关于网络IP地址的分类、公网IP、私网IP、特殊IP地址及网络中的相关概念和计算方法
一，什么是IP地址？
IP地址在仅仅是网络层中用于标识一个节点（或者网络设备的接口）。IP地址是主机的唯一标识，保证主机间正常通信。 是一种网络编码，用来确定网络中的节点。
IP地址用于IP报文在网络层中的寻址。
IP地址就像现实中的地址，可以标识网络中的一个节点，数据就是通过它来找到目的地。类似我们人的身份证号码一样。
二，IP地址的表示方式
IP地址是由32位二进制组成。通常被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字节）。分成4组，每组8位。子网掩码也是。例如：11000000.10000000.00000001.00000010 平时为了方便记忆，使用点分十进制格式。前面的二进制IP表示成十进制是：192.128.1.2。
常见IPV4的地址的表示的方式：
十进制：192.168.10.1
二进制：11000000.10101000.00001010.00000001
IP地址最小是全0：00000000.00000000.00000000.00000000，换成十进制：0.0.0.0
IP地址最大是全1：11111111.11111111. 11111111.1111111 换成十进制：255.255.255.255
IPv4地址的最大范围：0.0.0.0~255.255.255.255。
四，IP地址构成
网络部分（用来标识一个网络）+主机部分（用来区分一个网络内的不同主机）
网络部分：用来标识一个网络。网络中会存在许许多多节点（主机）网络号代表是一个范围，所以不能把网络范围配置在具体的一个接口上。
10.1.12.1/24 这是一个具体的IP地址，代表的是一个单一的节点。类似于一个教室中具体的一个同学。
10.1.12.1/24是一个具体节点，那么它属于哪个网络？10.1.12.0/24
而10.1.12.0/24 是一个网络段，就是一个网络范围。
主机部分：用来区分一个网络内的不同主机。
子网掩码：将IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。具备以下特征：
①子网掩码必须和IP地址成对出现，否则没有意义
②子网掩码是用于给IP地址划分网络地址与主机地址的
③和子网掩码1对应的IP地址，代表网络位；和子网掩码0对应的IP地址，代表主机位
④子网中只要1是连续的，就是合理子网掩码
子网掩码是标志两个IP地址是否同属于一个子网的，也是32位二进制地址，其每一个为1代表该位是网络位，为0代表主机位。它和IP地址一样也是使用点式十进制来表示的。如果两个IP地址在子网掩码的按位与的计算下所得结果相同，即表明它们共属于同一子网中。因此，子网掩码就是用来遮掩IP地址并划分网段的工具，根据遮掩的位数不同来划分不同的网段。
自然掩码：
A类地址 255.0.0.0，也可表示为/8
B类地址 255.255.0.0，也可表示为/16
C类地址 255.255.255.0，也可表示为/24
相同子网掩码未必是同一网段的IP，同一网段的IP必然有相同的子网掩码！
解释：主机地址：192.168.1.1/32，在环回口上配置的时候的一个IP，配其他地方是配不上的，配上了互联的时候也会有问题，只能作为最边缘的一个节点。
五、IP地址分类
A类： 0.0.0.0~127.255.255.255/8，8 bit，A类适用的类型为大型网络，A类网络地址数量较少，有126个网络，每个网络支持的最大主机数为256的3次方-2=16777214台；
B类：128.0.0.0~191.255.255.255/16，16 bit，B类适用的类型为中型网络，B类网络地址数量适中，有16384个网络，每个网络支持的最大主机数为256的2次方-2=65534台；
C类：192.0.0.0~223.255.255.255/24，24 bit，C类适用的类型为小型网络，C类网络地址数量较多，有209万余个网络，适用于小规模的局域网络，每个网络支持的最大主机数为256的1次方-2=254台。
D类：224.0.0.0~239.255.255.255，用于组播。
E类：240.0.0.0~255.255.255.255，保留用于将来和实验使用。
注意：只有A,B,C有网络号和主机号之分，D类地址和E类地址没有划分网络号和主机号。A类地址第一组数字为1~126，数字0和127不作为A类地址。
特殊保留的IP地址
网段：我们通常把一个网络号所定义的网络范围称为一个网段。
