公网IP与私网IP作用及转换过程

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一、网络层的主要功能

1.提供了通讯时必须使用的逻辑ip地址

2.连接不同的网段，包括公网与私网

3.根据不同的路由协议选择最佳路径

二、IP包头的内容

1.版本:IPV4或IPV6

2.首部长度:指IP头部长度，默认为20Byte

3.服务类型与优先级:配置Qos实施服务质量

4.总长度:包含PDU数据及四层T/U头部封装内容，最大长度65535Byte 表示一个三层数据包最大为65535大小 如果发送超过65535Byte的数据，则需要进行分片为多个数据包发送。

5.标识符:

6.标志:

7.段偏移量  这三样负责数据包的分片与重组

8.TTL:生命周期字段  每经过一个路由器减1 为减到为0时，说明该数据包不是一个有效的数据包，该数据包将被丢弃，目的是防止无用数据包在网络中无限循环占用网络带宽，windows TTL值默认为128,TTL值可手动修改，目的时防止网络攻击。

9.协议号:协议字段  用来标识封装的上层数据协议类型是UDP还是TCP，如果数值为6，表示采用的是TCP协议，如果数值为17，表示采用的是UDP协议。

10.首部校验和:提供数据的错误检测

11.源IP地址:长度为32Bit  用点分十进制表示

12.目的IP地址:长度为32Bit 用点分十进制表示

网络层常用的设备:三层交换机、路由器、防火墙。

三、IP地址的作用

1.用来标识每一个网络节点 例如:192.168.1.1 /24 221.5.203.98 /24

2.用来表示每一个不同的网段 例如:192.168.1.0、221.76.32.0

192.168.1.64 /26(这是一个子网网段的地址)

四、IP地址特点

不论是公网IP还是私网IP   IP地址都具有唯一性   这里的唯一性指的是IP地址在当前网段中唯一且不可重复

五、IP地址种类

1.IP地址分为IPV4地址和IPV6地址

2.IPV4长32bit,用4段点分十进制表示 例如:192.168.1.10 /24   192.168.1.0 /24

3.IPV6地址长128bit,通常写成8组，每组为四个十六进制数的形式，比如：AD80:0000:0000:0000:ABAA:0000:00C2:0002 是一个合法的IPv6地址。

六、IP地址分类

1.IP地址按功能可分为公网IP地址与私网IP地址

2.公网IP地址是直接连接互联网的, 公网IP是网络运行商分配的，

3.私网IP地址是在局域网中使用的，私网IP地址不能直接访问互联网，必须通过路由器的nat地址转换功能将私网IP转换为ISP运行商分配的公网IP，之后才能访问互联网。

七、公网IPv4地址的划分

公网IPv4地址可划分为：A类,B类,C类、D类、E类这五类

1.A类地址

1.1) A类地址范围：1.0.0.0—126.255.255.255，网络号1~126都是A类公网IP， 127段IP作为维护使用，子网掩码默认为255.0.0.0，所以每个A类IP地址中能容纳台主机相互通信

1.2) A类公网IP主要由基础网络运行商使用

1.3) 其中10开头的ip都是局域网IP

1.4) A类私网IP多用于大型机构或企业使用

2.B类地址

2.1) B类地址范围：地址范围为128.0.0.0-191.255.255.255，网络号128~191都是B类公网IP，子网掩码默认为255.255.0.0，所以每个B类能容纳最大主机数量65534台主机相互通信

2.2) B类公网IP多用于中小企业网络使用

2.3) 其中172.16—172.31之间的IP都是局域网IP

2.4) B类私网IP主要由中型企业使用

3.C类地址

3.1) C类地址范围： 192.0.0.0—223.255.255.255，网络号192~223都是C类公网IP，子网掩码默认为255.255.255.0，所以每个C类IP地址中能容纳最大主机数量254台主机相互通信

