网络编程之IP地址&子网掩码

合集 - python网络编程(24)

1.网络编程之IP地址&子网掩码2023-08-03

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IP地址是什么

P地址是用于在网络中唯一标识设备的一组数字即终端在该网络中的身份证。它分为IPv4和IPv6两个版本。

IPv4地址由32位二进制数字组成（分4段，因此每段最大值是255），通常以点分十进制表示，如192.168.0.1。IPv4地址分为网络地址和主机地址两部分，其中网络地址用于标识网络，主机地址用于标识具体的设备。

IPv6地址由128位二进制数字组成，通常以冒号分隔的八组四位十六进制数表示，如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。IPv6地址的长度更长，可以提供更多的地址空间。

示例：

• IPv4示例：192.168.0.1、10.0.0.1
• IPv6示例：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334、fe80::1

坑：

• IP地址的唯一性：IP地址在整个互联网中应该是唯一的，但由于IPv4地址空间有限，可能会出现地址冲突的情况，导致网络连接问题。
• IP地址的变动：对于使用动态IP地址的设备，IP地址可能会随着网络环境的变化而改变，这可能会影响网络连接和服务访问。

最佳实践：

• IP地址规划：在搭建网络时，应合理规划IP地址的分配，避免地址冲突和子网划分不合理的问题。
• 使用私有IP地址：为了节省公共IP地址资源，内部网络通常使用私有IP地址，如192.168.x.x或10.x.x.x。通过网络地址转换（NAT）技术，内部设备可以与公共互联网进行通信。
• IP地址管理：对于大型网络，应建立IP地址管理系统，及时记录和管理各个设备的IP地址，以便监控和维护。

总结： IP地址是用于在网络中唯一标识设备的数字组合，包括IPv4和IPv6两个版本。在使用IP地址时，需要注意地址的唯一性、变动性，并遵循最佳实践进行地址规划和管理。

网络地址和主机地址

IP代表终端，如何根据IP地址找到终端呢？

IPv4地址由32位二进制数字组成，由3个点分割为4个0-255的十进制整数，如192.168.0.1。IPv4地址分为网络地址和主机地址两部分。

网络地址：用于标识网络的一部分，确定了设备所在的网络。网络地址的范围是根据IP地址的类别（A、B、C、D、E）来确定的。

其中，A类地址的网络地址占8位，B类地址占16位，C类地址占24位。剩余的位数用于主机地址。

主机地址：用于标识具体的设备，确定了设备在网络中的唯一性。主机地址的范围是根据网络地址的划分和子网掩码来确定的。

示例：

1. 对于IP地址192.168.0.1，其中192.168是网络地址，0.1是主机地址。

   • 网络地址：192.168
   • 主机地址：0.1

2. 对于IP地址10.0.0.1，其中10是网络地址，0.0.1是主机地址。

   • 网络地址：10
   • 主机地址：0.0.1

需要注意的是，不同的IP地址类别有不同的网络地址和主机地址的位数分配。此外，还可以使用子网掩码对IP地址进行更精确的划分，将网络地址再细分为子网。通过子网掩码，可以确定网络地址和主机地址的划分边界。

总结： IPv4地址由32位二进制数字组成，分为网络地址和主机地址两部分。网络地址用于标识网络的一部分，确定了设备所在的网络；主机地址用于标识具体的设备，确定了设备在网络中的唯一性。不同的IP地址类别有不同的网络地址和主机地址的位数分配，可以通过子网掩码进行更精确的划分。

 IP地址分类

IPv4地址根据网络地址的位数划分为以下五类：A类、B类、C类、D类和E类。每个类别的地址范围和用途如下：

1. A类地址：

   • 网络地址范围：1.0.0.0 - 126.0.0.0
   • 主机地址位数：24位（网络位8位）
   • 用途：A类地址主要用于大型网络，可以支持约1.67亿个主机。

2. B类地址：

   • 网络地址范围：128.0.0.0 - 191.255.0.0
   • 主机地址位数：16位（网络位16位）
   • 用途：B类地址适用于中等规模的网络，可以支持约6.55万个主机。

3. C类地址：

   • 网络地址范围：192.0.0.0 - 223.255.255.0
   • 主机地址位数：8位（网络位24位）
   • 用途：C类地址常用于小型网络，可以支持约254个主机。

4. D类地址：

   • 网络地址范围：224.0.0.0 - 239.255.255.255
   • 用途：D类地址用于多播（Multicast）通信，可将数据同时传输给一组设备。

5. E类地址：

   • 网络地址范围：240.0.0.0 - 255.255.255.255
   • 用途：E类地址保留为特殊用途，不常用。

示例：

• A类地址示例：10.0.0.1、47.123.56.2
• B类地址示例：172.16.0.1、150.100.50.2
• C类地址示例：192.168.0.1、203.0.113.2

子网掩码

子网掩码（Subnet Mask）是一个32位的二进制数字，用于划分IP地址为网络地址和主机地址两部分。它与IP地址进行逻辑运算，通过对IP地址的每一位与子网掩码对应位置的位进行与运算，来确定网络地址和主机地址的范围。

子网掩码中的连续的1表示网络地址的部分，连续的0表示主机地址的部分。子网掩码中的1的个数决定了网络地址的位数，而0的个数则决定了主机地址的位数。

例如，常见的子网掩码255.255.255.0表示前24位为网络地址，后8位为主机地址。这意味着在同一网络中，前三个数字相同的IP地址属于同一个网络，而最后一个数字则标识具体的设备。

示例： 假设有一个IP地址为192.168.0.1，子网掩码为255.255.255.0。将IP地址和子网掩码进行逻辑与运算：

IP地址： 11000000.10101000.00000000.00000001 子网掩码： 11111111.11111111.11111111.00000000 逻辑与运算后： 11000000.10101000.00000000.00000000

从逻辑与运算的结果可以看出，前24位（连续的1）为网络地址，后8位（连续的0）为主机地址。因此，该IP地址的网络地址为192.168.0.0，主机地址范围为0.1-0.255。

子网掩码常用的表示形式还有CIDR（Classless Inter-Domain Routing）格式，如192.168.0.0/24。其中，/24表示网络地址中连续的1的位数。

子网掩码的作用是帮助路由器或交换机等网络设备正确地将数据包转发到目标设备所在的网络。它还用于划分子网（Subnet），即将一个大的网络划分为多个较小的网络，以提高网络性能、安全性和管理效率。

需要注意的是，子网掩码的选择应根据网络规模和需求进行合理的划分。较大的子网掩码可以提供更多的主机地址，但会浪费IP地址空间；较小的子网掩码则可以节省IP地址空间，但可能导致主机地址不足。因此，在进行网络规划时，需要综合考虑网络规模、主机需求和IP地址资源等因素。