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一、简介

IP地址（Internet Protocol Address）是指 互联网协议地址，又译为 网际协议地址。由四段组成，每个字段是一个字节，即4个字节、 每个字节有8位，最大值是255 ($2^8$=256：0~255) 。

子网掩码又叫网络掩码、地址掩码，子网掩码32位与IP地址32位相对应，左边是网络位，用二进制数字“1”表示，1的数目等于网络位的长度；右边是主机位，用二进制数字“0”表示，0的数目等于主机位的长度。

• 作用：
  1. 唯一标识网络设备
     • IP地址为互联网上的每台主机或网络接口分配‌唯一的逻辑地址‌，类似于现实中的邮寄地址，确保数据能够准确送达目标设备。
       • ‌‌逻辑地址与物理地址的区别‌：IP地址是网络层的逻辑标识，而物理地址（如MAC地址）由链路层协议使用。
     • ‌唯一性要求‌：同一网段内不允许重复的主机号，否则会导致通信冲突。
  2. 实现数据路由与传输
     • IP地址是路由器进行路径选择的关键依据，支持数据包从源到目的地的跨网段传输。
     • ‌与传输层协议的关系‌：IP仅负责路由，数据传输的可靠性由TCP/UDP等协议实现。
  3. 支持网络管理与安全控制
     • ‌访问控制‌：管理员可通过IP地址限制资源访问权限。
     • ‌‌日志与审计‌：服务器记录IP地址以追踪用户活动，用于安全分析和合规审计。
     • ‌‌地理位置定位‌：IP可提供设备的大致位置信息（如城市或区县），但精度有限。
  4. 互联网运行的基础
     • ‌‌协议依赖‌：TCP/IP协议簇 依赖IP地址实现主机间通信，是互联网运行的底层逻辑。
     • ‌‌地址枯竭与IPv6‌：IPv4的43亿地址限制促使了IPv6的推出，以支持更多设备接入。

‌总结‌：IP地址的核心功能是 标识 和 寻址，同时衍生出路由、管理、安全等扩展用途，其设计理念体现了分层网络架构的灵活性。

二、IP分类

IP地址 = 网络号+主机号

• IP地址由两部分组成，即网络地址和主机地址：

  1. 网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，网络地址表示其 属于互联网的哪一个网络 。

  2. 主机号 host-id，它标志该主机（或路由器），主机地址表示其 属于该网络中的哪一台主机 。

假如两台计算机的网络部分是一模一样的就说这两台计算机是处于 同一个子网 中

• IP 地址可分为 A , B , C 三类以及特殊地址 D , E ;

类型	地址范围	作用
A类	1.0.0.0 - 127.255.255.255	主要用于大型机构（如国家级网络）
B类	128.0.0.0 - 191.255.255.255	主要用于中型网络
C类	192.0.0.0 - 223.255.255.255	主要用于小型局域网
D类	224.0.0.0 - 239.255.255.255	主要用于多播通信，不分网络和主机号
E类	240.0.0.0 - 255.255.255.255	是实验保留地址

子网掩码又叫网络掩码、地址掩码，子网掩码32位与IP地址32位相对应，左边是网络位，用二进制数字“1”表示，1的数目等于网络位的长度；右边是主机位，用二进制数字“0”表示，0的数目等于主机位的长度。

根据子网掩码计算网络内可用P地址个数（也即主机台数）

第8位	第7位	第6位	第5位	第4位	第3位	第2位	第1位
128	64	32	16	8	4	2	1

• 已知某主机的 IP地址 是 192.168.100.200，子网掩码 为 255.255.255.192，其网络内可用的 IP地址 个数为多少？
  1. 将子网掩码 255.255.255.192转换为二进制 11111111.11111111.11111111.11000000
  2. 子网掩码共有 26 位，还有6位可用。即 $2^6$ - 2，等于 62，即有 62 个 IP地址 可用（也即网络内最多允许62台主机）

注：-2 是因为主机不包括网络地址（主机号全为0）和广播地址（主机号全为1）

写出某个网段的网络地址和广播地址？

在面试中被问到如何写出某个网段的网络地址和广播地址时，首先需要明确该网段的 IP地址范围 和 子网掩码

1、理解基本概念

• 网络地址：网络地址是IP地址和子网掩码进行与运算的结果，用于 标识网络本身 。
• 广播地址：广播地址是网络地址中主机位全部为1的地址，用于向网络内的所有主机发送消息。

2、计算步骤

1. 确定IP地址和子网掩码：
   • 假设给定的网段IP地址为A.B.C.D，子网掩码为255.255.255.M（其中M是一个介于0到255之间的数，决定了子网的大小）。
2. 将IP地址和子网掩码转换为二进制：
   • 将IP地址A.B.C.D和子网掩码255.255.255.M分别转换为二进制形式。
3. 进行位与运算得到网络地址：
   • 将IP地址的二进制表示与子网掩码的二进制表示进行 与运算（AND操作）。结果即为网络地址的二进制表示。
   • 将网络地址的二进制表示转换回十进制形式，得到 网络地址 netAddress。
4. 计算广播地址：
   • 广播地址是网络地址中主机位全部为1的地址。因此，首先需要将网络地址的二进制表示中的主机位全部置为1。
   • 主机位的数量由子网掩码决定，即32 - 子网掩码中1的数量。
   • 将修改后的二进制地址转换回十进制形式，得到 广播地址 BroadcastAddress。

3、示例

第8位	第7位	第6位	第5位	第4位	第3位	第2位	第1位
128	64	32	16	8	4	2	1

假设给定的网段是192.168.1.0/24，其中192.168.1.0是IP地址，/24表示子网掩码为255.255.255.0

1. IP地址和子网掩码的二进制表示：
   • IP地址：11000000.10101000.00000001.00000000（192.168.1.0）
     • 128+64 128+32+8 1 0
   • 子网掩码：11111111.11111111.11111111.00000000
2. 与运算得到网络地址：

# 与运算：有 0为 0，全 1为 111000000.10101000.00000001.0000000011111111.11111111.11111111.00000000
--------------------------------------11000000 10101000 00000001 00000000128+64   128+32+8		1		0192       168		1		0

• 结果：11000000.10101000.00000001.00000000（换算为十进制即192.168.1.0）

3. 计算广播地址：
   • 将网络地址的最后一段（主机位）全部置为1：00000000 -> 11111111
   • 结果：11000000.10101000.00000001.11111111（即192.168.1.255）

4、总结

在面试中，当被问到写出某个网段的网络地址和广播地址时，需要按照上述步骤进行计算。关键是要理解网络地址和广播地址的概念，掌握二进制运算的基本方法，并能够准确地将二进制转换为十进制。同时，要注意子网掩码对主机位和网络位的划分作用。