【计算机网络】IP地址、子网掩码、网关、DNS、IPV6是什么含义？计算机中如何设置子网掩码与网关？

经常会遇到在电脑中设置ip地址的情况，这里简单总结一下为啥要这么做呢？IP地址、子网掩码、网关、DNS、IPV6是什么含义？计算机中如何设置子网掩码与网关？

一、IP地址(IPv4)

1.1 定义

IP 地址（Internet Protocol Address）是指互联网协议地址，又译为网际协议地址。

IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，是分配给网络设备（如电脑、手机、服务器）的唯一标识，IP地址屏蔽了物理地址的差异，它是一种逻辑地址，不依赖于设备的物理硬件或连接方式。用于在网络中定位设备，类似现实中的 “门牌号”。

物理地址（如 MAC 地址）是 “绑定” 在硬件上的（如网卡出厂时写入），不可随意更改。
连接设备的底层网络技术（如以太网、Wi-Fi、光纤、蓝牙等）各自有不同的物理地址（硬件地址）其格式也可能不同

1.2 格式

IPv4 是目前使用最广泛的版本，它是由 32 位二进制数组成，为了方便阅读与记忆，通常会转换为点分十进制。

• 如192.168.1.100，每段范围 0-255，最终形成 “x.x.x.x” 的格式（4 个十进制数，每组 1-3 位）。
• 对应： 11000000 10101000 00000001 01100100

备注：每组范围：由于 8 位二进制数的最大值是11111111（对应十进制 255），最小值是00000000（对应十进制 0），因此每组十进制数的范围必须是 0-255。

特殊 IPv4 地址:

1. 网络地址：主机位全为 0 的地址（如192.168.1.0，标识整个网络）。
2. 广播地址：主机位全为 1 的地址（如192.168.1.255，用于向该网络所有设备发送消息）。
3. 私有地址：仅用于局域网的保留地址（如192.168.x.x、10.x.x.x等，不直接暴露在公网）。

1.3 实际使用 （结合子网掩码）

IPv4 地址（32 位二进制数）通过子网掩码被分为两部分：

• 网络位：子网掩码中 “1” 对应的位，用于标识设备所在的网络（同一网段的设备，网络位必须相同）。
• 主机位：子网掩码中 “0” 对应的位，用于标识同一网络内的不同设备（同一网段内，主机位必须不同，否则会冲突）。

例如:
某 IP 地址为 192.168.1.10，
子网掩码为 255.255.255.0（二进制为 11111111.11111111.11111111.00000000）：

• 子网掩码中前 24 位为 “1”→ 对应 IP 地址的前 24 位是网络位（192.168.1，即网络标识）。
• 子网掩码中后 8 位为 “0”→ 对应 IP 地址的后 8 位是主机位（10，即该网络中 “第 10 号设备” 的标识）。

1.4 作用

结合上述描述，可以清楚的知道IP地址的作用：

• 标识设备身份：确保数据能准确发送到目标设备（例如，你访问百度时，数据包需要知道百度服务器的 IP 地址才能送达）。
• 区分网络归属：IP 地址的前半部分（结合子网掩码）用于标识设备所在的网络，后半部分标识设备在该网络中的具体位置。

1.5 分类

公网 IP：全球唯一，用于互联网设备（如网站服务器），可直接在互联网上被访问。
私有 IP：私有地址属于非注册地址，专门为组织机构内部使用。仅用于局域网（如192.168.x.x、10.x.x.x），无法直接访问互联网，需通过网关转换为公网 IP。

二、子网掩码

2.1 定义

子网掩码（Subnet Mask）是 IPv4 协议中与 IP 地址配合使用的 32 位二进制数，本质是一种 “标识工具”，通过特定规则区分 IP 地址中的网络位和主机位，是实现网络划分和设备通信的核心机制。

2.2 格式

子网掩码与 IPv4 地址格式完全一致，采用点分十进制表示（4 组十进制数，每组 0-255），例如 255.255.255.0。
其二进制特征是：左边连续为 “1”，右边连续为 “0”（不存在 1 和 0 交替的情况）。
例如，255.255.255.0 的二进制为：11111111.11111111.11111111.00000000（前 24 位为 1，后 8 位为 0）。

2.3 实际使用 （结合IP地址）

在上述IP地址的实际使用中已经有了详细解释，这里不做过多赘述，简单给个示例：

IP 地址 192.168.1.10 与子网掩码 255.255.255.0 配合：

• 子网掩码二进制：11111111.11111111.11111111.00000000（前 24 位为 1）；
• 对应 IP 地址的前 24 位为网络位（192.168.1），后 8 位为主机位（10）；
• 总结：该设备属于 192.168.1.x 网络，在网络内的标识是 10。

