核心 · 计算机网络第 1 课 / 共 6 课免费阅读

IP 地址与子网 · 计算机网络

几十亿台电脑里，一台电脑怎么找到另一台？

为什么需要它

网络上每台设备都有一个 IP 地址，每台云服务器、每条防火墙规则、每个 Docker 网络，都是用 10.0.0.0/16 这样的地址和范围来配置的。读得懂这些，你一眼就能看出两台机器能不能直接通信，也能看出一条规则为什么匹配或不匹配。

直觉理解

一个 IPv4 地址是 32 位，写成四个 0 到 255 之间的数：192.168.1.20。

它分成两部分，就像街道和门牌号：

网络部分（街道）：在哪个网络上
主机部分（门牌号）：这个网络上的哪台设备

/24 表示前面多少位是网络部分：这里是前 24 位（192.168.1），剩下 8 位，所以有 2⁸ = 256 个地址。同一个网络里的设备直接通信；否则数据包要经过路由器（默认网关）。

有些范围是私有的（10.x、172.16–31.x、192.168.x）：用在家里、办公室和云里，不能从互联网直接访问。

定义

CIDR 前缀

The /n after an address: the first n bits name the network. /24 = 256 addresses, /16 = 65,536, /32 = exactly one address.
地址后面的 /n：前 n 位表示网络。/24 = 256 个地址，/16 = 65,536 个，/32 = 正好一个地址。

默认网关

The router a device sends packets to when the destination is outside its own network.
当目的地不在自己的网络里时，设备把数据包发给的那个路由器。

示例

地址只是数字

动手试试

Python 的 ipaddress 模块替你处理这些位运算。

import ipaddress

net = ipaddress.ip_network("192.168.1.0/24")
print(net.num_addresses)
print(ipaddress.ip_address("192.168.1.20") in net)
print(ipaddress.ip_address("192.168.2.20") in net)
print(ipaddress.ip_address("10.0.0.5").is_private)

逐步执行

L432 − 24 = 8 位主机位：2⁸。256
L5前 24 位相同：同一个网络。True
L6第三个数不同：另一个网络，要经过路由器。False
L710.x 是私有地址段。True

手工计算

动手试试

/24 掩码保留前三个数。比较它们，就知道两个地址是不是同一个网络。

def to_bits(ip):
    return "".join(format(int(part), "08b") for part in ip.split("."))

print(to_bits("192.168.1.20"))
a, b = to_bits("192.168.1.20"), to_bits("192.168.1.99")
print(a[:24] == b[:24])

逐步执行

L2每个数变成 8 位二进制。
L432 位：192 是 11000000，168 是 10101000，依此类推。11000000101010000000000100010100
L6前 24 位相同：同一个 /24 网络。True

常见错误

防火墙里写 0.0.0.0/0

/0 表示网络位为零：互联网上的所有地址。允许 0.0.0.0/0 访问 SSH，就是对全世界开放。

数字越大，网络越小

/28 比 /24 小：网络位越多，主机位越少（16 个地址对 256 个）。

小测验

1. 这段代码会输出什么？

1
2

import ipaddress
print(ipaddress.ip_network("10.0.0.0/28").num_addresses)

A
```
16
```
B
```
28
```
C
```
256
```

查看答案

答案：A

32 − 28 = 4 位主机位：2⁴ = 16。

2. 你的笔记本是 192.168.1.20/24。它不经过路由器能直接访问哪个地址？

A192.168.1.200
B192.168.10.2
C8.8.8.8

查看答案

答案：A

只有 192.168.1.x 的前 24 位相同。

动手练习

3 道练习，分三层：先预测程序的输出，再按新需求改程序，最后从零写一个。代码在浏览器里运行，提交马上判题。

预测输出读懂范围
准确写出这段程序的输出。
改需求比较网络，不是字符串
same_network(a, b) 应该判断两个 IPv4 地址是否在同一个 /24 里。它比较的是前 10 个字符，对 10.0.0.1 和 10.0.0.200 等很多情况都是错的。改成比较前三个数。
从零写匹配哪条规则？
写函数 route(ip, table)，table 是 (网络, 名字) 对组成的列表，比如 ("10.0.0.0/8", "office")。返回匹配的网络中前缀最长（最具体）的那个的名字；都不匹配时返回 "internet"。用 ipaddress 模块。

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本课术语

术语	中文	英文定义
IP address	IP 地址	A number that identifies a device on a network, such as 192.168.1.20.
Subnet	子网	A range of addresses sharing the same network prefix, such as 10.0.1.0/24.
Router	路由器	A device that forwards packets between networks.