本文将结合通俗易懂的图文形式对互联网时代高频一词—IP地址做细致的梳理与总结，为广大读者朋友们讲述关于IP地址的“故事”！
本文章节内容
- IP地址是什么——主机唯一标识
- IP地址分类与子网划分——三级寻址与子网掩码
- 为什么使用IP地址——TCP/IP协议的要求
- 全球IP地址总量与使用量——可查IP地址位置
- 如何查看/修改IP地址——手机、计算机
- 家庭路由器与IP地址——外网运营商/内网路由器
IP地址
一、IP地址是什么？
21世纪关于网络，人们最长听见的用词之一便是：IP地址！如：“电脑的IP地址是多少”，“路由器怎么设置IP地址”，“如何修改计算机IP地址”，“服务器IP地址是多少”......那么IP地址究竟是什么呢？
❶ IP地址解释
IP，英文全写为Internet Protocol，指TCP/IP网络体系中的网际互联协议，工作在OSI模型的网络层（简单了解即可）。
IP地址：IP协议规定了所有连接到互联网中的设备都必须拥有自己唯一的“身份号”—IP地址，网络设备间进行信息交互时，必须在数据报文中设定目标设备的IP地址方能将数据准确传输至目标设备，好比快递必须填写收件人地址，快递员方能根据收件人地址将快递顺利送至收件人处。互联网中的一台网络设备可以拥有多个IP地址，但一个IP地址只能对应一台网络设备，即IP地址具有唯一性：
IP地址唯一性
了解IP地址是什么之后，我们接着来看IP地址的编写格式。
❷IP地址如何构成
IP地址是一串数字，遵循国际编写规范，共由32位二进制数字0/1组成（关于二进制请参考：一文看懂计算机数据：从每位数永不大于9到二进制0-1），每8位为一组，用圆点隔开。类似身份号码的数据段（6位表示籍贯+8位表示出生年月+3位表示顺序码+1位校验码），IP地址数据分为两个功能段：
★ 网络地址/网络号+主机地址/主机号（共32位），共分为如下五大类，其中A/B/C类为常用IP地址：
- A类IP地址：8位网络地址+24位主机地址
- B类IP地址：16位网络地址+16位主机地址
- C类IP地址：24位网络地址+8位主机地址
- D类IP地址为组播地址，E类IP地址为保留地址，不做介绍。
五类IP地址与范围
IP地址编码规范中规定：网络地址和主机地址为全0为本地地址，表示本地网络或主机；网络地址和主机地址为全1为广播地址，表示所有网站都可接收发出的信息，通常这两种IP地址不能作为互联网中的主机IP地址。因此，每类IP地址中除去这两个，可计算出ABC三类IP地址的网络地址数以及每个网络地址中所能容纳的主机数量：
- A类IP地址：126（2^7-2）个网络地址，可容纳主机 16777214(2^24-2)台
- B类IP地址：16382（2^14-2）个网络地址，可容纳主机 65534(2^16-2)台
- C类IP地址：2097150（2^21-2）个网络地址，可容纳主机 254(2^8-2)台
关于IP地址的分类(A-E)，子网划分，主机容量计算，子网掩码与IP地址、子网地址、网络地址的关系等内容详见下节！
二、IP地址分类与子网划分
本节内容要求读者具备二进制知识，可参考：一文看懂计算机数据：从每位数永不大于9到二进制0-1 那么下面将为大家详细介绍IP地址的分类与子网划分等技术内容！
美国互联网信息中心（InterNIC）统一管理全球的IP地址，并规定所有加入互联网的网络设备必须向其申请IP地址或者向当地的信息中心申请IP地址。当然，如果只是在局域网中通信，便可以根据实际需要灵活的设计IP地址机制。下面为大家介绍一种简单的局域网IP地址划分方案——子网掩码编址：
子网掩码示例
★ 子网掩码：由除主机地址之外的所有位均为1构成。
前文中我们已经详细介绍了IP地址的组成方式：网络地址+主机地址，在上图中的子网掩码编址方案中，为了更灵活的分配主机数量，便将B类IP地址原本16位的主机地址进一步的划分为了：子地址掩+新主机地址，这样就形成了网络地址+子网地址+主机地址的三级IP地址格式，并定义了子网掩码来实现三级寻址。为了让大家更清楚其中的机制，我们将通过实际案例来详细说明。
★ 大学IP地址三级寻址案例介绍
其实一个组织或者机构向当地NIC申请的IP地址都是网络地址，获得网络地址后，那么该网络地址对应的所有IP地址都将被互联网视为本机构或组织内的网络设备，如：
某所大学共有四个学院，学校向当地信息中心申请了一个B类网络地址—128.1.0.0，即学校所有主机的IP地址都在128.1.0.0~128.1.255.255范围内，学校计划采用三级寻址方式将申请到的IP地址分为四个子网分配给对应的学院使用，那么如何划分呢？
从前文我们已经知道B类IP地址中网络地址和主机地址各占16位，所以信息中心给该院校分配的IP地址对应的：
- 网络地址为：128.1 等价于 10000000.00000001
- 主机地址为：0.0~255.255 等价于 000000000.00000000~11111111.11111111
我们已经知道三级寻址要求将主机地址进一步划分为：子网地址+新主机地址，学校要求划分四个子网给四个学院，那么我们从原主机地址中划出两位（00,01,10,11）即可构成四个子网，那么新的三级IP地址结构对应的：
- 网络地址为：128.1 等价于 10000000.00000001
