教学目标
📖 课前导入
在数据链路层，我们用MAC地址标识"谁是谁"。但MAC地址是扁平的——它不包含位置信息，就像身份证号无法告诉你一个人住在哪里。
网络层引入了IP地址——它不仅能标识设备，还能标识设备所在的网络，就像邮政地址包含省、市、街道一样，让数据包能够跨越不同网络找到目的地。
今天我们来深入学习IPv4地址和子网掩码——这是网络工程师最核心的基本功！
📚 一、IPv4地址的格式
IP地址的组成
IPv4地址由32位二进制数组成，为了方便阅读，分成4组，每组8位（1字节），用点分十进制表示。
二进制表示（32位）
11000000.10101000.00000001.01100100
点分十进制表示
192.168.1.100
IP地址 = 网络号 + 主机号
网络号（Network ID）
标识设备所在的网络
主机号（Host ID）
标识该网络中的具体设备
• 网络号相同的设备在同一个网络中，可以直接通信
• 网络号不同的设备在不同网络中，需要路由器转发
• 就像邮政地址中"北京市海淀区"是网络号，"XX路XX号"是主机号
📚 二、IP地址的分类（有类编址）
传统的IP地址按照第一个字节的范围分为A、B、C、D、E五类：
| 类别 | 第1字节范围 | 网络号/主机号 | 默认子网掩码 | 网络数 | 每网络主机数 | 用途 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A | 1~126 | N.H.H.H | 255.0.0.0 | 126个 | 约1677万 | 大型机构 |
| B | 128~191 | N.N.H.H | 255.255.0.0 | 约1.6万 | 约6.5万 | 中型机构 |
| C | 192~223 | N.N.N.H | 255.255.255.0 | 约209万 | 254 | 小型机构 |
| D | 224~239 | 组播地址（不分网络号/主机号） | 组播 | |||
| E | 240~255 | 保留（实验用） | 保留 | |||
N=网络号部分，H=主机号部分。127.x.x.x是回环地址（localhost），不分配给任何网络。
特殊IP地址（必须记住！）
| 地址 | 名称 | 说明 |
|---|---|---|
| 0.0.0.0 | 默认路由/本机 | 路由表中表示"所有网络" |
| 127.0.0.1 | 回环地址（localhost） | 本机自己，用于测试本机网络协议栈 |
| 255.255.255.255 | 受限广播地址 | 向本网络所有设备广播 |
| 主机号全0 | 网络地址 | 如192.168.1.0代表整个网段 |
| 主机号全1 | 定向广播地址 | 如192.168.1.255向该网段所有设备广播 |
📚 三、公有地址与私有地址
公有地址（Public IP）
由IANA/运营商分配，全球唯一，可以在互联网上直接路由。
你的宽带运营商分配给你的就是公有IP。
私有地址（Private IP）
只在局域网内使用，不能在互联网上路由。不同局域网可以使用相同的私有地址。
你家路由器分配给手机/电脑的就是私有IP。
三段私有IP地址范围 ⭐必背
A类私有
10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
10.0.0.0/8（1个A类网络）
B类私有
172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
172.16.0.0/12（16个B类网络）
C类私有
192.168.0.0 ~ 192.168.255.255
192.168.0.0/16（256个C类网络）
💡 家庭路由器默认使用192.168.1.x或192.168.0.x。企业网络常用10.x.x.x或172.16.x.x。
📚 四、子网掩码 ⭐核心概念
什么是子网掩码？
子网掩码（Subnet Mask）用于区分IP地址中的网络号和主机号。子网掩码中为1的部分对应网络号，为0的部分对应主机号。
子网掩码如何工作？
| IP地址： | 11000000.10101000.00000001 | . | 01100100 |
| 子网掩码： | 11111111.11111111.11111111 | . | 00000000 |
| AND运算： | 11000000.10101000.00000001 | . | 00000000 |
| 网络地址： | 192.168.1.0 | ||
IP地址 AND 子网掩码 = 网络地址。两台设备计算出相同的网络地址，说明它们在同一网段。
CIDR表示法
除了点分十进制，子网掩码还可以用CIDR（斜线表示法）表示：
255.255.255.0
= /24（24个1）
255.255.0.0
= /16（16个1）
255.0.0.0
= /8（8个1）
例如 192.168.1.100/24 表示IP地址为192.168.1.100，子网掩码为255.255.255.0。
快速计算要点
已知子网掩码/24（255.255.255.0）：
• 网络地址：主机号全置0 → 192.168.1.0
• 广播地址：主机号全置1 → 192.168.1.255
• 可用主机数：2^(32-24) - 2 = 256 - 2 = 254（减去网络地址和广播地址）
• 第一个可用IP：192.168.1.1 | 最后一个可用IP：192.168.1.254
IP地址与子网掩码详解
通过动画和实例讲解IP地址分类、子网掩码原理、网络地址计算和CIDR表示法
通过动画和实例讲解IP地址分类、子网掩码原理、网络地址计算和CIDR表示法
✅ 课堂小测
随堂测验
第 1/5 题IP地址 172.16.5.100 属于哪一类？
📋 本课小结
IPv4地址：32位，点分十进制，由网络号+主机号组成。
地址分类：A（1-126）、B（128-191）、C（192-223）、D（组播）、E（保留）。
私有地址：10.x.x.x、172.16-31.x.x、192.168.x.x，只能在局域网内使用。
子网掩码：区分网络号和主机号，IP AND 子网掩码 = 网络地址。
🤔 课后思考
- 用 ipconfig 查看你电脑的IP地址，判断它是A/B/C哪一类，是公有地址还是私有地址？
- 计算 10.5.20.100/8 的网络地址、广播地址和可用主机范围。
- 如果全球有约40亿个IPv4地址（2^32），为什么还会不够用？私有地址和NAT技术如何缓解这个问题？