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IPv4 地址类别

IPv4 - 地址分配与子网划分

Section titled “IPv4 - 地址分配与子网划分”

理解 IPv4 地址的结构和分配方式是网络的基础。虽然历史上 IPv4 地址被划分为僵化的“类别”，但现代网络主要使用一种更灵活的系统，称为无类别域间路由（Classless Inter-Domain Routing，CIDR）。

IPv4 地址是 32 位数字，通常表示为“点分十进制表示法”（例如 192.168.1.1）。点之间的每个数字都是一个八位组（8 位），范围从 0 到 255。

互联网号码分配局（IANA）与区域互联网注册管理机构（RIRs）一起管理 IP 地址的全球分配。

历史概述：地址类别

Section titled “历史概述：地址类别”

最初，IPv4 地址被划分为五类（A、B、C、D、E）。这个系统有助于定义网络大小，但缺乏灵活性。虽然已被 CIDR 在很大程度上取代，但理解这些类别提供了历史背景，有助于解释较旧的网络配置。

地址类别由第一个八位组的前几位决定：

  • A 类: 第一位是 0。第一个八位组范围：1-126。历史上用于超大型网络。默认子网掩码：255.0.0.0。地址范围 127.x.x.x（例如 127.0.0.1）保留用于环回地址（loopback addresses），用于主机发送数据包给自己。
  • B 类: 前两位是 10。第一个八位组范围：128-191。历史上用于中大型网络。默认子网掩码：255.255.0.0。
  • C 类: 前三位是 110。第一个八位组范围：192-223。历史上用于小型网络。默认子网掩码：255.255.255.0。

现代方法：无类别域间路由 (CIDR)

Section titled “现代方法：无类别域间路由 (CIDR)”

CIDR（发音类似“cider”）取代了有类别地址分配，使得 IP 地址分配更高效、更灵活。CIDR 使用子网掩码，通常用前缀长度（例如 /24）表示，来定义 IP 地址中的网络部分和主机部分的边界。

例如，在 192.168.1.10/24 中:

  • /24 表示前 24 位（即前三个八位组：192.168.1）代表网络 ID (network ID)。
  • 剩余的 8 位（即最后一个八位组：.10）代表该网络中的主机 ID (host ID)。

对于 /24 网络，子网掩码是 255.255.255.0。使用 CIDR，网络管理员可以创建各种大小的子网，优化地址空间使用。

计算可用 IP 地址数量:

对于任何由前缀长度定义的给定网络，有两个 IP 地址不能用于主机：

  • 网络地址 (Network Address): 范围内的第一个地址（主机位全为 0）。它标识着网络本身。
  • 广播地址 (Broadcast Address): 范围内的最后一个地址（主机位全为 1）。发送到此地址的数据包会被该特定网络上的所有主机接收。

子网中可用主机地址的数量是 2H - 2，其中 H 是主机部分的可用位数（H = 32 - 前缀长度）。

示例：对于 /24 网络，H = 32 - 24 = 8 位用于主机。因此，28 - 2 = 256 - 2 = 254 个可用主机 IP。

特殊 IP 地址范围

Section titled “特殊 IP 地址范围”

某些 IPv4 地址范围保留用于特定目的：

私有 IP 地址 (RFC 1918)

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这些范围用于私有网络内（例如，家庭、企业），在公共互联网上不可路由。使用私有 IP 的设备通常通过网络地址转换（NAT）访问互联网。

  • 10.0.0.0 到 10.255.255.255 (10.0.0.0/8)
  • 172.16.0.0 到 172.31.255.255 (172.16.0.0/12)
  • 192.168.0.0 到 192.168.255.255 (192.168.0.0/16)

环回地址 (Loopback Addresses)

Section titled “环回地址 (Loopback Addresses)”

127.0.0.0/8 范围保留用于环回。最常见的环回地址是 127.0.0.1，主机使用它来测试自身的网络栈或与自身上运行的服务进行通信。

Section titled “链路本地地址 (Link-Local Addresses) (APIPA)”

169.254.0.0/16 范围（具体为 169.254.1.0 到 169.254.254.255）用于自动私有 IP 地址分配（Automatic Private IP Addressing，APIPA）。如果设备配置为使用 DHCP 但找不到 DHCP 服务器，它可能会从这个范围给自己分配一个 IP 地址，以便与同一本地网段上同样自分配了地址的其他设备通信。

组播地址 (Multicast Addresses)（原 D 类）

Section titled “组播地址 (Multicast Addresses)（原 D 类）”

224.0.0.0 到 239.255.255.255 (224.0.0.0/4) 范围保留用于 IP 组播。组播允许将单个数据包发送到已加入组播组的多个特定接收者。这不同于广播（在子网上的点对多）和单播（点对点）。在传统意义上，组播地址没有子网掩码或网络/主机划分的概念。

保留供将来使用（原 E 类）

Section titled “保留供将来使用（原 E 类）”

240.0.0.0 到 255.255.255.255 (240.0.0.0/4) 范围保留用于实验或将来使用。地址 255.255.255.255 用作受限广播地址。