1.1.4 IP地址
1.IP地址的格式
IP地址是一个32位的二进制数，分为4个部分（或称4段），如图1-2所示，每部分为8位二进制数，再把各部分的8位二进制数分别转换成十进制数，十进制数与十进制数之间用点隔开，这就形成了IP地址的通用表示方式，称为点分十进制。点分十进制这种IP地址写法方便书写和记忆。8位二进制数转换成十进制数最大不能超过255，即点分十进制的每一部分最大不能超过255。
图1-2 IP地址的格式
2.IP地址的组成
IP地址分为网络部分和主机部分。网络部分即网络号，表示IP地址所属的网段；主机部分即主机号，用于唯一标识本网段上的某台网络设备。以IP地址192.168.10.123/24为例，如图1-2所示，图中第1、2、3部分为网络位，第4部分为主机位。
3.IP地址的分类
IPv4定义了5种地址类型，其中A 类、B 类和C 类地址为单播IP地址，D 类地址用作组播地址，而E类地址是实验地址。
（1）A 类地址
网络地址的最高位是0的地址为A 类地址，即第1位二进制数为0的地址属于A 类地址。A 类地址的前8位二进制数是网络位。网络ID 是0不能用，127作为保留网段，因此A 类地址第1部分的取值范围为1～126。
主机ID 由第2部分、第3部分和第4部分组成，每部分的取值范围为0～255，共256种取值。主机ID 全部为0的地址为网络地址，而主机ID 全部为1的地址为广播地址，每个A类网络可以容纳的最大主机数量是256×256×256-2=16 777 214。
（2）B类地址
在32位IP地址中，前两位二进制数为10的地址属于B 类地址。B 类地址的前16位二进制数是网络位。IP地址第1部分的取值范围为128～191。
主机ID 由第3部分和第4部分组成，每个B类网络可以容纳的最大主机数量是256×256-2=65 534。
（3）C类地址
在32位IP地址中，前三位二进制数为110的地址属于C类地址。C类地址的前24位二进制数是网络位。IP地址第1部分的取值范围为192～223。
主机ID 由第4部分组成，每个C类网络可以容纳的最大主机数量是256-2=254。
（4）D 类地址
网络地址的最高位是1110的地址为D类地址。D类地址第1部分的取值范围为224～239。D 类地址是用于多播（也称组播）的地址，组播地址没有子网掩码。
（5）E类地址
网络地址的最高位是11110的地址为E类地址。E类地址第1部分的取值范围为240～255，保留为今后使用。
4.IP地址的类型
IPv4中的部分IP地址被保留用于特殊用途。为节省IPv4地址，A、B、C类地址段中都预留了特定范围的地址作为私网地址。目前，世界上所有终端系统和网络设备需要的IP地址总数已经超过了32位IPv4地址所能支持的最大地址数4 294 967 296。为主机分配私网地址节省了公网地址，可以用于缓解IP地址短缺的问题。企业网络中普遍使用私网地址，不同企业网络中的私网地址可以重叠。默认情况下，网络中的主机无法使用私网地址与公网通信，当需要与公网通信时，私网地址必须转换成公网地址。还有其他特殊的IP地址，例如：127.0.0.0网段中的地址为环回地址，用于诊断网络是否正常。IPv4中的第一个地址0.0.0.0表示任何网络，IPv4中的最后一个地址255.255.255.255是0.0.0.0网络中的广播地址。
私有地址范围：
A 类：10.0.0.0～10.255.255.255。
B类：172.16.0.0～172.31.255.255。
C类：192.168.0.0～192.168.255.255。
特殊地址：
127.0.0.0～127.255.255.255。
0.0.0.0。
255.255.255.255。
5.子网掩码
子网掩码用于区分网络部分和主机部分。子网掩码与IP地址的表示方法相同。每个IP地址和子网掩码一起可以用于唯一地标识一个网段中的某台网络设备。子网掩码中的1表示网络位，0表示主机位。
A 类网络默认子网掩码为255.0.0.0。
B类网络默认子网掩码为255.255.0.0。
C类网络默认子网掩码为255.255.255.0。
IP地址和子网掩码做与运算，主机位归0，就得到计算机所在的网段。
计算机通信时先要判断目标地址和自己是否在同一个网段。使用自己的IP地址和子网掩码做与运算，得到自己所在的网段；使用目标IP地址和子网掩码做与运算，得到目标主机所在的网段；比较这两个网段是否一样。
6.网关
报文转发过程中，首先需要确定转发路径以及通往目的网段的接口，然后将报文封装在以太帧中通过指定的物理接口转发出去。如果目的主机与源主机不在同一网段，则报文需要先转发到网关，然后通过网关将报文转发到目的网段。
网关是指接收并处理本地网段主机发送的报文并转发到目的网段的设备。为实现此功能，网关必须知道目的网段的IP地址。网关设备上连接本地网段的接口地址即为该网段的网关地址。
7.子网划分
按照IP地址传统的分类方法，一个网段有200台计算机，分配一个C类网络，192.168.1.0 255.255.255.0，可用的地址范围是192.168.1.1～192.168.1.254，虽然没有全部用完，但这种情况还不算是极大浪费。
如果一个网段中有300台计算机，分配一个C类网络，地址就不够用了，此时需要分配一个B类网络，172.17.0.0 255.255.0.0，该B 类网络可用的地址范围是172.17.0.1～172.17.255.254，一共有65 534个地址可用，这就造成了极大的浪费。
子网的划分实际上就是设计子网掩码的过程。子网掩码主要用于区分IP地址中的网络ID 和主机ID，它可以屏蔽IP地址的一部分，从IP地址中分离出网络ID 和主机ID。
采用借位的方法，从主机号最高位借几位变为新的子网号，剩余部分仍然为主机号，使本来应当属于主机号的部分变为网络号，这样就实现了划分子网的目的。借位使得IP地址的结构分为3部分：网络位、子网位和主机位。假设n 表示所借子网位数，m 表示主机位数，则子网个数为2n，主机数为2m，有效主机数为2m-2。