2.4 作用

• 划分 IP 地址的 “网络位” 和 “主机位”
• 判断两台设备是否在同一网段，经由子网掩码划分计算后的ip地址分为 “网络位” 和 “主机位”，只有网络位相同的地址可以直接通信

备注：两台设备要直接通信（不通过路由器），必须处于同一网段，
设备 A的 IP ：192.168.1.10，子网掩码 255.255.255.0，掩码划分（按位与）结果为 192.168.1.0，
设备 B 的 IP ： 192.168.2.20，子网掩码 255.255.255.0，掩码划分（按位与）结果为 192.168.2.0，
设备 C 的 IP ： 192.168.1.28，子网掩码 255.255.255.0，掩码划分（按位与）结果为 192.168.1.0，
则A与 B 不在同一网段，需通过路由器转发、A与C在同一网段，可以直接通信

（注：IPv6 中虽无 “子网掩码” 的说法，但通过前缀长度划分网络前缀和接口标识符，逻辑类似，接口标识符可理解为广义的 “主机位”。）

三、网关

3.1 定义

网关（Gateway Address）是网络中一个关键的 “中转节点”，负责在不同协议、不同网段的网络之间转换数据格式，让原本不兼容的网络能通信。
它可以是硬件（如路由器的某个接口），也可以是软件（如服务器上的网关服务），甚至是一段代码（如物联网设备中的协议转换模块）。

3.2 电脑设置中的网关

在计算机的网络设置中，“网关” 指的是一个具体的 IP 地址，它是你当前设备（电脑、手机等）所在的 “本地局域网” 与 “其他网络”（比如互联网、公司其他子网等）之间的 “连接点” 或 “出入口”。

其本质是本地局域网与外部网络之间的 “中转站 IP”，负责转发跨网络的数据，是设备访问外网的 “必经之路”。

日常使用中，这个 IP 通常由路由器自动分配（通过 DHCP），默认就是路由器的局域网 IP。

简单说，这个网关 IP 就像你家的 “大门”—— 当你的电脑需要访问局域网之外的设备（比如浏览网页、登录微信）时，所有数据都必须先通过这个 “大门”（网关）转发出去；同理，外部网络（如互联网服务器）发回给你的数据，也会先到这个 “大门”，再由它转交给你的电脑。

举个具体例子：
家里用路由器上网时，路由器的局域网 IP（通常是 192.168.1.1 或 192.168.0.1）就是你电脑网络设置里的 “网关”。

• 当你用电脑访问百度（外网）时，电脑会把数据先发给 192.168.1.1（网关），再由路由器（网关）转发到互联网；
• 百度的响应数据会先回到路由器（网关），再由路由器转给你的电脑。

为什么需要设置网关？
本地局域网内的设备（比如你的电脑和家里的打印机）可以直接通信（通过局域网 IP），但要访问局域网外的设备（如互联网服务器），必须通过一个 “中间人” 中转 —— 这个 “中间人” 的 IP 就是网关。

如果电脑的网关设置错误（比如填了一个不存在的 IP），会导致：

• 无法访问互联网（但可能还能访问局域网内的其他设备）；
• 无法接收外部网络的响应数据。

3.3 网关与路由器的区别

在某些情况下，路由器也可以充当网关的角色，例如家庭网络中的路由器通常也作为通向互联网的网关。路由器是一个具体的物理设备，外形通常有多个网口（LAN 口、WAN 口），用于连接不同的网络（如家庭内网、运营商外网）。
路由器是 “同时具备网关功能的路由设备”，而网关不一定是路由器（如软件网关、防火墙的网关功能）。

• 路由器一定包含网关功能
  路由器的核心是连接多个网段 / 网络，而连接不同网络必然需要 “网关” 功能。例如：
  家用路由器的LAN 口是家庭内网（192.168.1.x）的网关（负责内网与路由器的通信）；WAN 口是连接运营商外网的网关（负责路由器与外网的通信）。因此，路由器本身就是一个 “具备路由功能的网关设备”。

• 网关不一定是路由器
  网关可以由其他设备或软件实现，比如：
  – 软件网关：服务器上安装的 “网关服务”（如企业内网与云平台通信的软件模块）；
  – 防火墙的网关功能：防火墙作为内网与外网的连接点，同时承担网关角色；
  – 物联网网关：一个小盒子状的设备，连接蓝牙传感器（低功耗协议）与 Wi-Fi（TCP/IP 协议），仅做协议转换，没有路由功能。

