IP地址如何工作?

连接到网络计算机,平板电脑,相机等的每个设备都需要一个唯一的标识符,以便其他设备知道如何访问它。 在TCP / IP网络的世界中,该标识符是互联网协议(IP)地址。

如果你已经在电脑上工作了很长时间,你很可能已经接触到了IP地址 – 这些数字序列看起来像192.168.0.15。 大多数情况下,我们不必直接处理它们,因为我们的设备和网络在幕后处理这些东西。 当我们必须处理它们时,我们经常只是遵循关于要放在哪里的数字的指示。 但是,如果你想深入了解这些数字的含义,这篇文章是给你的。

你为什么要关心? 那么,理解IP地址如何工作是至关重要的,如果您想要解决您的网络无法正常工作的原因,或为什么特定设备没有按照您期望的方式进行连接。 而且,如果你需要设置一些更高级的东西,比如托管一台游戏服务器或者互联网上的朋友可以连接的媒体服务器,你需要了解一些关于IP地址的知识。 另外,这有点令人着迷。

注意:我们将在本文中介绍IP地址的基础知识,即那些使用IP地址的人,但从来没有真正考虑过他们的人可能想知道的东西。 我们不会涉及一些更高级或专业级别的内容,比如IP类,无类别路由和自定义子网划分……但是随着我们的发展,我们会指出一些资料来进一步阅读。

什么是IP地址?

一个IP地址唯一标识一个网络上的设备。 你以前见过这些地址 他们看起来像192.168.1.34。

IP地址总是一组四个数字。 每个数字的范围可以从0到255.所以,完整的IP寻址范围从0.0.0.0到255.255.255.255。

每个数字只能达到255的原因是每个数字实际上是一个八位二进制数字(有时称为八位字节)。 在一个八位字节中,数字0将是00000000,而数字255将是11111111,这是八位字节可以达到的最大数量。 我们之前提到的IP地址(192.168.1.34)是二进制的,如下所示:11000000.10101000.00000001.00100010。

计算机以二进制格式工作,但是我们人类发现用十进制格式工作要容易得多。 尽管如此,知道这些地址实际上是二进制数字,这将有助于我们理解为什么一些围绕IP地址的事情按照他们的方式工作。

不过不要担心! 在这篇文章中,我们不会在你身上投入大量的二进制或数学,所以只需要忍耐一下。

IP地址的两部分

设备的IP地址实际上由两个独立的部分组成:

  • 网络ID:网络ID是从左侧开始标识设备所在的特定网络的IP地址的一部分。 在典型的家庭网络中,设备的IP地址为192.168.1.34,地址的192.168.1部分为网络ID。 用户可以自定义输入零缺少的最后部分,因此我们可以说设备的网络ID是192.168.1.0。
  • 主机ID:主机ID是IP地址不被网络ID占用的部分。 它在该网络上标识特定的设备(在TCP / IP世界中,我们称设备“主机”)。 继续我们的IP地址192.168.1.34的例子,主机ID将是34 – 在192.168.1.0网络上主机的唯一ID。

然后,在您的家庭网络上,您可能会看到多个IP地址类似于192.168.1.1,192.168.1.2,192.168.1 30和192.168.1.34的设备。 所有这些都是唯一的设备(在这种情况下,主机ID为1,2,30和34)在同一个网络上(网络ID为192.168.1.0)。

看,世卫组织的连接到路由器

为了更好地描绘这一切,我们来看一个比喻。 这与街道地址在城市中的工作方式非常相似。 以2013天堂街地址为例。 街道名称就像网络ID,房屋号码就像主机ID一样。 在一个城市内,不会有两条街道命名相同,就像在同一个网络上没有两个网络ID会被命名一样。 在特定的街道上,每个门牌号码都是唯一的,就像特定网络ID中的所有主机ID都是唯一的。

子网掩码

那么,您的设备如何确定IP地址的哪一部分是网络ID,哪部分是主机ID呢? 为此,他们使用第二个数字,您将始终可以看到与IP地址关联的数字。 这个号码被称为子网掩码。

在大多数简单的网络中(比如家庭或小型企业),你会看到255.255.255.0这样的子网掩码,其中所有的四个数字都是255或者0. 255之间的变化位置表示网络和主机ID。 255s从等式中“掩盖”网络ID。

注意:我们在这里描述的基本子网掩码被称为默认子网掩码。 在更大的网络上,事情变得比这更复杂。 人们经常使用自定义子网掩码(在零和一个之间的中断位置在八位字节内移动)来在同一网络上创建多个子网。 这有点超出了本文的范围,但如果您有兴趣,思科在子网划分方面有很好的指导

默认网关地址

除IP地址本身和相关的子网掩码之外,您还将看到列出的默认网关地址以及IP地址信息。 根据你使用的平台,这个地址可能被称为不同的东西。 它有时被称为“路由器”,“路由器地址”,“默认路由”或“网关”。这些都是一样的。 这是设备发送网络数据时的默认IP地址,当数据打算转到另一个网络(具有不同的网络ID)的设备所在的网络数据。

在典型的家庭网络中可以找到最简单的例子。

如果您的家庭网络中有多个设备,则可能有一台通过调制解调器连接到互联网的路由器。 该路由器可能是一个单独的设备,或者它可能是您的Internet提供商提供的调制解调器/路由器组合设备的一部分。 路由器位于网络上的计算机和设备以及互联网上面向公众的设备之间,来回传递(或路由)流量。

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假设你启动浏览器并前往www.howtoip.com。 您的计算机向我们网站的IP地址发送请求。 由于我们的服务器位于互联网上,而不是您的家庭网络上,因此该流量将从您的PC发送到您的路由器(网关),您的路由器将请求转发到我们的服务器。 服务器将正确的信息发送回您的路由器,路由器然后将信息发送回请求它的设备,并且您可以在浏览器中看到我们的站点。

