这里引入两个概念：

1、将 IP 地址和子网掩码进行“按位与”操作（二进制相同位，与操作，两个都是1结果为1，否则为0），得到的结果就是网络号。

2、将子网掩码二进制按位取反，再与 IP 地址位与计算，得到的就是主机号。

同时网络号和主机号也是IP地址的两个重要组成部分。其中网络号用来标识网段(局域网)；主机号用来标识局域网中的主机。

这里除了使用子网掩码的方式划分，还有一种古老的方式，将IP地址划分为以下5类：

注意：这种“粗糙”的划分方式，存在 IP 地址浪费的问题。例如在A、B类地址中，由于主机号长度过长，并且实际网络架设时，连接的主机数量又常远小于最大主机数，会造成大量 IP 地址浪费。

三、特殊IP地址 将IP地址中的主机地址全部设为0，就成为了网络号，代表这个局域网；将IP地址中的主机地址全部设为1，就成为了广播地址，用于给同一个链路中相互连接的所有主机发送数据包；此时想这个IP地址发送UDP数据包，这个数据包就会被转发给整个局域网中所有主机（TCP不支持广播）；127.*的IP地址用于本机环回（loop back）测试，通常是127.0.0.1；主机号为1。如192.168.0.1一般作为网关IP

注意：TCP/IP 协议规定，不同子网之间无法直接通信，如果想要通信需要“网关”进行转发。通常路由器就担当“网关”这样一个角色。

四、解决 IP 地址不够用

由于IP地址是一个32位的二进制数，因此最大的IP地址数就为 2322^{32}232 次方，大约是 42亿9千万，而全球人口数量接近 80亿，IPV4 在2019年11月25日被正式分配完毕，为了解决IP地址不够用的问题当下主要有以下解决方案：

1、动态分配IP地址

设备上网才分配IP地址，不上网不分配。这种方案治标不治本，并没有增加 IP 数量，只能在一定程度上解决问题，不能彻底解决 IP 地址不够用的问题。

2、NAT机制

NAT技术当前解决IP地址不够用的主要手段，是路由器的一个重要功能。在探讨NAT技术之前，我们先了解以下3个概念：

内网（局域网）IP：10.* 、172.16.*-172.31.*、 192.168.*外网 IP：除去内网 IP 剩下的IP地址均为外网 IP全局IP要求唯一，但是私有（内网）IP不需要；在不同的局域网中出现相同的私有IP是完全不影响的。

NAT能够将私有IP对外通信时转为全局IP。也就是就是一种将私有IP和全局IP相互转化的技术方法，并且同一局域网在转化时会分配同一个全局IP，也就是说此时一个全局IP就代表当前局域网内所有的网络设备。下图IP转换过程：

那么问题来了，如果局域网内，有多个主机都访问同一个外网服务器，那么对于服务器返回的数据中，目的IP都是相同的。那么NAT路由器如何判定将这个数据包转发给哪个局域网的主机？此时NAPT就可以解决这个问题，通过使用使用 IP+port 来建立这个关联关系：

3、使用IPV6

IPV4使用4个字节，32位来表示IP地址。IPV6使用16个字节，128位来表示IP地址，经过简单计算，大约是：2^32*2^32*2^32*2^32这个数字无比巨大，甚至说给世界上每一粒沙子都分配一个IP地址都搓搓有余。

但是对当前来说，有余IPV6和IPV4协议并不兼容，使用IPV6需要升级硬件，成本较高，又由于NAT技术的使用目前极大缓解了IPV4的困境，所以IPV6目前还多处于预备阶段，尚未启用。

五、路由选择

对于网络数据传输，不是想象中那样，数据直接从源主机到达目的主机，而是类似在地图中，从A到B的过程：

IP地址描述的是路途总体的起点和终点。而行进也必须一个地点一个地点的前进，由MAC地址来描述路途上每一个区间的起点和终点。

IP数据报在进行网络转发过程中，和上述情况类似，就是一个逐渐问路的过程，每个路由器只认识周围的情况，很可能不清楚目的IP所在的位置，此时路由器就会指出一条路径（路由表中的“下一条”表项），将数据报引向更上一级的路由器中，重复上述过程，最终会逐渐逼近目标，最终实现数据报的转发。

其实在“下一跳”寻址的过程中，还会使用到一个关键的协议：ARP协议。

ARP是一个介于数据链路层和网络层之间的协议，ARP协议建立了IP地址与MAC地址的映射关系。

在数据链路层，寻找下一跳设备MAC地址的过程，称为ARP寻址。

下面是具体的寻址过程：

主机和路由器中都保存了一张ARP缓存表：通过IP地址可以找到对应的MAC地址。根据下一跳设备的IP地址，在ARP缓存表中能找到对应的MAC地址，则可以设置目的MAC并发送数据报。如果找不到，则发送ARP广播数据报：目的MAC为广播地址，询问下一跳设备的MAC地址。