举例：

• 家里的 “路由器”：
  它的 LAN 口 IP（如 192.168.1.1）是家庭内网的网关（手机、电脑通过这个网关访问外网）；同时，它会计算 “手机发往百度的数据该走哪条运营商线路更快”，这是路由功能。因此，家用路由器是 “同时具备网关功能的路由设备”。
• 一个工业网关：
  它只负责将工厂的传感器数据（Modbus 协议）转换为互联网能识别的 TCP/IP 协议，让数据上传到云端，没有路由功能（不会选择路径），因此它是网关，但不是路由器。

四、DNS

4.1 定义

DNS（Domain Name System，域名系统）是互联网的一项核心技术，简单说，它是 “域名和 IP 地址之间的翻译官”。

我们访问网站时，习惯输入容易记住的 “域名”（比如 baidu.com、google.com），但计算机之间通信只能识别 “IP 地址”（比如 119.75.217.109 这种由数字组成的地址）。DNS 的作用就是：把人类容易记住的域名，转换成计算机能识别的 IP 地址，让我们能通过域名顺畅访问互联网。

访问 baidu.com 时，过程类似:

1. 你在浏览器输入 baidu.com（域名）；
2. 你的电脑会向 “DNS 服务器” 发送查询：“baidu.com 对应的 IP 是多少？”
3. DNS 服务器查询后返回百度服务器的 IP（比如 119.75.217.109）；
4. 你的电脑用这个 IP 地址，就能连接到百度的服务器，加载出网页。

4.2 作用

1. “翻译” 功能：解决 “人类记不住 IP，计算机只认 IP” 的矛盾，让互联网访问更简单。
2. 加速访问：DNS 服务器会缓存常用域名的 IP（比如你刚访问过 baidu.com，DNS 会暂时记住它的 IP，下次再查就不用重新找，直接返回）。
3. 负载均衡：一个域名可以对应多个 IP（比如大型网站有很多服务器），DNS 会根据你的位置、服务器负载等，返回最合适的 IP，让访问更流畅（比如你在上海访问 taobao.com，DNS 可能返回上海服务器的 IP，更快）。

4.3 电脑设置中的首选DNS

在电脑中设置 DNS，核心目的是优化网络体验、解决默认 DNS 的缺陷。默认情况下，电脑会使用路由器或运营商（如电信、联通）自动分配的 DNS，但这些默认 DNS 往往存在各种问题，而手动设置 DNS 能针对性解决这些问题。

例如：

1. 解决 “上网慢”：提升域名解析速度
2. 避免 “被劫持”：拒绝强制广告和恶意跳转
3. 增强稳定性：减少 “网页打不开” 的情况
4. 访问 “被屏蔽内容”：绕过地域或政策限制
5. 保护隐私：减少被 “跟踪” 的风险

常见的DNS地址：

1. 8.8.8.8 ：是 Google Public DNS 的主服务器 IP 地址，另一个备用地址是 8.8.4.4
2. 114.114.114.114：114 DNS，国内响应最快（延迟 < 10ms），适合访问国内网站
3. 223.5.5.5： 阿里 DNS，阿里云提供，稳定性强，支持中文域名解析
4. 1.1.1.1 ：Cloudflare DNS，全球速度领先，隐私政策严格（无日志）

五、IPv6

5.1 定义

IPv6是下一代互联网协议，它的提出是为了解决IPv4定义的有限地址空间将被耗尽的问题，而地址空间的不足必将妨碍互联网的进一步发展。为了扩大地址空间，通过IPv6以重新定义地址空间。

IPv4采用32位二进制地址长度，只有大约43亿个地址，估计在2005～2010年间将被分配完毕，
而IPv6采用128位二进制地址长度（由 8 组 “十六进制数” 组成），几乎可以不受限制地提供地址。

5.2 格式

IPv6的八组十六进制数，每组 4 个字符（0-9、a-f/A-F），组之间用冒号 “:” 分隔。
比如完整格式：2001:0db8:0000:0000:0000:8a2e:0370:7334

简化规则（为了好记）：
每组前面的 “0” 可以省略，比如 “0db8” 简化成 “db8”，“0000” 简化成 “0”。
连续多组 “0000” 可以用双冒号 “::” 代替（但整个地址里只能用一次，避免混淆）。
比如上面的例子，简化后可以写成：2001:db8::8a2e:370:7334

IPv6 就是 “给互联网扩容的新身份证系统”，让未来所有设备都能顺畅上网。

六、总结

• IP地址：网络设备的唯一标识
• 子网掩码：通过特定规则区分 IP 地址中的网络位和主机位
• 网关：不同网络之间的协议转换
• DNS: 域名与IP地址之间的解析转换
• IPv6: 就是IPv4的升级加长版本