- 子网地址为：0~3 等价于00~11
- 新主机地址(14位)：0000000.00000000~111111.11111111
- 子网掩码为：255.255.192.0 等价于 11111111.11111111.11000000.00000000
图解如下：
三级IP寻址案例分析
三级IP地址寻址机制中的子网地址只对内部有效，互联网始终认为学校网络地址是128.0.0.0，并没有子网地址。当互联网中的网络设备向学校内的主机发送数据时，在IP数据包抵达学校网络时，边界路由器将读取IP数据包中的IP地址，并与学校的子网掩码进行“与”操作，得到的结果就是学院子网，然后路由器再根据子网将该IP数据包转发到对应的学院，再由学院子网将数据包转发给目标主机，以此完成Internet主机向学校内主机发送数据的过程。
相信通过上述案例分析，读者朋友们对于IP地址的划分与子网掩码都有了时刻认识，其实本节内容只是抛砖引玉，以上述内容为基础，感兴趣的读者可以自行学习另一种更为有效的IP地址编址方案——可变长子网掩码编址！该方案可以充分利用IP地址资源，减少IP地址浪费现象。限于篇幅，本文不做详述。
三、为什么要使用IP地址？
关于这个问题，其实在之前的文章中已经有所提及，在实际使用Internet的过程中，虽然用户是很少需要直接使用IP地址的，比如上网，用户都是通过网址来获取信息，但其实网址最后都是映射为IP地址的，参见：一文看懂：网址，URL，域名，IP地址，DNS，域名解析，所以互联网用户所有的网络行为进行的数据传输都是需要使用IP地址进行的。那么这是为什么呢？
为什么要用IP地址？
原因解答：
首先我们要明确一点：普通互联网用户所接触的所有互联网终端设备都是基于TCP/IP协议的，当然相关专业人员会用到更多的协议，如：DHCP(动态主机分配协议) 、FTP（File Transfer Protocol）文件传输协议、HTTP （Hypertext Transfer Protocol）超文本传输协议等等。而在TCP/IP协议中约定所有网络设备之间进行数据传输必不可少IP地址，如计算机与手机，计算机与服务器，计算机与计算机之间通信都需要IP地址，必不可少。IP地址作为互联网设备通信中目的设备的唯一网络标识，必不可少（重要的事情说三遍），否则IP数据包将如同无头苍蝇，在互联网中胡冲乱撞，永远无法抵达目标设备。
IP数据报帧格式
四、全球IP地址总量与使用量
❶ 全球IP地址总量
本文所述的IP地址均为IPv4版本，前文已经说明：IPv4地址共分为四段，每段数值范围为0~255共256个，四段IP地址的数量=256的四次方，近42亿多（实质是32位二进制，总IP个数=2的32次方），去除一些不可用的IP，全球可用IP地址总量约40亿左右。
❷ 全球已使用的IP地址数量
通过BCZS可以查询到全球各城市IP地址使用量（有的国家竟然只有几个IP地址）：
全球各国IP地址使用量
具体IP地址的详细数据查询：
本机的IP地址信息示例
五、如何查看/修改IP地址
以计算机为例来讲解如何查询并修改IP地址，附带手机上的IP地址查看与修改
❶ 计算机IP地址查询——直接图解
控制面板的打开方式：Win键（键盘左、右下角的win标识键）+R键，输入“control”回车即可
查看计算机IP地址方式
❷ 手机IP地址查看
手机上如果使用wifi是可以查看IP地址的，如果使用移动网络则没有查看IP地址的必要，所以不做介绍。
手机IP地址查看
❸ IP地址修改
正常情况下，手机是不需要修改IP地址的，除非设置代理抓包或相关专业技术人员需要，所以这里只介绍计算机上IP地址的修改操作：
- 计算机修改的IP地址一般上都是B类或者C类
- B类默认子网掩码：255.255.0.0
- C类默认子网掩码：255.255.255.0
- 默认网关：IP地址最后一段为1，如IP为192.168.1.x，默认网关都是192.168.1.1
修改计算机IP地址
六、路由器与IP地址
IP地址与我们普通用户关系最紧密的莫过于家庭路由器的IP地址设置与分配，关于家庭路由器的设置，可以参考之前的文章：三分钟学会路由器各参数功能及设置方法，可应付所有路由器设置！，现在的家庭路由器安装设置变得越来越简单了，只需要设置一个宽带账户即可，所以本文只做原理性讲解。
家庭用户的IP地址不像企业、组织或者机构，并非申请一个地址段，而是由运营商分配的一个具体地址，如：183.185.21.171。由于IP地址具有唯一性，因此如果不使用路由器，那么一个家庭宽带只能有一台网络设备能够访问互联网，而宽带通过路由器之后，便能够允许多台设备同时访问互联网，这是为什么呢？
路由器相当于一个水池，运营商分配的宽带接入路由器后，路由器可以根据自身的地址池重新分配一批IP地址出去，这些IP地址就是我们手机、计算机、电视所获取到的IP地址。
路由器功能示意图
但这些地址只对于家庭内网而言有所区别，相对于互联网来说，所有连接在路由器上的家庭网络设备的IP地址都是运营商分配的IP地址：
家庭网络设备拓扑图
总结
本文通过通俗易懂的语言结合图文深入浅出的对IP地址的所有“故事”进行了详细的说明与介绍。希望通过本文的讲解让更多的人对IP地址，对计算机，对互联网有更多新的认识！
