IP 是 Internet Protocol(网络协议)的简写,是为收发网络数据而分配给计算机的值。
端口号并非赋予计算机的值,而是为区分程序中创建的套接字而分配给套接字的序号。
1.网络地址(Internet Address)
为使计算机连接到网络并收发数据,必须为其分配IP地址。
IP地址分为两类:
- IPv4(Internet Protocol version 4):
4
4
4 字节地址族
- IPv6(Internet Protocol version 6):
16
16
16 字节地址族
IPv4 与 IPv6 的差别主要是表示IP地址所用的字节数,目前通用的地址族为 IPv4。IPv6 是为了应对2010年前后IP地址耗尽的问题而提出的标准,IPv6 的普及将需要更长时间。
IPv4 标准的
4
4
4 字节IP地址分为网络地址和主机地址,且分为
A
A
A、
B
B
B、
C
C
C、
D
D
D、
E
E
E 等类型。下图展示了 IPv4 地址族,一般不会使用已被预约了的
E
E
E 类地址,故省略。
网络地址(网络ID)是为区分网络而设置的一部分IP地址。假设向 WWW.SEMI.COM 公司传输数据,该公司内部构建了局域网,把所有计算机连接起来。因此,首先应向 SEMI.COM 网络传输数据,也就是说,并非一开始就浏览所有
4
4
4 字节IP地址,进而找到目标主机;而是仅浏览
4
4
4 字节IP地址的网络地址,先把数据传到 SEMI.COM 的网络。SEMI.COM 网络(构成网络的路由器)接收到数据后,浏览传输数据的主机地址(主机ID)并将数据传给目标计算机。下图展示了数据传输过程。
某主机向 203.211.172.103 和 203.211.217.202 传输数据,其中 203.211.172 和 203.211.217 为该网络的网络地址。所以,“向相应网络传输数据”实际上是向构成网络的路由器(Router)或交换机(Switch)传递数据,由接收数据的路由器根据数据中的主机地址向目标主机传递数据。
若想构建网络,需要一种物理设备完成外网与本网主机之间的数据交换,这种设备便是路由器或交换机。它们实际上也是一种计算机,只不过是为特殊目的而设计运行的,因此有了别名。所以,如果在我们使用的计算机上安装适当的软件,也可以将其用作交换机。另外,交换机比路由器功能要简单一些,而实际用途差别不大。
2.网络地址分类与主机地址边界
只需通过IP地址的第一个字节即可判断网络地址占用的字节数,因为我们根据IP地址的边界区分网络地址,如下所示:
-
A
A
A 类地址的首字节范围:
0
∼
127
0 \sim 127
0∼127
-
B
B
B 类地址的首字节范围:
128
∼
191
128 \sim 191
128∼191
-
C
C
C 类地址的首字节范围:
192
∼
223
192 \sim 223
192∼223
还有如下这种表述方式:
-
A
A
A 类地址的首位以
0
0
0 开始
-
B
B
B 类地址的前
2
2
2 位以
10
10
10 开始
-
C
C
C 类地址的前
3
3
3 位以
110
110
110 开始
正因如此,通过套接字收发数据时,数据传到网络后即可轻松找到正确的主机。
3.用于区分套接字的端口号
IP用于区分计算机,只要有IP地址就能向目标主机传输数据,但仅凭这些无法传输给最终的应用程序。
计算机中一般配有 NIC(Network Interface Card,网络接口卡)数据传输设备。通过 NIC 向计算机内部传输数据时会用到 IP。操作系统负责把传递到内部的数据适当分配给套接字,这时就要利用端口号。也就是说,通过 NIC 接收的数据内有端口号,操作系统正是参考此端口号把数据传输给相应端口的套接字,如下图所示。
端口号就是在同一操作系统内为区分不同套接字而设置的,因此无法将
1
1
1 个端口号分配给不同套接字。
另外,端口号由
16
16
16 位构成,可分配的端口号范围是
0
∼
65535
0 \sim 65535
0∼65535。但
0
∼
1023
0 \sim 1023
0∼1023 是知名端口(Well-known PORT),一般分配给特定应用程序,所以应当分配此范围之外的值。
另外,虽然端口号不能重复,但TCP套接字和UDP套接字不会共用端口号,所以允许重复。例如,如果某TCP套接字使用9190号端口,则其他TCP套接字就无法使用该端口号,但UDP套接字可以使用。
总之,数据传输目标地址同时包含IP地址和端口号,只有这样,数据才会被传输到最终的目的应用程序(应用程序套接字)。