通常,路由器默认配置为将其专用IP地址(在本地网络上的地址)作为第一个主机ID。 因此,例如,在使用192.168.1.0作为网络ID的家庭网络中,路由器通常是192.168.1.1。 当然,就像大多数事情一样,如果你愿意,你可以将它配置成不同的东西。

DNS服务器

还有最后一条信息,您可以看到设备的IP地址,子网掩码和默认网关地址:一个或两个默认域名系统(DNS)服务器的地址。 我们人类的名字比数字地址更好。 在浏览器的地址栏输入www.howtoip.com比记住和输入我们网站的IP地址要容易得多。

DNS的工作方式就像电话簿一样,查找诸如网站名称等可读的东西,并将其转换为IP地址。 DNS通过将所有信息存储在互联网上的连接的DNS服务器系统上来实现这一点。 您的设备需要知道发送查询的DNS服务器的地址。

在典型的小型或家庭网络中,DNS服务器IP地址通常与默认网关地址相同。 设备发送他们的DNS查询到您的路由器,然后将请求转发到路由器配置使用的任何DNS服务器。 默认情况下,这些通常是ISP提供的任何DNS服务器,但是如果需要,可以更改这些服务器以使用不同的DNS服务器。 有时, 使用第三方提供的DNS服务器 (如Google或OpenDNS) 可能会取得更好的成效

IPv4和IPv6有什么区别?

您也可能在浏览设置时注意到一种不同类型的IP地址,称为IPv6地址。 到目前为止,我们讨论的IP地址类型是IP版本4(IPv4)使用的地址 – 在70年代后期开发的一种协议。 他们使用我们谈到的32个二进制位(四个八位字节)来提供总共42.9亿个可能的唯一地址。 虽然听起来很多,但所有公开可用的地址很久以前就已分配给企业。 其中许多是未使用的,但他们被分配和不可用于一般的使用。

在90年代中期,担心IP地址的潜在短缺,互联网工程任务组(IETF)设计了IPv6。 IPv6使用128位地址而不是IPv4的32位地址,所以唯一的地址总数是在十亿分之一以下测量的,这个数字足够大,以至于不太可能用完。

与IPv4中使用的点分十进制表示法不同,IPv6地址表示为八个数字组,除以冒号。 每组有四个十六进制数字,代表16个二进制数字(所以它被称为六进制)。 典型的IPv6地址可能如下所示:

  2601:物7c1:100:ef69:b5ed:ed57:DBC0:2c1e 

问题是,导致所有问题的IPv4地址短缺最终在很大程度上因路由器后面的私有IP地址的使用而减轻。 越来越多的人创建自己的私人网络,使用那些公开的私人IP地址。

因此,尽管IPv6仍然是主要参与者,并且这种转变仍将发生,但它绝不会像预期的那样完全发生 – 至少目前还没有。 如果您有兴趣了解更多信息,请查看IPv6的历史和时间表

设备如何获得其IP地址?

现在您已经知道IP地址的工作原理了,接下来让我们先谈谈设备如何获取IP地址。 实际上有两种类型的IP分配:动态和静态。

设备连接到网络时会自动分配动态IP地址。 目前绝大多数网络(包括家庭网络)都使用动态主机配置协议(DHCP)来实现此目的。 DHCP内置于您的路由器中。 当设备连接到网络时,它会发出请求IP地址的广播消息。 DHCP拦截此消息,然后从可用IP地址池中为该设备分配IP地址。

有一些私人IP地址范围路由器将用于此目的。 使用哪个取决于谁制作了你的路由器,或者你如何设置自己的设置。 这些私有IP范围包括:

  • 10.0.0.0 – 10.255.255.255:如果您是Comcast / Xfinity客户,则ISP提供的路由器会分配此范围内的地址。 其他一些ISP也在他们的路由器上使用这些地址,Apple的AirPort路由器也使用这些地址。
  • 192.168.0.0 – 192.168.255.255:大多数商用路由器都设置为在此范围内分配IP地址。 例如,大多数Linksys路由器使用192.168.1.0网络,而D-Link和Netgear都使用198.168.0.0范围
  • 172.16.0.0 – 172.16.255.255:默认情况下,此范围很少被任何商业供应商使用。
  • 169.254.0.0 – 169.254.255.255:这是一个名为Automatic Private IP Addressing的协议使用的特殊范围。 如果您的计算机(或其他设备)设置为自动检索其IP地址,但无法找到DHCP服务器,则会为其自身分配一个此范围内的地址。 如果您看到其中一个地址,则表示您的设备在到达IP地址时无法到达DHCP服务器,并且可能出现网络问题或路由器出现故障。

有关动态地址的事情有时可以改变。 DHCP服务器将IP地址租赁给设备,租用这些设备时,设备必须续租。 有时,设备会从服务器可分配的地址池中获取不同的IP地址。

大多数情况下,这并不是什么大不了的,一切都会“正常”。 然而,有时候,您可能想给设备一个不会改变的IP地址。 例如,也许你有一个需要手动访问的设备,并且你发现记住IP地址比名称更容易记住。 或者,也许你有某些应用程序只能使用其IP地址连接到网络设备。

在这些情况下,您可以为这些设备分配静态IP地址。 有几种方法可以做到这一点。 您可以自己手动配置设备的静态IP地址 ,虽然有时可能会很麻烦。 另一个更优雅的解决方案是配置您的路由器在通常由DHCP服务器进行动态分配的过程中为特定设备分配静态IP地址 这样,IP地址永远不会改变,但是您不会中断让一切正常工作的DHCP进程。

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