网络号：范围，不能直接配置在某个接口；主机位全为0，得出网络地址，网络号的第一个地址（如192.168.1.0）被保留作为网络地址，用于标识网络本身。1通常在一个网络中分配给网关使用。网络号的最后一个地址（如192.168.1.255）被保留作为广播地址，用于发送广播消息给网络上的所有设备。这两个地址不分配给任何具体的设备。
广播地址：用于向该网络中的所有主机发送数据的特殊地址。主机位全为1，得出广播地址。
公网IP地址
IP地址是由IANA统一分配的，以保证任何一个IP地址在Internet上的唯一性。这里的IP地址是指公网IP地址。
可以直接在互联网上直接传递，不需要NAT转化，但是是有限的并不是每个人都可以使用的，终端太多，都需要去标识，才能去上网传递数据。
私网IP地址
实际上一些网络不需要连接到Internet，比如一个大学的封闭实验室内的网络，只要同一网络中的网络设备的IP地址不冲突即可。在IP地址空间里，A、B、C三类地址中各预留了一些地址专门用于上述情况，称为私网IP地址。
私网IP地址段：
A类：10.0.0.0~10.255.255.255
B类：172.16.0.0~172.31.255.255，#并不是172开头都是私网IP地址，要看范围！
C类：192.168.0.0~192.168.255.255
特殊IP地址：
IP地址空间中，有一些特殊的IP地址，这些IP地址有特殊的含义和作用，如下：
0.0.0.0，任意地址“任何网络”的网络地址，所有不清楚的主机和目的网络。0.0.0.0 表示整个网络，而不是特定的主机。因此，在 IPv4 地址中，首位不能为 0。
255.255.255.255，有限广播地址，可作为目的地址，发往该网段所有主机(受限于网关)，对本机来说，这个地址指本网段内（同一广播域）的所有主机。
100.64.0.0到100.127.255.255（100.64.0.0/8）（由服务提供商使用，主要用于NAT转换，而不是直接连接到互联网。）
127.0.0.0到127.255.255.255（127.0.0.0/8）：环回地址或本机地址，主要用于网络软件测试及本地进程间通信。只有127.0.0.1被广泛使用。
224.0.0.0到239.255.255.255（224.0.0.0/4）：组播（多播）地址，与广播有区别。
224.0.0.1特指所有主机，224.0.0.2特指所有路由器。224.0.0.5指所有的OSPF路由器地址，224.0.0.13指PIMV2路由器的地址。
224.0.0.0――224.0.0.255，预留组播地址，路由协议使用。
224.0.1.0――224.0.1.255，公用组播地址，可以用于Internet上。
224.0.2.0——238.255.255255，用户组播地址，用户临时使用。
239.0.0.0——239.255.255.255，本地管理组播地址，特定本地范围。
169.254.0.0——169.254.255.255（169.254.0.0/12），微软保留地址，当DHCP服务器发生故障或响应超时，计算机操作系统会为你分配这样一个地址，可使用该网段中的某个地址进行临时通信。
232.232.232.0到232.232.232.255（232.232.232.0/24）开头的IP地址主要在内部网络环境中使用，用于构建和配置局域网，以及进行特定的网络通信和测试。
六、IPv4 vs IPv6
由全球IP地址分配机构，IANA (Internet Assigned Numbers Authority)管理的IPv4地址，于2011年完全用尽。随着最后一个IPv4公网地址分配完毕，加上接入公网的用户及设备越来越多，IPv4地址枯竭的问题日益严重，这是当前IPv6替代IPv4的最大源动力。
IPv4和IPv6之间的对比表-1：
| IPv4地址 | IPv6地址 |
地址长度：32 bit 地址分类：单播地址、广播地址、组播地址 特点：地址枯竭,包头设计不合理对ARP的依赖，导致广播泛滥…… | 地址长度：128 bit 地址分类：单播地址、广播地址、任播地址 特点：无限地址,简化的报文头部,IPv6地址自动部署…… |
IPV4和IPV6对比表-2：
| 针对问题 | IPv4的缺陷 | IPv6的改进 |
