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有小伙伴问：为什么没有配置IP地址就无法上网？IP协议又是啥？
这要从TCP/IP协议说起，互联网使用的是TCP/IP协议，其中IP协议又是最重要的协议之一。IP协议是基于IP地址将数据包发送给目的主机，能够让互联网上任何两台主机进行通信。
网络层通信
IP协议位于OSI参考模型的第三层，即网络层。
网络层
网络层的主要作用是实现终端节点之间的通信。这种终端节点之间的通信，也叫点对点通信。
IP的作用
主机：配置有IP地址，不进行路由控制的设备。
路由器：既有IP地址又具有路由控制功能的设备。
节点：主机和路由器的统称。
数据如何传输到目的地？
数据链路层实现两个直连设备之间的数据传输，网络层的IP协议实现没有直连的两个网络之间的数据传输。
以旅行为例，小美要去一个很远的地方旅行，先计划要乘坐的高铁、地铁、公交车，并且购买相应车票，再制定一个详细行程表，记录乘车时间。
高铁票、地铁票只能在一个区间内移动，就像网络上的数据链路。出发点就像源MAC地址，目的地就像目的MAC地址，整个行程表的作用就相当于网络层，出发点就像源IP地址，目的地就像目的IP地址。
小美的旅行
小美如果只有行程表，没有车票，就无法乘坐交通工具到达目的地。相反，小美只有车票，不知道坐什么车，在哪里换乘，恐怕也到不了目的地。只有两者兼备，既有某个区间的车票又有整个旅行的行程表，才能保证到达目的地。网络中也需要数据链路层和网络层协同工作，才能实现最终目的地址的通信。
IP地址的基础知识
在TCP/IP通信中使用IP地址识别主机和路由器。IP地址是逻辑地址，需要手工配置或自动获取，为了保证正常通信，每个设备必须配置IP地址。
IP地址IP地址的定义
IP地址由32位二进制数组成。为了方便记录，将32位的IP地址分为4组，每8位为一组，每组以“.”隔开，再将每组数转换为十进制数。
IP地址表示方法
二进制与十进制怎么快速转换？
通过Windows系统自带的计算器，选择程序员，可实现二进制和十进制的快速转换。默认十进制（“DEC”）输入，单击“BIN”切换成二进制输入。同步显示十六进制、十进制、八进制和二进制的数值。
二进制与十进制转换
IP地址一共有多少个？
将IP地址的32位二进制进行计算，得出约43亿个IP地址。
IP地址数量
使用Windows系统自带计算机，选择科学模式，可快速进行次方计算。
实际上，网络的发展超乎想象，互联网上的设备远超43亿，年11月25日全球的IPv4地址已经彻底耗尽，但是直到现在大家仍然还在用IPv4，并没有因为地址没了而无法上网。是因为除了IPv6之外，我们使用NAT技术缓解了地址不足的问题。这篇文章里的IP全是指的IPv4，非IPv6。
IP地址的组成
IP地址由网络号（网段地址）和主机号（主机地址）两部分组成。
IP地址组成
网络号是设备所在区域的一种标识，网络号相同的设备位于同一个网段内，网络号不同的设备通过路由器实现通信。主机号是在同一个网段中不同设备的标识，不允许同一个网段内出现重复的主机号。
IP地址配置举例
路由器是根据目的IP地址的网络号进行路由。
路由器转发原理
那么IP地址哪几位是网络号？哪几位是主机号？早期是以分类地址区分，现在是以子网掩码区分。
IP地址的分类
IP地址分为四类，分别是A类、B类、C类、D类（还有一个保留的E类）。
分类地址
A类地址
A类IP地址是首位以“0”开头的地址。从第1位到第8位是它的网络号，网络号的范围是0~。其中0和属于保留地址，减去两个保留地址，因此有个可用的A类地址。
A类地址网络号计算A类地址数量
后24位是主机号，一个A类地址的主机地址数量就是2的24次方，即个主机地址。
