如果把整个Internet看成为一个单一的、抽象的网络，IP地址就是给每个连接在Internet上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的32bit的标识符。
IP地址由因特网名字与号码指派公司ICANN（Internet Corporation for Assigned Names and Numbers）进行分配。
1.IP地址的记法
IP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（=256：0～255）。为了便于记忆和使用，IP地址通常采用点分十进制记法，即每8位二进制用一个十进制数表示，并用小数点分隔开，如图4-5所示。
图4-5 IPv4地址的点分十进制记法
2.IP地址的分类
为了更好地使用IP地址，IP地址被人为地划分成两级地址的形式。一个IP地址由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号host-id，它标志该主机（或路由器）。两级IP地址记为
IP地址∷=｛<网络号>，<主机号>｝（∷表示“定义为”）
按照两级地址的表示方法，IP地址分为A，B，C，D，E五类，如图4-6。
图4-6 五类IPv4地址
A，B，C三类是常用的IP地址。网络号的位数不同，标志着网络的数目不同，而主机号的位数不同，则标志着每个网络中最多可以有的主机的数目不同。需要注意的是：由于网络号和主机号中，全“0”和全“1”的地址有特殊用途（图4-7），因此，设备的IP地址不能使用。三类地址能够使用的范围如表4-2所示。
表4-2 A、B、C三类IPv4地址的使用范围
图4-7 特殊的IP地址
3.IP地址的特点
（1）IP地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是：
第一，IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了IP地址的管理。
第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组，而不考虑目的主机号，这样就可以使路由表中的表目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。
（2）实际上IP地址是一个主机（或路由器）和一条链路的接口标志。
当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号net-id必须分别与两个网络的网络号相同。这种主机称为多归属主机（multihomed host）。
由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将IP数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址，其网络号net-id必须分别与两个网络的网络号相同。
（3）用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此，这些局域网的IP地址都具有同样的网络号net-id。网络号不同的局域网或主机之间不能直接连接，而是必须通过路由器连接。
（4）所有分配到网络号net-id的网络，无论是范围很小的局域网，还是覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。
（5）IP地址的强结构性使其存在一些缺陷。(www.xing528.com)
4.IP地址与硬件地址
物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，如以太网的MAC地址，而IP地址是网络层以上使用的地址。也就是说，如果两个主机在一个局域网（以太网为例）内，它们仅使用MAC地址就可以进行通信。而如果它们在不同的网段，则需要IP地址才能进行通信（图4-8）。
图4-8 MAC地址与IP地址的区别
路由器的每个端口都有IP地址和MAC地址，如图4-9所示。
主机H1：IP地址为IP1，MAC地址为MAC1。
主机H1；IP地址为IP2，MAC地址为MAC2。
路由器1：有两个端口，IP地址为IP3和IP4，MAC地址为MAC3和MAC4。
路由器2：有两个端口，IP地址为IP5和IP6，MAC地址为MAC5和MAC6。
图4-9 IP地址和MAC地址在网络通信的应用
图4-9中，主机H1与主机H2不在一个网络中，如果H1发送数据给H2，其过程为：
（1）在网络层是IP数据包，其源地址是IP1，目的地址是IP2，在整个传输过程中，这两个IP地址不变。
（2）H1发送的IP报文，由于其目的IP地址不在局域网1内，因此发往相连的路由器，在数据链路层被封装成数据帧，其源MAC地址为MAC1，目的MAC地址为MAC3。
（3）路由器R1接收该数据帧，解析出IP数据包，根据源和目的IP，查路由表，计算出最优的转发路径，得到转发的端口号——MAC地址为MAC4。
（4）同样的，由于地址IP2不在局域网2，路由器的数据链路层将IP数据包封装成数据帧，其源 MAC地址为MAC4，目的MAC地址为MAC5，数据帧发往与局域网2相连的路由器2。
（5）路由器R2接收该数据帧，解析出IP数据包，根据源和目的IP，查路由表，得知主机H2在与其MAC6端口相连的局域网3上，因此将IP数据包封装成数据帧，其源MAC地址为MAC6，目的MAC为MAC2，发出数据帧。
（6）主机2接收到该帧，数据链路层判断MAC地址为本机的地址MAC2，接收该帧，解析出IP数据包，交给网络层，完成数据通信过程。
网络上主机和网络设备都有物理地址，之所以需要IP地址，其原因主要有：
（1）存在着各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，几乎是不可能的事。
（2）硬件地址设计之初，仅仅考虑到用于区别不同的设备，没有考虑大规模网络的需要，不能标识同一网络，缺少必要的寻址能力；而IP地址的网络号能反映是否同一网络，协议中的路由协议能很好地解决大规模网络的寻址问题。
（3）硬件地址与设备硬件是绑定的，因此被称为硬件地址，一且更换设备，硬件地址就会变化，不利于寻址机制的设计，而IP地址是逻辑地址，不与设备绑定，仅表明设备的位置，因此更利于寻址。
（4）IP地址的网络号能够减少路由查找的次数、减小路由表的大小、减小路由器的设计开销，并能更快地找到目的主机。
随堂练习
1.IP地址分几类？每一类的范围是什么？
2.IP地址和硬件地址的关系。
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