一、IP地址概述

IP地址（Internet Protocol Address）是互联网协议地址的简称，它是网络中每个节点的唯一标识，就像每台设备在网络世界中的“门牌号”，是实现设备间通信的基础。

二、IP地址的表示与组成

1. 表示方法：点分十进制

IP地址最常用的表示形式是点分十进制，由四个用点号分隔的十进制数组成。
格式：x.x.x.x
范围：0.0.0.0 到 255.255.255.255

2. 组成：二进制视角

从计算机的角度看，一个完整的IP地址实际上是由32位二进制数构成的。为了便于阅读和书写，将这32位二进制数每8位分为一组，共四组，每组转换成一个十进制数，中间用点号隔开。

示例：
二进制：11000000.10101100.00001010.00000001
转换后：192.168.10.1

三、IP地址的类型

1. 按地址范围分类（有类编址）

根据IP地址第一个字节（第一个十进制数）的大小，IP地址被分为五大类：

类别	首字节范围	说明
A类	0 – 127	用于超大型网络
B类	128 – 191	用于大中型网络
C类	192 – 223	用于小型网络（最常见于局域网）
D类	224 – 239	组播地址，代表一组设备，用于视频会议、同屏播放等
E类	240 – 255	保留用于实验和研究

💡 关键点：在同一个物理网络中，一个IP地址只能分配给一个设备，以确保其唯一性。D类地址是一个例外，它代表一个组，可以被多个设备同时使用。

2. 按使用范围分类

私网地址（内网地址）

• 特点：可重复使用（在不同的局域网内）、免费。
• 限制：不允许直接访问互联网。局域网内的设备需要通过NAT（网络地址转换） 技术，借助一个公网IP才能访问外部网络。
• 应用场景：家庭、公司、学校内部局域网。
• 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 (最常见的家庭路由器网段)

公网地址

• 特点：全球唯一，可以直接访问互联网。
• 限制：需要向ISP（互联网服务提供商）申请并支付费用。

四、子网掩码 (Netmask)

子网掩码用于区分一个IP地址中的网络部分和主机部分。

1. 默认子网掩码

• A类：255.0.0.0 或简写为 /8
• B类：255.255.0.0 或简写为 /16
• C类：255.255.255.0 或简写为 /24

2. 判断多个IP是否属于同一网段

默认情况下，只有处于同一网段的设备才能直接通信。判断方法如下：

1. 将IP地址和子网掩码分别转换为二进制。
2. 将两者进行按位与运算（全1为1，见0为0）。
3. 比较运算结果，结果相同则属于同一网段。

示例： 判断 192.168.1.1/24 和 192.168.1.4/24 是否在同一网段。

IP1:   192.168.1.1  -> 11000000.10101000.00000001.00000001
Mask:  255.255.255.0 -> 11111111.11111111.11111111.00000000
按位与运算结果:        11000000.10101000.00000001.00000000 -> 192.168.1.0

IP2:   192.168.1.4  -> 11000000.10101000.00000001.00000100
Mask:  255.255.255.0 -> 11111111.11111111.11111111.00000000
按位与运算结果:        11000000.10101000.00000001.00000000 -> 192.168.1.0

结果相同（都是192.168.1.0），因此它们属于同一网段。

3. 识别有效IP地址

一个IP地址由网络位（子网掩码为1的部分）和主机位（子网掩码为0的部分）组成。

• 有效主机IP：主机位既不全为0，也不全为1。
• 网络地址：主机位全为0，代表整个网段。
• 广播地址：主机位全为1，用于向该网段所有设备发送数据。

五、网关 (Gateway)

网关通常是一个路由器接口的IP地址，它是局域网访问外部网络的出口。当设备需要与不同网段的设备通信时，数据包会被发送给网关，由网关负责转发。

六、DNS (域名系统)

网络设备只能通过IP地址进行通信，但人类很难记住数字形式的IP地址。DNS的作用就是将我们容易记忆的域名（如 www.jd.com）解析成对应的IP地址。
用户需要在设备上配置DNS服务器地址（如 114.114.114.114），当访问域名时，设备会向DNS服务器查询对应的IP地址。

七、常用网络命令

1. ipconfig (Windows)

用于查看本机的网络配置信息，包括IP地址、子网掩码、默认网关和DNS服务器。

C:\> ipconfig

Windows IP 配置

以太网适配器 以太网:
   IPv4 地址 . . . . . . . . . . . . : 10.11.8.218
   子网掩码  . . . . . . . . . . . . : 255.255.255.0
   默认网关. . . . . . . . . . . . . : 10.11.8.1

2. ping

用于测试网络连通性，通过向目标地址发送数据包并等待回复，来判断对方是否在线且网络是否通畅。

C:\> ping 10.11.0.254

正在 Ping 10.11.0.254 具有 32 字节的数据:
来自 10.11.0.254 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
...
10.11.0.254 的 Ping 统计信息:
    数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，
往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
    最短 = 0ms，最长 = 5ms，平均 = 1ms

💡 TTL小知识：TTL（生存时间）值可以粗略判断目标操作系统类型。数据包每经过一个路由器，TTL值就会减1。

• TTL=64：常见于 Linux/Unix 系统
• TTL=128：常见于 Windows 系统
• TTL=255：常见于网络设备（如路由器）

八、IPv6 简介

1. 产生背景

IPv6（Internet Protocol version 6）最主要是为了解决IPv4地址枯竭的问题。

2. 地址表示

• 长度：128位，地址空间巨大（2^128个），号称可以为地球上的每一粒沙子分配一个IP地址。
• 表示法：冒号分十六进制表示法，由8组16位的十六进制数组成。
  格式：XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX
  取值范围：0000—FFFF

3. 地址缩写规则

为了简化书写，IPv6地址支持两种缩写方式：

1. 省略前导零：每组中的前导0可以省略。
   • 原地址：2001:0410:0000:1234:FB00:1400:5000:45FF
   • 缩写后：2001:410:0:1234:FB00:1400:5000:45FF
2. 压缩连续的零：连续的一组或多组全0可用双冒号::代替。注意：一个地址中只能使用一次双冒号。
   • 原地址：3ffe:0000:0000:0000:1010:2a2a:0000:0001
   • 缩写后：3ffe::1010:2a2a:0:1