A类地址主机号计算A类主机地址数量
B类地址
B类IP地址是前两位以“10”开头的地址。从第1位到第16位是它的网络号，网络号的范围是.0~.。其中.0和.属于保留地址，减去两个保留地址，因此有个可用的B类地址。
B类地址网络号计算B类地址数量
后16位是主机号，一个B类地址的主机地址的数量就是2的16次方，即个主机地址。
B类地址主机号
C类地址
C类IP地址是前三位以“”开头的地址。从第1位到第24位是它的网络号，网络号的范围是.0.0~..。其中.0.0和..属于保留地址，减去两个保留地址，因此有个可用的C类地址。
C类地址网络号计算C类地址数量
后8位是主机号，一个C类地址的主机地址的数量就是2的8次方，即个主机地址。
C类地址主机号
D类地址
D类IP地址是前四位以“1”开头的地址。从第1位到第32位是它的网络号，网络号的范围是.0.0.0~...。D类地址没有主机号，用于组播。
网段地址和广播地址
当主机号全为0时，表示的是网段地址，非主机地址。当主机号全为1时是广播地址，也不是主机地址。因此在分配IP地址过程中，需要排除这两个地址。例如一个C类地址..1.0/24最多只有个可用主机地址，而不是个。
网段地址和广播地址广播地址
IP地址中的主机号全部为1的就是广播地址，它是向同一个网段中的所有主机发送数据包。例如一个B类主机地址.20.1.的广播地址是.20..。
广播地址IP组播
组播用于将包发送给特定组内的所有主机。
组播
组播使用D类地址。因此IP地址前四位是“1”开头的，就是组播地址。剩下的28位就是组播的组编号。组播的地址范围是.0.0.0~...，其中.0.0.0~.0.0.既可以在同一个网段内实现组播，又可以跨网段给全网所有组员发送组播包。
组播地址格式子网掩码
早期网络地址采用固定网络位长度的方式，使IPv4地址遭到大量浪费。如今网段地址的长度可变，同时也需要一种标识来获取网段地址，以便路由器对数据包进行转发，这种识别码就是子网掩码。
子网掩码用32位的二进制表示，IP地址的网段地址部分设置为1，IP地址的主机地址部分设置为0。换句话说，IP地址有多少位网段地址，子网掩码就有多少位取1，其余都取0。为了方便记录，每8位为一组，以“.”隔开，再转换为十进制数。
例如：.20..25的子网掩码是...0，算出它的网段地址。
子网掩码
将子网掩码和IP地址进行与（AND）运算，可得到这个IP地址的网段地址。
与运算
与（AND）运算
IP地址和子网掩码的二进制数，逐位进行计算。只有当IP地址和掩码都是1时，运算结果为1。其余情况计算结果都为0。
AND运算
Windows系统自带计算机也可以进行二进制与运算。
与运算举例
IP地址的另一种表示方式是在每个IP地址后面追加网络号的位数用“/”隔开。例如：.20..25/...0可表示为.20..25/24。
CIDR与VLSM
解决IP地址浪费问题，除了使用子网掩码，还使用了CIDR和VLSM技术。
CIDR，即无类域间路由，采用任意长度分割IP地址的网络号和主机号。它有两个作用：
把多个网段聚合到一起，生成一个更大的网段；
汇总路由表IP地址，分担路由表压力。
CIDR应用
VLSM，即可变长子网掩码，它可以对A、B、C类地址再进行子网划分，以达到充分利用IP地址的目的。
假如一家企业有台电脑，按以前的办法，只能分配一个C类地址...0。但是VLSM可以在一个C类地址上划分出多个子网地址，再分配其中一个容纳主机数量与稍大于企业需求数量的子网地址给企业，这样就可以实现IP地址的合理使用。
计算容纳台电脑的子网：使用主机号的位数计算出子网的主机地址数量。当主机号有7位时，有个可用主机地址，可容纳台电脑。计算子网容量计算子网
