一、概述
记录时间 [2024-12-18]
前置文章:网络编程 01:计算机网络概述,网络的作用,网络通信的要素,以及网络通信协议与分层模型
本文讲述网络编程相关知识——IP 地址,包括 IP 地址的作用、分类,以及特殊的 IP 等。
IP 地址的作用在于唯一定位一台网络上的计算机。文章中通过 Java 编程,实现了 IP 地址的信息获取。
通过获取 IP 和端口,同时基于相关的网络协议,我们能实现不同计算机之前的通信。
二、IP 地址的分类
1. IPv4 / IPv6
IPv4 和 IPv6 是互联网协议(IP)的两个版本,用于定义数据在网络中的传输格式和寻址方式。
IPv6 作为 IPv4 的继任者被开发出来,以解决地址空间不足的问题,并引入了其他改进。
IPv4
IPv4(Internet Protocol version 4)
- 地址格式:
- IPv4 使用 32 位二进制数表示地址,例如
192.168.1.1
。 - 以点分十进制记法书写,每 8 位用
.
隔开,共 4 组,每组二进制都转换成十进制。 - 这种格式大约提供 43 亿个唯一的 IP 地址。其中30 亿都在北美,亚洲 4 亿,基本用尽了。
- IPv4 使用 32 位二进制数表示地址,例如
- 子网掩码:
- 广播地址:
- 每个子网都有一个广播地址,用于向该子网内的所有设备发送消息。
- 例如,在
192.168.1.0/24
子网中,广播地址是192.168.1.255
。
- 私有地址:
- 为了缓解公有 IP 地址的短缺,定义了私有地址范围,这些地址可以在内部网络中重复使用。
- NAT(网络地址转换):
- 由于 IPv4 地址资源有限,很多网络使用 NAT 技术,允许多个内部设备通过一个或少数几个公有 IP 地址访问互联网。
IPv6
IPv6(Internet Protocol version 6)
- 地址格式:
- IPv6 使用 128 位二进制数表示地址。
- 以冒号十六进制记法书写,每 16 位用
:
隔开,共 8 组,每组二进制都转换成十六进制。 - 例如
2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
,简化后的表示可以省略前导零和连续的零段,如2001:db8:85a3::8a2e:370:7334
。
- 地址空间:
- IPv6 设计时就考虑到了足够的地址空间,因此原则上不再需要 NAT。
- IPv6 提供了几乎无限的地址空间,每个设备都可以拥有一个全球唯一的 IP 地址。
- 相比于 IPv4 的优点:
2. 公网 / 私网
公网(互联网)
- 公网是指连接到全球互联网的网络;
- 其 IP 地址在全球范围内唯一;
- 可以直接通过互联网进行通信。
私网(局域网)
- 私网是指不直接连接到互联网的内部网络;
- 私网使用的是特定保留的 IP 地址段,可以在多个不同的私有网络中重复使用。
- 私网内的设备可以相互通信,如
192.168.x.x
,给组织内部使用,要考虑安全性。 - 通过 NAT 技术,私网中的多台设备可以通过同一个公网 IP 地址访问外部资源。
三、域名
-
域名是为了方便人类记忆而设计的,是人类可读的、层次化的名称,用于标识互联网上的资源或服务。例如,
www.example.com
。 -
IP 地址是计算机网络用来标识和定位设备的实际地址。
-
域名系统(Domain Name System, DNS)是一个分布式数据库,负责将域名转换为对应的 IP 地址。
-
域名解析:使用域名系统将域名转换为对应的 IP 地址的过程。
四、ABCDE 类地址
IPv4 地址被划分为 A、B、C、D、E 五个类别,其中 A、B、C 类主要用于单播传输,D 类用于组播传输,E 类保留为将来使用。
下面是这五个类别的详细划分。
1. A ~ C 类
A ~ C 类主要用于单播传输。
观察这个 IP 地址:192.168.1.1/24
,一共 4 个字节,包含网络部分和主机部分。
根据网络部分和主机部分的不同表示,划分了 A、B、C 三类地址。
A 类
A 类:网络 1 + 主机 3(从左往右,下同)
- 例如
192.168.1.1/8
,适用于大型网络,能够支持大量的主机。 - 默认子网掩码:
255.0.0.0
B 类
B 类:网络 2 + 主机 2
- 例如
192.168.1.1/16
,适用于中型网络。 - 默认子网掩码:
255.255.0.0
C 类
C 类:网络 3 + 主机 1
- 例如
192.168.1.1/24
,适用于小型网络。 - 默认子网掩码:
255.255.255.0
2. D ~ E 类
D 类用于组播传输,E 类保留为将来使用。
- D 类:
- 主要用于组播(多播),即从一个源发送数据到多个接收者。
- 不使用传统的子网掩码,不遵循传统的网络部分和主机部分的划分方式。
- E 类:
- 目前主要保留用于实验和研究目的。
- 不使用传统的子网掩码,不遵循传统的网络部分和主机部分的划分方式。
3. A ~ E 类地址的范围
xxx
表示主机范围。
地址 | 二进制表示 | 十进制表示 |
---|---|---|
A 类 | 00000001.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx ~ 01111111.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx | 1.0.0.0 ~ 127.255.255.255 |
B 类 | 10000000.00000000.xxxxxxxx.xxxxxxxx ~ 10111111.11111111.xxxxxxxx.xxxxxxxx | 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255 |
C 类 | 11000000.00000000.00000000.xxxxxxxx ~ 11011111.11111111.11111111.xxxxxxxx | 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255 |
D 类 | 11100000.00000000.00000000.00000000 ~11101111.11111111.11111111.11111111 | 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 |
E 类 | 11110000.00000000.00000000.00000000 ~ 11111111.11111111.11111111.11111111 | 240.0.0.0 ~ 255.255.255.255 |
4. 第 1 个字节上的区别
十进制划分
从左数,第 1 个字节上,范围 0 ~ 255(十进制),A ~ E 类地址的划分如下。
二进制划分