| 地址空间不足 | Pv4地址采用32比特标识，理论上能够提供的地址数量是43亿（由于地址分配的原因，实际可使用的数量不到43亿）。另外，IPv4地址的分配也很不均衡：美国占全球地址空间的一半左右，而欧洲则相对匮乏；亚太地区则更加匮乏。与此同时，移动IP和宽带技术的发展需要更多的IP地址。目前IPv4地址已经消耗殆尽。针对IPv4的地址短缺问题，也曾先后出现过几种解决方案。比较有代表性的是无类别域间路由CIDR（Classless Inter-Domain Routing）和网络地址转换NAT（Network Address Translator）。但是CIDR和NAT都有各自的弊端和不能解决的问题，由此推动了IPv6的发展。 | IPv6地址采用128比特标识。128位的地址结构使IPv6理论上可以拥有（43亿×43亿×43亿×43亿）个地址。近乎无限的地址空间是IPv6的最大优势。 |
| 报文格式不合理 | IPv4报头包含可选字段Options，内容涉及Security、Timestamp、Record route等，这些Options可以将IPv4报头长度从20字节扩充到60字节。携带这些Options的IPv4报文在转发过程中往往需要中间路由转发设备进行软件处理，对于性能是个很大的消耗，因此实际中也很少使用。 | IPv6和IPv4相比，去除了IHL、Identifier、Flag、Fragment Offset、Header Checksum、 Option、Padding域，只增加了流标签域，因此IPv6报文头的处理较IPv4更为简化，提高了处理效率。另外，IPv6为了更好支持各种选项处理，提出了扩展头的概念，新增选项时不必修改现有结构，理论上可以无限扩展，体现了优异的灵活性。 |
| 自动配置和重新编址 | 由于IPv4地址只有32比特，并且地址分配不均衡，导致在网络扩容或重新部署时，经常需要重新分配IP地址，因此需要能够进行自动配置和重新编址，以减少维护工作量。目前IPv4的自动配置和重新编址机制主要依靠DHCP协议。 | IPv6协议内置支持通过地址自动配置方式使主机自动发现网络并获取IPv6地址，大大提高了内部网络的可管理性。 |
| 路由聚合 | 由于IPv4发展初期的分配规划问题，造成许多IPv4地址分配不连续，不能有效聚合路由。日益庞大的路由表耗用大量内存，对设备成本和转发效率产生影响，这一问题促使设备制造商不断升级其产品，以提高路由寻址和转发性能。 | 巨大的地址空间使得IPv6可以方便的进行层次化网络部署。层次化的网络结构可以方便的进行路由聚合，提高了路由转发效率。 |
| 对端到端的安全的支持 | IPv4协议制定时并没有仔细针对安全性进行设计，因此固有的框架结构并不能支持端到端的安全。 | IPv6中，网络层支持IPSec的认证和加密，支持端到端的安全。 |
| 对QoS（Quality of Service）的支持 | 随着网络会议、网络电话、网络电视迅速普及与使用，客户要求有更好的QoS来保障这些音视频实时转发。IPv4并没有专门的手段对QoS进行支持。 | IPv6新增了流标记域，提供QoS保证。 |
| 对移动特性的支持 | 随着Internet的发展，移动IPv4出现了一些问题，比如：三角路由，源地址过滤等。 | IPv6协议规定必须支持移动特性。和移动IPv4相比，移动IPv6使用邻居发现功能可直接实现外地网络的发现并得到转交地址，而不必使用外地代理。同时，利用路由扩展头和目的地址扩展头移动节点和对等节点之间可以直接通信，解决了移动IPv4的三角路由、源地址过滤问题，移动通信处理效率更高且对应用层透明。 |
七、网络中的相关概念和计算方法
单播：一对一，目的地址是单个主机；
广播：一对全部，目的地址是局域网中的全部主机；
多播：也叫组播，一对部分，目的地址是局域网中的部分主机；广播也是多播的一种特殊形式，即目的地址为全部主机。
广播地址：广播地址(Broadcast Address)是专门用于同时向网络中所有工作站进行发送的一个地址。在使用TCP/IP 协议的网络中，主机标识段host ID 为全1 的IP 地址为广播地址，广播的分组传送给host ID段所涉及的所有计算机。例如，对于10.1.1.0 （255.255.255.0 ）网段，其广播地址为10.1.1.255 （255 即为2 进制的11111111 ），当发出一个目的地址为10.1.1.255 的分组（封包）时，它将被分发给该网段上的所有计算机。
子网划分：子网划分是将较大的网络划分成多个较小的子网络的过程，这样可以更有效地管理网络资源和提高安全性。通过借用原本属于主机号的一部分来创建额外的网络号，实现网络划分。
子网划分定义：Internet组织机构定义了五种IP地址，有A、B、C三类地址。A类网络有126个，每个A类网络可能有16777214台主机，它们处于同一广播域。而在同一广播域中有这么多节点是不可能的，网络会因为广播通信而饱和，结果造成16777214个地址大部分没有分配出去。可以把基于每类的IP网络进一步分成更小的网络，每个子网由路由器界定并分配一个新的子网网络地址,子网地址是借用基于每类的网络地址的主机部分创建的。划分子网后，通过使用掩码，把子网隐藏起来，使得从外部看网络没有变化，这就是子网掩码。
