位数=28−3=32

  因此，子网间隔是 32。

• 子网范围：
  根据子网生成器，将子网划分如下：

  • 第一个子网：216.21.5.0 - 216.21.5.31（主机范围：216.21.5.1 - 216.21.5.30）
  • 第二个子网：216.21.5.32 - 216.21.5.63（主机范围：216.21.5.33 - 216.21.5.62）
  • 第三个子网：216.21.5.64 - 216.21.5.95（主机范围：216.21.5.65 - 216.21.5.94）
  • 依此类推。

总结

将 216.21.5.0 划分为每个子网至少 30 个主机后：

• 子网掩码：255.255.255.224 或 /27。
• 每个子网间隔：32。
• 子网范围：
  • 216.21.5.0 - 216.21.5.31
  • 216.21.5.32 - 216.21.5.63
  • 216.21.5.64 - 216.21.5.95
  • ...