从左数,第 1 个字节上,范围 00000001 ~ 11111111(二进制),A ~ E 类地址的划分如下。
- A 类:
0xxxxxxx
- B 类:
10xxxxxx
- C 类:
110xxxxx
- D 类:
1110xxxx
- E 类:
1111xxxx
xxx
才是它们的范围。例如,A 类 7 个 x
,范围 00000001 ~ 01111111。
五、特殊 IP 地址
特殊 IP 地址,是指在互联网协议(Internet Protocol, IP)中,具有特定用途或保留用于特殊目的的地址。
这些地址通常不能直接用于公共互联网上的常规通信。
以下是几种常见的特殊 IP 地址及其用途:
127.0.0.1
:回环地址,又名localhost
,用于标识本地主机,允许计算机上的程序与同一台计算机上的其他程序进行通信,不必通过网络接口卡。0.0.0.0
:表示 “本网络”,常用于默认网关配置。255.255.255.255
:有限广播地址,用于向本地网络中的所有设备发送数据。
六、代码实现
1. 检测网络
一些检测网络的方法
# 联网检查:ping 网络ip地址
ping baidu.com# 查看网络配置
ipconfig# 本机回环地址
ping 127.0.0.1
2. InetAddress 类
Java 提供的 InetAddress
类,用于实现网络应用程序。例如,可以获取 IP 地址。
InetAddress 类没有构造器,因此不能使用 new 关键字构造实例对象。
3. 测试 IP 地址
查询本机 IP 地址
查询本机 IP 地址的 3 种方式:
getByName("127.0.0.1")
:回环地址。getByName("localhost")
:回环地址。getLocalHost()
:主机名和主机的 IP 地址。
java">// InetAddress 是一个没有构造方法的类,所以直接用类名获取方法
// inetAddress1 就是获取到的一个 InetAddress 对象// 查询本机地址
InetAddress inetAddress1 = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
System.out.println(inetAddress1);InetAddress inetAddress3 = InetAddress.getByName("localhost");
System.out.println(inetAddress3);InetAddress inetAddress4 = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println(inetAddress4);
查询网站 IP 地址
查询网站 IP 地址的方式:
- IP
- 域名
java">// 查询网站 IP 地址
InetAddress inetAddress2 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
System.out.println(inetAddress2);
分析 IP 地址中的信息
注意:实际输出将依赖于 DNS 配置和当前的网络环境。
getAddress()
:返回一个字节数组,表示该InetAddress
对象的原始 IP 地址。getCanonicalHostName()
:返回该地址的规范主机名,即,完全限定域名,它包含了主机名和域名,可以唯一地标识网络上的一个设备或服务。getHostAddress()
:返回该InetAddress
对应的文本表示形式的 IP 地址,例如,192.0.2.1
(点分十进制)。getHostName()
:返回该InetAddress
对应的主机名。如果该对象是由 IP 地址创建的,可能会进行反向 DNS 查找以确定主机名(域名)。
java">InetAddress inetAddress2 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");// 一组地址
System.out.println(inetAddress2.getAddress());
// 规范的名字 IP
System.out.println(inetAddress2.getCanonicalHostName());
// IP
System.out.println(inetAddress2.getHostAddress());
// 域名、主机名
System.out.println(inetAddress2.getHostName());
4. 完整代码
java">// 测试 IP
public class TestInetAddress {public static void main(String[] args) {// InetAddress 是一个没有构造方法的类,所以直接用类名获取方法try {// 查询本机地址// inetAddress1 就是获取到的一个 ip 对象InetAddress inetAddress1 = InetAddress.getByName("127.0.0.1");System.out.println(inetAddress1);InetAddress inetAddress3 = InetAddress.getByName("localhost");System.out.println(inetAddress3);InetAddress inetAddress4 = InetAddress.getLocalHost();System.out.println(inetAddress4);// 查询网站 IP 地址InetAddress inetAddress2 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");System.out.println(inetAddress2);// 一组地址System.out.println(inetAddress2.getAddress());// 规范的名字 IPSystem.out.println(inetAddress2.getCanonicalHostName());// IPSystem.out.println(inetAddress2.getHostAddress());// 域名、主机名System.out.println(inetAddress2.getHostName());} catch (UnknownHostException e) {e.printStackTrace();}}
}
参考资料
狂神说 - 网络编程:https://www.bilibili.com/video/BV1LJ411z7vY
Java 8 帮助文档:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/