子网划分的方法：设置不同的子网掩码即可划分不同数量的子网，但子网掩码的数值并不是随意输入的，而是通过计算后得出的特定数值方可。
举例说明：把一个C类IP地址（192.168.0.0/24）划分为2个子网，通过后附的IP计算器，我们将IP/掩码位由默认的24改成25，即可将该C类IP地址划分为2个子网：
| 子网1 | 子网2 |
IP/掩码位: 192.168.0.0/25 可用地址：126 掩码: 255.255.255.128 网络: 192.168.0.0 第一个可用: 192.168.0.1 最后可用： 192.168.0.126 广播: 192.168.0.127 | IP/掩码位: 192.168.0.129/25 可用地址：126 掩码: 255.255.255.128 网络: 192.168.0.128 第一个可用: 192.168.0.129 最后可用： 192.168.0.254 广播: 192.168.0.255 |
注意：相同子网掩码未必是同一网段的IP，同一网段的IP必然有相同的子网掩码！
网关：网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。默认网关在网络层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。
大家都知道，从一个房间走到另一个房间，必然要经过一扇门。同样，从一个网络向另一个网络发送信息，也必须经过一道关口，这道关口就是网关。顾名思义，网关就是一个网络连接到另一个网络的“关口”。也就是网络关卡。网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。
端口：如果把IP地址比作一间房子 ，端口就是出入这间房子的门。真正的房子只有几个门，但是一个IP地址的端口 可以有65536个之多！端口是通过端口号来标记的，端口号只有整数，范围是从0到65535。
端口有什么用呢？我们知道，一台拥有IP地址的主机可以提供许多服务，比如Web服务、FTP服务、SMTP服务等，这些服务完全可以通过1个IP地址来实现。那么，主机是怎样区分不同的网络服务呢？显然不能只靠IP地址，因为IP 地址与网络服务的关系是一对多的关系。实际上是通过“IP地址+端口号”来区分不同的服务的。
网络地址计算
①将IP地址和子网掩码换算为二进制，子网掩码连续全1的是网络地址，后面的是主机地址。
②将子网掩码和IP地址按位进行逻辑“与”运算，得到IP地址的网络地址，剩下的部分就是主机地址，从而区分出任意IP地址中的网络地址和主机地址。
③将运算结果中的网络地址不变，主机地址变为1，结果就是广播地址。
注：网络地址+1即为第一个主机地址，广播地址-1即为最后一个主机地址，由此可以看出地址范围是： 网络地址+1 至 广播地址-1。
广播地址计算
网络地址的主机位全部变成1 ，10011111 即159 即：202.112.14.159。
网络数计算
网络数=2的X次方（X是子网掩码中，借的1的个数）如：202.106.1.0/25 是一个C类地址借了一位。因为C类默认是/24嘛。所以X=1。网络数=2的1次方=2个。
主机数计算
主机数=2的Y次方-2（Y是子网掩码中0的个数）-2是掐头去尾，头是网络号，尾是广播地址。/25意味着子网掩码中有25个1，剩下32-25个0，也就是7个。所以主机数=2的7次方-2=126，也就是每个子网可以产生126个可以分配给主机使用的IP地址。
块大小计算
块大小=256-子网掩码：如：202.106.1.0/25 子网掩码=255.255.255.128 所以块大小=256-128=128。块大小知道了，网道络号就知了。因为，202.106.1.0/25 第一个网络号一定是202.106.1.0 第二个网络号就=202.106.1.0 + 128 =202.106.1.128。
于是得出：202.106.1.0/25 这个子网的网络号就是1.0第一个IP就是1.1，最后一个IP=下一个网络号-2=128-2=202.106.1.126。而202.106.1.127是第一网段的广播地址。
202.106.1.128/25 这个子网的网络号就是1.128 第一个IP就是1.129.最后一个IP就是1.254，而1.255是这个网段的广播地址。
ip段/数字-如192.168.0.1/24是什么意思?
