IPv4 编址简明教程

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引子

同事微信上丢过来一条消息。服务无法访问了， http://10.200.48.106:9100/ 。 我说，你在哪？ 他说，在家。 我说，你没登录VPN。 他说，我再试试。过了一会儿，他说，访问正常了，但为什么要登录VPN？ 我说，10开头的IP是私有IP，仅能在公司内网访问。他说，我如何知道哪些IP是私有 IP？ 我说，看下文。

IPv4编址现状

IPv4（Internet Protocol version 4，网际协议版本4）使用 4 字节(32位)数值进行编址，这些位被分为4段，每一段8位，也就是1个字节。常用点分十进制表示，例如 8.8.8.8, 192.168.100.101等。

IPv4使用4个字节编址，理论上最多可以提供232（约42.9亿）个IP地址。貌似非常多，其实不然。全局IP地址的全球性管理机构为互联网号码分配局（IANA），其下有五个局域网际网络注册管理机构（RIR）。截止目前，IP地址即将耗尽，详细可参考文献1。1993年，互联网工程任务组（IETF）推出网络地址转换（NAT）与无类别域间路由（CIDR）。这些过渡方案减缓了IP 耗尽的发生速度，最终的解决方案仍需要转换到IPv6。本文仅讲解 IPv4 编址。

分类网络

IP地址由网络地址（Network Address）和主机地址（Host Address）两部分组成。网络地址唯一标识一个网络，主机地址唯一标识网络中的设备。根据网络规模对网络进行分类，分为 A、B、C、D、E五类网络，一般常用的是前3种，因此下面主要介绍 A、B、C三类网络。

A 类网络

  • 网络地址占1个字节（8位），其中第1个字节的第1个比特永远为0。主机地址占3个字节（24位）。以1个字节一组可表示为 网络.主机.主机.主机, 可认为默认子网掩码为 255.0.0.0。
  • 网络个数有多少个？ 第1个字节网络地址范围 00000000 ~ 01111111，即 0 ~ 127。网络个数27=128个。但其中0为默认路由保留，127为环回测试保留，实际可用 A 类网络共 128-2=126 个。
  • 每个网络主机个数有多少个？主机地址占3字节，共计 224=16777216 个。其中主机地址全0与全1分别为网络与广播保留，实际可用为 16777214 个，超过1600万个。
  • A 类网络 IP 地址举例： 8.8.8.8, 10.1.100.101

B 类网络

  • 网络地址占2个字节（16位），其中第1个字节的第1个比特永远为1，第2个比特永远为0。主机地址占2个字节（16位）。以1个字节一组可表示为 网络.网络.主机.主机, 可认为默认子网掩码为 255.255.0.0。
  • 网络个数有多少个？ 第1个字节网络地址范围 10000000 ~ 10111111，即 128 ~ 191。网络个数214=16384个。实际可用 B 类网络共 16384 个。
  • 每个网络主机个数有多少个？主机地址占2字节，共计 216=65536 个。其中主机地址全0与全1分别为网络与广播保留，实际可用为 65534 个，超过6万个。
  • B 类网络 IP 地址举例： 114.114.114.114, 172.16.100.101

C 类网络

  • 网络地址占3个字节（24位），其中第1个字节的前2个比特永远为1，第3个比特永远为0。主机地址占1个字节（8位）。以1个字节一组可表示为 网络.网络.网络.主机, 可认为默认子网掩码为 255.255.255.0。
  • 网络个数有多少个？ 第1个字节网络地址范围 11000000 ~ 11011111，即 192 ~ 223。网络个数221=2097152个。实际可用 C 类网络共 2097152 个，超过200万个。
  • 每个网络主机个数有多少个？主机地址占1字节，共计 28=256 个。其中主机地址全0与全1分别为网络与广播保留，实际可用为 254 个。
  • C 类网络 IP 地址举例： 192.168.100.101

D、E 类网络

  • D 类网络用于组播地址。第1个字节网络地址范围 224 ~ 239。
  • E 类网络用于科研保留。第1个字节网络地址范围 240 ~ 247。

分类网络总结表

分类 第1个字节前缀 网络地址比特/主机地址比特 第1个字节范围 网络数 主机数
A类 0 8 / 24 0 ~ 127 27-2=126 27-2=126
B类 10 16 / 16 128 ~ 191 214=16384 216-2=65534
C类 110 24 / 8 192 ~ 223 221=2097152 28-2=254
D类 1110 N/A 224 ~ 239 N/A N/A
E类 11110 N/A 240 ~ 247 N/A N/A

特殊用途的 IP

某些 IP 地址为特殊用途而保留，不能将之分配给设备。详细可参考文献1。

地址说明 用途
0.0.0.0 默认路由
255.255.255.255 任意网络所有主机广播
主机地址全0 例如192.168.100.0 表示网络地址
主机地址全1 例如192.168.100.255 此192.168.100网络中所有主机广播
127.0.0.1 ~ 127.255.255.254 环回（本地主机）测试本机 IP 协议栈

私有 IP 地址

  • 专用网络是指遵守RFC 1918（IPv4）使用私有IP地址空间的网络。
  • 私有IP无法直接连接互联网，需要使用网络地址转换（Network Address Translator，NAT）或者代理服务器 （Proxy Server）来实现。
  • 私有IP一方面为局域网提供了一定的安全性，另一方面也节省了宝贵的 IP 地址空间。例如利用专用网络，整个公司甚至仅需一个公网 IP 即可满足全公司访问互联网的需求。
  • RFC1918规定，私有 IP 无法在互联网上进行全局路由，仅能用于局域网中。
  • RFC1918规定，私有 IP 包括1个 A 类网络（10.0.0.0/8）， 16个 B 类网络(172.16.0.0/12)，256个 C 类网络(192.168.0.0/16)

私有 IP 总结表

类别 网络个数 IP 区段 IP数量 CIDR（子网掩码）
A 类 1 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255 16777216 10.0.0.0/8(255.0.0.0)
B 类 16 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255 1048576 172.16.0.0/12(255.240.0.0)
C 类 256 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255 65536 10.0.0.0/8(255.255.0.0)

总结

至此，聪明的你应该对 IPv4编址有了清晰的认识吧？ 最后考考你，下面哪些 IP 地址是私有 IP 呢？

  1. 10.10.10.10
  2. 172.10.10.10
  3. 172.20.10.10
  4. 192.168.10.10
  5. 192.192.10.10

参考文献

  1. 维基百科IPv4
  2. 维基百科专用网络
  3. CCNA 学习指南 - 数据中心
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