IP地址的概念及层次结构
1. IP地址
为了使Internet的主机在通信时能够相互识别，Internet的每一台主机都分配有一个唯一的IP地址，也称为网络地址。
1.1 物理地址和逻辑地址
每一个物理网络中的网络设备都有其真实的物理地址。物理网络的技术和标准不同，其物理地址编码也不同。以太网物理地址用48位二进制数编码。因此可以用12个十六进制数表示一个物理地址。一般格式为00-10-5a-63-aa-99。物理地址也叫MAC地址，它是数据链路层地址，即二层地址。以太网就是利用MAC地址标识网络中的一个结点，两个以太网结点的通信需要知道对方的MAC地址。物理地址通常是由网络设备的生产厂家直接烧入设备的网络接口卡的EPRO
M中的，它存储的是传输数据时真正用来标识发出数据的源端设备和接收数据的目的端设备的地址。也就是说，在网络底层的物理传输过程中，是通过物理地址来标识网络设备的，这个物理地址一般是全球唯一的。物理地址只能够将数据传输到与发送数据的网络设备直接连接的接收设备上。对于跨越互联网的数据传输，物理地址不能提供逻辑的地址标识手段。在互联网中传输信息，必须实现结点的统一表示方法。
互联网对各种物理网络地址的统一是在IP层完成的。IP协议提供了一种互联网通用的地址格式，该地址目前的版本是IPv4，由32位的二进制数表示，用于屏蔽各种物理网络的地址差异。IP协议规定的地址叫做IP地址。IP地址由IP地址管理机构进行统一管理和分配，保证互联网上运行的设备（如路由器、主机等）不会产生地址冲突。
在互联网上，IP地址指定的不是一台计算机，而是计算机到一个网络的连接。因此 ，具有多个网络连接的互联网设备就应具有多个IP地址，如路由器。
IP地址是第三层地址，所以有时又称为网络地址，该地址是随着设备所处网络位置不同而变化的，即设备从一个网络被移到另一个网络时，其IP地址也会相应地发生改变。也就是说，IP地址是一种结构化的地址，其可以提供关于主机所处的网络位置信息。
总之，逻辑地址放在IP数据报的报头，而物理地址则放在MAC帧的报头。物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而逻辑地址是网络层和以上各层使用的地址。如图1所示，简要示意了IP地址和MAC地址的关系。
图1 OSI中IP地址和MAC地址的关系
1.2 IP地址的结构、分类与表示
1.2.1 每个ip地址由什么组成IP地址的结构
一个互联网包括了多个网络，而一个网络又包括了多台主机，因此，互联网是具有层次结构的。互联网使用的IP地址也采用了层次结构。IP地址以32位二进制位的形式存储于计算机中。32位的IP地址结构由网络ID和主机ID两部分组成，如图2所示。其中，网络ID（又称为
网络标识、网络地址、网络号）用于标识互联网中的一个特定网络，标识该主机所在的网络，而主机ID（又称为主机地址、主机号）则标识该网络中的一个特定连接，在一个网段内部，主机ID必须是唯一的。IP地址的编址方式携带了位置信息。通过一个具体的IP地址，马上就能知道它位于哪个网络。正是因为网络标识所给出的网络位置信息才使得路由器能够在通信子网中为IP分组选择一条合适的路径，寻网络地址对于IP数据报文在互联网中进行路由选择极为重要。地址的选择过程就是通过互联网络为IP数据报文选择目标地址的过程。
图2 IP地址的组成
由于IP地址包含了主机本身和主机所在的网络的地址信息。所以在将一个主机从一个网络移到另一个网络时，主机IP地址必须进行修改，否则，就不能与互联网上的其它主机正常通信。
1.2.2 IP地址的表示
在计算机内部，IP地址使用二进制数表示的，共32位。
例如：11000000.10101000.00000001.01100100；
图3 IP地址的表示方法
为了表示方便，国际运行一种“点分十进制表示法(dotted decimal notation)”。即将32位的IP地址按字节分为4段，高字节在前，每个字节用十进制数表示，并且各字节之间用圆点“.”隔开，表示成。这样IP地址表示成了一个用点号隔开的4组数字，每组数字的取值范围只能是0~255。上例用二进制表示的IP地址可以用点分十进制192.161.100表示。如图3所示。
1.2.3 IP地址分类
为适应不同规模的网络，可将IP地址分类，称为有类地址。每个32位的IP地址的最高位或起始几位标识地址的类别。InterNIC将IP地址分为A、B、C、D和E五类，如图8.4所示。其中A、B、C类被作为普通的主机地址，D类用于提供网络组播服务或作为网络测试之用，E类保留给未来扩充使用。每类地址中定义了它们的网络ID和主机ID各占用32位地址中的多少位，就是说每一类中，规定了可以容纳多少个网络，以及这样的网络中可以容纳多少台主机。
（1）A类地址
如图8.4所示，A类地址用来支持超大型网络。A类IP地址仅使用第一个8位组标识地址的网络部分，其余的3个8位组用来标识地址的主机部分。用二进制表示时，A类地址的第1位（最左边）总是0。因此，第1个8位组的最小值为00000000（十进制数为0），最大值为01111111（十进制数为127）。但是0和127两个数保留使用。不能用作网络地址。任何IP地址第1个8位组的取值范围从1到126之间都是A类地址。
图4 IP地址的组成
（2）B类地址
如图8.4所示，B类地址用来支持中大型网络。B类IP地址使用4个8位组的前2个8位组标识地址的网络部分。其余的2个8位组用来标识地址的主机部分。用二进制表示时，B类地址的前2位（最左边）总是10。因此，第1个8位组的最小值为10000000（十进制数为128），最大值为10111111（十进制数为191）。任何IP地址第1个8位组的取值范围从128到191之间都是B
类地址。
（3）C类地址
如图8.4所示，C类地址用来支持小型网络。C类IP地址使用4个8位组的前3个8位组标识地址的网络部分。其余的1个8位组用来标识地址的主机部分。用二进制表示时，C类地址的前3位（最左边）总是110。因此，第1个8位组的最小值为11000000（十进制数为192），最大值为11011111（十进制数为223）。任何IP地址第1个8位组的取值范围从192到223之间都是C类地址。
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