后面数字24是告诉我们有多少网络位，也就是子网掩码中前有多少位1。即：子网掩码为11111111.11111111.11111111.00000000———255.255.255.0
示例：IP地址为202.106.1.0/26 求子网数（网络数）？主机数？网络地址？广播地址？
数字26告诉我们，IP地址的子网掩码为：11111111.11111111.11111111.11000000
这是一个C类地址，默认子网掩码为255.255.255.0。题目IP地址为：255.255.255.192，而网络位借用了主机位两个位置为1
所以：子网数（网络数）=2的X次方（X是子网掩码中，借的1的个数）=4
主机数=2的Y次方-2（Y是子网掩码中0的个数）=62
IP地址转换二进制：11001010.1101010.00000001.00000000
网络地址（网络号）：202.106.1.0、202.106.64、202.106.1.128、202.106.1.192
广播地址：202.106.1.63、202.106.1.127、202.106.1.191、202.106.1.255
1.0、202.106.64、202.106.1.128、202.106.1.192
广播地址：202.106.1.63、202.106.1.127、202.106.1.191、202.106.1.255
网络位和主机位计算：
A类地址：
人为的将第一段作为网络位，后三段作为主机位，即二进制的前8位是网络位，后24位是主机位
A类网络位2^7=128 网络位公式=2^(可变网络位)
A类主机位：2^24=16777216 主机位公式=2^(主机位)
A类可用主机位：2^24-2=16777214
为什么可用主机位要减2？
因为主机位如果全部为0，代表网段
主机位全为1，代表广播位。这两个地址不可用，故减2。
B类地址：
人为的将主机位和网络位对半分
16网络位 16主机位
网络位=2^14=16384
主机位=2^16=65536
可用主机位 2^16-2=65534（减2原因同上）
C类地址：
人为的将前三段作为网络位 后1段作为主机位
网络位 2^21=2097152
主机位2^8=256
可用主机位2^8-2=254（减2原因同上）
IP地址的分类及个数的计算方法
IP地址格式为：IP地址=网络地址+主机地址 或 IP地址=主机地址+子网地址+主机地址，子网掩码的设定遵循一定的规则，与IP地址相同，子网掩码的长度也是32位，左边是网络位，用二进制数字“1”表示;右边是主机位，用二进制数字“0”表示。
IP地址分为下面的五类，至于根据什么来划分为这五类，我至今也没有明白到底为什么要这样划分，依据什么来划分，或许，我们就这样来理解吧，是根据需要和规则来划分的。
①A类地址
A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，即第一段为网络地址，第二段至第四段为主机地址，网络地址的最高位必须是“0”，看下图，最小的A类IP地址全部都为0，而最大的A类IP地址，除了最高位为0外，其它全部都是1。
所以，A类IP地址范围0.0.0.0 到127.255.255.255。第一段总的有128个，而第二段、第三段和第四段，总的有256个。因此，A类IP地址总数为：128×256×256×256=2147483648个。
其中，0.x.x.x和127.x.x.x这样的A类不能使用，是被保留的IP地址；这就相当于有2×256×256×256=33554432个不能使用。
另外，10.0.0.0～10.255.255.255这个范围的A类地址是私有的，不再公网中使用，这个范围的总数为：256×256×256=16777216。
总结，能有效使用的A类IP个数为：2147483648－33554432＝2113929216，所以才会有“A类IP地址可使用的范围是：1.0.0.0--126.255.255.255”这样的说法。
能在公网上使用的A类IP地址总个数为：拿总的减去被保留的和私有的：2147483648－33554432－1677216＝2097152000。
②B类IP地址
一个B类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前两段号码为网络号码，后两段为主机地址，即第一第二段为网络号码，第三和第四段为主机地址。如果用二进制表示IP地址的话，B类IP地址就由2字节的网络地址和2字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”。看下图，最小的B类IP地址除了最高位10之外，全部都为0，而最大的B类IP地址，除了最高位为10外，其它全部都是1。
由此可得，B类IP地址的范围是：128.0.0.0～191.255.255.255
所以，B类IP总个数为：64×256×256×256=1073741824
其中，私有的B类IP地址范围是：172.16.0.0～172.31.255.255，有15*256*256=983040
其中，被保留的B类地址范围为：169.254.0.0到169.254.255.255，有256*256＝628736
在公网中能使用的B类IP地址个数为：总个数－私有个数－被保留的＝1073741824－983040－628736＝1072130048
③C类IP地址
一个C类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前三段号码为网络号码，最后一段段为主机地址，即第一第二第三为网络号码，第四段为主机地址。如果用二进制表示IP地址的话，C类IP地址就由３字节的网络地址和１字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。看下图，最小的C类IP地址除了最高位110之外，其它全部都为0，而最大的C类IP地址，除了最高位为110外，其它全部都是1。
由此可得，C类IP地址的范围是：
192.0.0.0--223.255.255.255
所以，C类IP总个数为：31×256×256=2031616
其中，C类IP全部都是私有地址，不能在公网中使用。
④D类IP地址
通过上面的学习，我们就不再过多阐述D类的了，总之，D类IP地址第一个字节以“1110”开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播(Multicasting)中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。D类的IP地址不标识网络，其地址覆盖范围为224.0.0.0~239.255.255.255。大家可参阅下图获取相应的信息。
⑤E类IP地址
以“11110”开始，为将来使用保留。
其中240.0.0.0~255.255.255.254作为保留地址，255.255.255.255作为广播地址。
他的第一字节的范围是240~255，主要用于Internet试验和开发。
附：IP地址计算器
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