代码改变世界

计算机网络中的地址体系全解析（涵盖 A/B/C 类地址 + 私有地址 + CIDR）

2026-01-27 15:59  tlnshuju  阅读(15)  评论(0)    收藏  举报

1. 为什么网络通信离不开“地址”？

现实生活中，快递小哥要送货，需要：

  • 省 → 市 → 区 → 小区 → 楼栋 → 门牌号
    网络通信也一样，一台电脑想给另一台电脑发送数据，也必须“精准找到对方”。

因此计算机网络中有三类“地址”：

类别作用类比
MAC 地址物理地址，局域网层识别身份小区门口保安的“人脸识别”
IP 地址网络层寻址，负责“你在哪个网段”行政地址（省市区）
端口号应用识别，指出“找哪一个应用”收件人本人

这三种地址层层递进，才能实现 从一台电脑到另一台电脑的完整通信链路。

2. MAC 地址：网络世界每个设备的“身份证”

2.1 MAC 是什么？

  • 工作在 数据链路层（第 2 层）
  • 写死在网卡中（也可以修改）
  • 长度 48 bit，常见格式：AA-BB-CC-DD-EE-FF

2.2 特点

  • 局域网内唯一
  • 不可跨网（交换机只认 MAC）
  • 路由器不会转发 MAC 地址

结论：MAC 地址只能在局域网内部定位，不参与跨网通信。

3. IP 地址体系：从 ABC 类到 CIDR，你必须真正理解的知识

3.1 IP 地址的历史：经典 A/B/C 类地址划分

在最初的互联网设计中，IP 地址被人为划分成：

类别领先位网络号长度主机号长度默认子网掩码可分配主机数量
A 类0xxx8 bit24 bit255.0.0.0 (/8)16,777,214
B 类10xx16 bit16 bit255.255.0.0 (/16)65,534
C 类110x24 bit8 bit255.255.255.0 (/24)254
D 类（组播）1110----
E 类（科研）1111----

常见 IP 范围：

类别IP 范围
A 类1.0.0.0 ~ 126.255.255.255
B 类128.0.0.0 ~ 191.255.255.255
C 类192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
D 类224.0.0.0 ~ 239.255.255.255
E 类240.0.0.0 ~ 255.255.255.255

重点：127.x.x.x 保留为回环地址，不属于 A 类正常使用范围。

为什么 ABC 类失败了？

因为：

  • A 类 = 网太大
  • C 类 = 主机太少
  • 很多地址用不了 → 互联网地址严重浪费

所以后来出现了：

3.2 现代互联网使用的 CIDR（无类域间路由）

CIDR 的形式是：

IP地址/网络前缀

例如：

192.168.1.10/24
10.0.0.5/8
172.16.5.20/12

网络前缀决定：

  • 网络号多少位
  • 主机号多少位
  • 子网掩码是什么

例如：

/24 = 255.255.255.0
/16 = 255.255.0.0
/12 = 255.240.0.0

总结：现代互联网已经不再依赖传统 ABC 类，而是依赖灵活的 CIDR 划分。

3.3 私有地址（Private IP）：不需要公网授权的地址

RFC1918 定义了内网使用的私有地址段：

类别私有 IP 网段掩码
A 类私有地址10.0.0.0 ~ 10.255.255.255/8
B 类私有地址172.16.0.0 ~ 172.31.255.255/12
C 类私有地址192.168.0.0 ~ 192.168.255.255/16

家庭、公司、学校，几乎都使用这些 IP。

这些地址不会在公网路由，因此必须依靠 NAT 才能访问外网。

3.4 特殊地址总结（你必须记住）

目的地址说明
本机回环测试127.0.0.1/8永远指向自己
本网段广播x.x.x.255（根据掩码）向所有主机发送广播
本机所有 IP0.0.0.0常用于服务器绑定
未知地址0.0.0.0/8未指定来源
组播地址224.0.0.0 ~ 239.255.255.255组播协议使用
APIPA 自动分配169.254.x.xDHCP 获取失败时临时地址

这些在面试、工作（尤其运维/网络排查）中非常常见。

4. 端口号：数据包要送给哪一个应用？

IP 地址定位到机器后，还要知道交给 哪一个程序。

  • 工作在传输层（TCP/UDP）
  • 范围：0~65535
  • 常见端口：
服务端口协议
HTTP80TCP
HTTPS443TCP
DNS53UDP
MySQL3306TCP

端口号 ≈ 房子的不同住户 / 部门，区分不同应用程序。

5. NAT：为什么全世界几十亿设备能共享有限的 IPv4？

公共 IP 只有 43 亿个，但设备远超这个数。
因此网络大量使用 NAT（网络地址转换）。

家庭路由器 NAT 示意图：

手机：192.168.1.5
电脑：192.168.1.10
Pad：192.168.1.20
全部通过一个公网 IP：123.45.67.8

路由器记录连接表：

内网 IP内部端口公网端口
192.168.1.105000120001
192.168.1.55000220002

NAT 让多个内网设备共享一个公网 IP，节省 IPv4 地址。

6. ️子网划分：如何判断两个 IP 是否同网段？

例：

A: 192.168.1.10/24
B: 192.168.1.100/24

二者是否同网段？

计算：

192.168.1.10  & 255.255.255.0 = 192.168.1.0
192.168.1.100 & 255.255.255.0 = 192.168.1.0
→ 同网段

如果 B 改成：

192.168.2.100

则：

192.168.2.0 ≠ 192.168.1.0
→ 不同网段，需要路由器

7. ARP：IP 如何找到 MAC？

流程：

我知道 192.168.1.10
我不知道它的 MAC
↓
ARP 广播：“192.168.1.10 是谁？”
↓
目标机器回复 MAC
↓
构建局域网数据帧

局域网通信 = IP → ARP → MAC

8.️ 路由：IP 包如何走向世界？

数据包要走出你的家庭网络，需要：

电脑 → 默认网关（家庭路由器） → ISP → 骨干网 → 目标

路由器做的事情：

  • 判断目标是否在同网段
  • 如果不是 → 查路由表，转发到下一跳
  • 最终到达目标网络

路由器是“快递高速公路的导航系统”。

9. ️ 图解：完整的数据包通信链路

下面是完整通信路径：

应用层：HTTP 给浏览器
↓
传输层：TCP 将数据分段 + 端口号
↓
网络层：IP 封装 IP 地址（源/目标）
↓
链路层：ARP → MAC 封装
↓
物理层：电信号发送

一个数据包从浏览器到服务器，会经历：

  • IP 地址定位服务器所在网络
  • 路由器根据网络号转发
  • ARP 在局域网找到最终的 MAC
  • 端口号定位到服务器的具体应用

10. 总结：计算机网络地址体系 = 城市物流系统

网络概念类比功能
MAC小区内的人脸识别局域网内识别设备
IP行政地址跨网段寻找目标
子网掩码小区划分判断是否同网段
路由高速公路与导航决定数据包的路径
NAT快递驿站多个内网共享一个公网 IP
端口收件人交给具体应用

这个体系精准高效，使整个互联网能够 互联互通。

结语：为什么你要真正理解这个？

无论你做：

  • 前端 / 后端开发
  • 运维 / 安全
  • 嵌入式 / IOT
  • 云原生 / k8s
  • 网络工程 / 架构设计

你都需要彻底理解：
IP + MAC + 端口 是网络的三大基石
理解了这些，即可通透理解 NAT、路由、VLAN、VPN、Docker 网络、K8S CNI 等更高级主题。