IP地址编址

IP地址的定义：

​ IP地址（IPv4地址）由32位正整数来表示。TCP/IP通信要求这样的IP地址分配给每一个参与通信的主机。IP地址在计算机内部以二进制方式被处理。为了提高可读性，我们把32位的IP地址的每8位用其等效的十进制数字表示，并且在这些数字之间加上一个"."，称为点分十进制记法(Dotted Decimal Notation)：

IP地址编制方式

IP地址的编址方式经过了三个阶段：

分类编址

• 分类编址。这是最基本的编址方法，在1981年就通过了相应的标准协议

  ​ 分类编址方式将IP地址划分为若干个固定类，每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中第一个字段是网络号（Net-id），它标志主机（或路由器）所连接到的网络。一个网络号在整个因特网范围内必须是唯一的。第二个字段是主机号（Host-id），它标志该主机（或路由器）。一个主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。由此可见，一个IP地址在整个因特网范围内是唯一的。

  eg： IP地址 ::= {<网络号>,<主机号>}。 ::=表示为“定义为”

  好处：

  1.IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号，主机号由具体的单位自行分配，方便IP地址的管理。

  2.路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（不考虑目的主机号），这样就使路由表中的项目数大大减少，从而减少路由表所占的存储空间及查找路由表的时间。

IP地址的分类：

在网络号字段的最前面由1~3位的类别位，其数值分别规定为0，10，和110

A类地址：A类IP地址是首位以“0”开头的地址。从第一位到第8位是网络标识，A类地址的后24位相当于主机标识。

B类地址：B类IP地址是前两位为“10”的地址。从第1位到16位是网络标识，B类地址的后16位相当于主机标识。

C类地址：C类IP地址是前三位为“110”的地址，从第1位到第24位是网络标识，C类地址的后8位相当于主机标识。

D类地址：在历史上被叫做多播地址(multicast address)，即组播地址。在以太网中，多播地址命名了一组应该在这个网络中应用接收到一个分组的站点。多播地址的最高位必须是“1110”，范围从224.0.0.0到239.255.255.255。

特殊的网址：

• 每一个字节都为0的地址（“0.0.0.0”）对应于当前主机
• IP地址中的每一个字节都为1的IP地址（“255．255．255．255”）是当前子网的广播地址
• IP地址中凡是以“11110”开头的E类IP地址保留用于将来和实验使用
• IP地址中不能以十进制“127”作为开头，该类地址中数字127．0．0．1到127．255．255．255用于回路测试，如：127.0.0.1可以代表本机IP地址，用“http://127.0.0.1”就可以测试本机中配置的Web服务器。
• 网络ID的第一个6位组也不能全置为“0”，全“0”表示本地网络。

划分子网

• 划分子网。这是对分类编址的改进，其标准RFC950在1985年通过

  由于中小规模网络的迅速增长，IP地址面临着被分配完的危机，为了解决这个问题，IETF提出了划分子网的改进方案，该方案从网络的主机号中借用不定长的若干位作为子网号subnet-id，当然主机号也就相应的减少了同样的位数。于是两级IP地址变成了三级IP地址：网络号、子网号、主机号

  eg：IP地址 ::={<网络号>,<子网号>,<主机号>}

  作用：减少了对A、B类地址空间的浪费，可以将大的A类B类地址空间划分给多个组织使用。

无分类编址

• 无分类编址。目前因特网使用的编址方法，1993年提出

  为了解决IP地址紧张的问题，提出无分类编址，同时成立IPv6工作组负责研究新版本IP以彻底解决IP地址耗尽问题。

  1993年IETF发布了无分类域间路由选择（Classless Inter-Domain Routing，CIDR），CIDR消除了传统的A类、B类、C类地址，以及划分子网的概念。CIDR将32位的IP地址划分为两个部分。前面的部分是不定长的“网络前缀（Network-Prefix）”代替分类编址中的“网络号”来指明网络，后面的部分来指明主机。CIDR将三级编址又回到了两级编址，但已经是无分类的两级编址：

  eg:IP地址 ::= {<网络前缀>,<主机号>}

  在分类地址中，给定一个IP地址就可以算出网络号和主机号，但是在无分类编址中，由于网络前缀的不确定性，IP地址本身并不能确定其网络前缀和主机号。CIDR采用了与IP地址配合使用的32位地址掩码（Address Mask）。地址掩码是由前面连续的一串1和后面连续的一串0组成，而1的个数就是网络前缀的长度。地址掩码开始用于划分子网，用来表示可变长子网号部分的长度，被称为子网掩码，CIDR使用的地址掩码也续称为子网掩码

子网掩码

子网掩码是计算IP地址所在网络的网络地址：只要把子网掩码和IP地址进行逐位的“与”运算（AND）,即可得出网络地址（主机号全为0的地址）

特殊的二进制及十进制的转换，记住这些在已知子网掩码的情况下，好算网络地址

二进制	十进制
10000000	128
11000000	192
11100000	224
11110000	240
11111000	248
11111100	252
11111110	254
11111111	255

例题：已知IP地址是141.14.72.24，子网掩码是255.255.192.0，求网络地址

由上表得知255全是1,即为网络地址，0为主机地址，所以参与运算的只有72和192

网络地址为141.14.64.0，为什么是.0而不是.24，网络地址（主机号全为0的地址），广播分组的话主机地址是1

广播

​ 广播:广播地址用于在同一个链路中相互连接的主机之间发送数据包，IP地址中的主机地址部分全部设置为1，就成为了广播地址。

两种广播：广播分为本地广播和直接广播两种

​ 在本网络内的广播叫做本地广播，例如网络地址为192.168.0.0/24的情况下，广播地址是192.168.0.255.因为这个广播地址的IP包回被路由器屏蔽，所以不会到达192.168.0.0/24以外的其他链路上。

​ 在不同网络之间的广播叫做直接广播。例如网络地址为192.168.0.0/24的主机向192.168.1.255/24的目标地址发送IP包。收到这个包的路由器，将数据转发给192.168.1.0/24，从而使得所有192.168.1.1~192.168.1.254的主机都能收到这个包。

​ 上面出现的网络地址使用“斜线记法（Slash Notation）”，或称为CIDR记法，即在IP地址后面加上斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数。例如,/24表示该IP地址的地址掩码是：11111111 11111111 11111111 00000000（255.255.255.0）斜线记法中，斜线后面的数字就是地址掩码中1的个数