IP地址、NAT、子网划分与子网掩码、CIDR等网络层相关知识整理

 1.  连接在Internet中的每台主机（或路由器）都分配一个32bit的全球唯一的标识符，即IP地址。

     IP地址的编码方法有三种：分类的IP地址、子网的划分和CIDR。

     传统的IP地址是分类的地址，分为A、B、C、D、E五类。无论哪类IP地址，都由网络号和主机号两部分组成。其中，网络号代表主机所连接到的网络，主机号代表该主机或路由器在网络中的地址。

A类地址：0+网络地址（7位） +  主机地址（24位）

B类地址：10+网络地址（14位）+主机地址（16位）

C类地址：110+网络地址（21位）+主机地址（8位）

D类地址：1110 +       多目的广播地址（28位）

E类地址：11110 +   保留用于实验室和将来使用

注意：在各类IP地址中，有一些IP地址用于表示特殊用途，不用于作主机IP地址：    

          主机号全为0表示网络本身；

      主机号全为1表示本网络的广播地址；

      127.0.0.1网络保留作为环路自测地址，此地址表示任意主机本身；

      32bit全为0，即0.0.0.0表示整个TCP/IP网络；

      32bit全为1，即255.255.255.255表示整个TCP/IP网络的广播地址。

2. 网络地址转换（NAT）是通过将专用网络地址（如企业内部网Intranet）转换为公用地址（如互联网Internet），从而对外隐藏了内部管理的IP地址。这样，通过在内部使用非注册的IP地址，并将它们转换为一小部分外部注册的IP地址，从而减少了IP地址注册的费用以及节省了目前越来越缺乏的地址空间（IPv4）。

      此外，划出了部分IP地址为私有IP地址。私有IP地址值用于LAN，不用于WLAN连接。因此私有的IP地址不能直接用于Internet，必须通过网关利用NAT把私有IP地址转换为Internet中合法的全球IP地址后才能用于Internet。私有IP地址有效解决了IP地址不足的问题。私有IP地址网段如下：10.0.0.0~10.255.255.255、172.16.0.0~172.31.255.255、192.168.0.0~192.168.255.255

在因特网中的所有路由器，对目的地址是私有地址的数据报一律不进行转发。使用NAT时，需要在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，NAT路由器至少有一个有效的外部全球地址。普通路由器在转发数据报时不改变其源IP地址和目的IP地址，且路由器工作在网络层，而NAT路由器在转发IP数据报时，一定要更换其IP地址（按路由器中的地址转换表转换源IP地址或目的IP地址）。NAT路由器转发数据报时需要查看和转换传输层的端口，其操作没有严格的层次关系。

3. 各类地址的默认子网掩码：

A类：255.0.0.0；

B类：255.255.0.0；

C类：255.255.255.0。

使用子网划分时的地址格式：

A类网络：8位+子网X位+主机24-X位

B类网络：16位+子网X位+主机16-X位

C类网络：24位+子网X位+主机8-X位

4. 无分类编址CIDR

    CIDR是在使用变长度子网掩码的基础上提出的一种消除传统A、B、C类网络划分，并且可以在软件的支持下实现超网构造的一种IP地址的网络划分方法。这样可以大幅度提高IP地址空间的利用率，并减小路由表大小，提高路由器的路由转发能力。CIDR的主要特点如下：

（1）消除了传统的A、B、C类地址以及子网的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空间。CIDR使用“网络前缀”概念代替子网络概念。这样IP地址分为两部分：网络前缀、主机号。

    CIDR使用斜线记法，即IP地址/网络前缀所占比特数。其中，网络前缀所占比特数对应于网络号的部分，等效于子网掩码中连续1的部分。

（2）将网络前缀都想通的连续IP地址组成“CIDR地址块”。一个CIDR地址块可以包括多个A、B、C类地址，这种地址的聚合称为路由聚合，或称为构成超网。路由聚合使得路由表中的一个项目可以表示很多个原来传统分类地址的路由，有利于减少路由之间的路由选择信息的交换，从而提高网络性能。