3.2) C类公网IP多用于小型企业或私人网络使用

3.3) 其中192.168开头的IP都是局域网IP

3.4) C类私网IP主要由小型企业或个人使用

4.D类地址

4.1) D类地址范围： 224.0.0.0—-239.255.255.255都是D类公网IP，

4.2) D类公网IP主要用于组播使用

4.3) D类IP没有私网地址

5.E类地址

4.1) E类地址范围： 240.0.0.0—-254.255.255.255都是E类公网IP，

4.2)E类公网IP主要用于科研使用

4.3) E类IP没有私网地址

八、私网IP地址的划分

1.A类私网IP地址: 10.0.0.0/8

2.B类私网IP地址:17.16.0.0—-172.31.255.255 /24

3.C类私网IP地址:192.168.0.0—192.168.255.255 /32

九、特殊IP地址  

1.127开头的为本机回环地址  用于本地网卡检测使用  本机常用127.0.0.1表示

2.169.254开头的地址为微软买断的地址  当主机没有获取到IP时将分配一个该特殊地址  该地址不能用于内网也或外网通信

3.0.0.0.0 表示任意网络

4.子网掩码如果为8或16或24 ，并且网段中的最后一段数值为255，表示这是一个网段的广播地址。

十、IPV4地址表示方式

1.用点分二进制表示 那么就是32Bit 每段8位二进制为一段 共4段

以..0.0为例来说明：

=128*1+64*1=192；=128*1+32*1+8*1=168；0=64*1+16*1=80；0=64*1+4*1+2*1=70；

最后可以得出此IP地址的十进制为192.168.80.70

2.用点分十进制表示  那么就是4Byte 例如:10.10.10.1  192.168.1.10

十、IP地址相关计算

2的幂次方运算

20 =1

21 =2

22 =4

23 =8

24 =16

25 =32

26 =64

27 =128

28 =256

29 =512

210 =1024

211 =2048

212 =4096

213 =8192

214 =16384

215 =32768

216 =65536

二进制转为十进制

10进制转2进制，出2取余，从下网上写

255以内的10进制数转2进制快速计算方法  

在网络通信中 IP网址的任意一段数值最大不会超过255了

所以

第一步：先写成八个0及对应幂次及对应幂次的十进制数值

第二步：凑数法，对应位数的数值若需要记为1，不需要记为0

以97为例:

第8位为128，超97了，数值不需要所以第8位记为0,第7位为64，数值没超可以要，第七位记为1，然后97-64=33，第6位为32，没超可以要，第6位记为1，然后33-32=1，还需要1个数，以此类推，第5位到第2位都超了，所以第5位到第2位都记为0，最后一位为1，需要，所以最后一位记为1，

所以97转为二进制数值为0

练习题:

1.68转为二进制数为0100 0100 左边为0的可以省略 所以为

十一、IPv4地址构成

1.IPv4地址由网络部分和主机部分构成

2.网络部分用来表示一个特定网络

3.主机部分用来区分一个网络中不同的主机

4.子网掩码:区分一个IP地址中的网络部分及主机部分

5.将主机部分全置为0，表示的是该IP所在的网段地址。

6.将主机部分全置为1，表示的是该IP所在网段的广播地址,广播地址一般用255表示，网段的最后一位只要为255，就表示这是一个广播地址。

A类IP第一段表示一个特定的网络  后三段表示该网络中某个特定主机

B类IP 前两段表示一个特定的网络 后两段表示该网络中某个特定主机

C类IP 前三段表示一个特定的网络  最后一段表示该网络中特定的主机

2.网络地址: 将主机部分全置为0，表示的是该IP所在的网络地址。

练习题1.

126.20.10.0/10这个A类网段的网络地址、广播地址以及可用地址数、起始地址、终止地址分别是多少？

1.首先这是一个A类网段，所以第一段为网络地址，后面三段为主机地址，所以网络地址是126.0.0.0。

2.广播地址就是主机位全1的地址，后面三段全为1则是0.255.255.255，所以广播地址为网络地址126.0.0.0+0.255.255.255

所以广播地址为126.255.255.255

3.可用地址计算公式为2n-2(n为主机位数),减去的2分别是网络地址及广播地址，所以可用地址数为224-2=

4.起始地址为:126.20.10.1

5.终止地址为:126.255.255.254

练习题2:

192.168.10.1/24这个C类地址的网络地址、广播地址以及可用地址数起始地址、终止地址分别是多少？

1.网络地址为192.168.10.0

2.广播地址为192.168.10.255

3.可用地址数为28–2=254

4.地址范围为192.168.10.1~192.168.10.254

练习题3:

192.168.10.128/25这个C类子网的网络地址、广播地址以及可用地址数、起始地址、终止地址分别是多少？

1.网络地址为192.168.10.128

2.主机位还剩余7位全为1表示广播地址 对应的十进制为127，所以网络地址192.168.10.128+127=192.168.10.255

所以广播地址为192.168.10.255

3.主机位还剩余7位 27-2=126  那么可用的地址数有126个

4)起始地址:192.168.10.129

5)终止地址:192.168.10.254

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