IPv4 基础概念

IPv4 基础概念

IPv4 广播地址

广播是一种通信方式，用于将数据包发送到同一网络中的所有设备。在广播中，数据包被发送到特殊的广播地址，例如在IPv4中，广播地址通常为特定子网的广播地址（例如，192.168.1.0/24网段，广播地址：192.168.1.255）

一个子网内的所有网络接口都能收到此广播消息。
直接广播：带目标网络号，主机地址二进制全1的地址。例如：192.168.1.0/24，网络号：192.168.1 主机地址：1 ~ 255 ，主机地址全是1的地址就只有255
有限广播：网络号和主机地址二进制全为1的地址（即255.255.255.255）。

广播是一种向所有设备发送数据的通信方式,广播可能引发不必要的网络流量,导致网络广播风暴

注：IPv4 广播地址是每个子网最后一个IP地址，这个IP地址不能划分给其它主机使用，广播地址也被称为网络地址

IPv4 多播（组播）地址

多播是一种通信方式，用于将数据包发送到网络中的一个多播组，只有加入该组的设备才会接收到数据包。在多播中，数据包被发送到一个特殊的多播组地址，例如，在IPv4中，多播地址范围是224.0.0.0到239.255.255.255。
D类：224.0.0.0到239.255.255.255

可实现跨网段的组播(多播)地址。
D类地址，主要用于视频广播和视频点播系统
地址范围从 224.0.0.0 到 239.255.255.255
224.0.0.1 指所有主机，224.0.0.2 指所有路由器

多播是一种向特定多播组发送数据的通信方式，只有那些加入了多播组的设备才会接收到数据。多播通常更有效率，因为它仅发送数据给真正需要它的设备

IPv4 环回地址

网络地址是 127 的 IP 地址成为环回地址或回送地址，主要用于对本地回路测试及实现本地机器进程间的通信。
在实际中经常使用的环回地址是 127.0.0.1 ，它还有一个别名叫做 localhost。

IPv4 单播（私有）地址

单播地址是一种用于在互联网上唯一标识和寻址单个设备或主机的地址。它是一种一对一通信的地址类型，用于将数据包从一个发送方传递到一个特定的接收方。IPv4 单播地址采用点分十进制表示法，通常写成四个八位字段，用点号分隔，如下所示：A.B.C.D

IP 地址是由网络信息中心统一管理并分配给提出注册申请的组织机构的，这类 IP 地址成为公有地址。
而私有地址属于非注册地址，专门为组织机构内部网络使用。

IPv4 单播地址的特点包括：

唯一性： 每个设备在互联网上应该有一个唯一的 IPv4 单播地址，以便其他设备可以准确寻址和与之通信。
一对一通信： 单播地址用于实现一对一的通信，其中一个发送方的数据包只被一个接收方接收。
全局可路由： 公共 IPv4 单播地址是全球可路由的，可以在全球互联网上进行通信。
私有 IPv4 单播地址： 除了公共 IPv4 单播地址，还存在一些专门用于私有网络的 IPv4 单播地址，如内部家庭网络或企业内部网络中使用的地址。

私有 IPv4 单播地址范围包括
A类：10.0.0.0 到 10.255.255.255
B类：172.16.0.0 到 172.31.255.255
C类：192.168.0.0 到 192.168.255.255

IPv4 单播地址是互联网通信的基础，它允许不同的设备通过互联网进行点对点的通信。然而，由于 IPv4 地址空间有限，并且随着互联网的扩展，IPv4 地址短缺成为了一个问题。为解决这个问题，IPv6 协议引入了更大的地址空间，以满足未来互联网的需求。

IPv4 A类、B类、C类、D类、E类地址

A类地址（Class A）：

范围：1.0.0.0 到 126.0.0.0
特点：第一个字节（第8位）始终以0开头。
用于大型网络，具有大量可用的主机地址。
由于第一个字节的范围较大，A类地址可以分配给许多主机。
默认子网掩码是255.0.0.0。

B类地址（Class B）：

范围：128.0.0.0 到 191.0.0.0
特点：前两个字节（前16位）始终以10开头。
用于中等规模的网络，具有较少的主机地址，但仍然可以容纳许多主机。
默认子网掩码是255.255.0.0。

C类地址（Class C）：

范围：192.0.0.0 到 223.0.0.0
特点：前三个字节（前24位）始终以110开头。
用于小型网络，拥有有限数量的主机地址。
默认子网掩码是255.255.255.0。

D类地址（Class D）：

范围：224.0.0.0 到 239.0.0.0
特点：用于多播（Multicast）通信。
不用于标识单个主机或网络。
用于将数据包发送到多个接收方，而不是单个接收方。

E类地址（Class E）：

范围：240.0.0.0 到 255.0.0.0
特点：保留地址范围，不用于一般互联网通信。
用于实验和研究，以及一些特殊用途。
不分配给公共互联网上的设备或网络。

IPv4 子网划分

IPv4 子网划分是将一个大的 IP 地址块划分成多个较小的子网的过程。这个过程允许网络管理员更有效地管理 IP 地址资源，同时实现更精细的网络控制和隔离。子网划分涉及到使用子网掩码（Subnet Mask）来定义每个子网的范围。

子网技术
将单一网络划分为多个物理网络，并使用路由器将它们连接起来。这些物理网络通称为子网，这种操作方法称为子网划分。

1. 划分子网的方法

对于标准 A 类、B 类和 C 类地址来说，它们只具有网络号和主机号两层结构。为了划分子网，可以将其主机号分为两个部分，其中一部分用于子网号的编制，剩余部分用于主机号的编制。这样就形成了一个三层结构，即网络号、子网号、主机号。

2. 子网掩码

下图两个 IP 地址从外观上没有任何差别，那么如何区分这两个地址呢？这就要用到子网掩码。

未划分子网B类地址 网络号 172.16 主机号 16.51
划分了子网B类地址 网络号 172.16 子网号 16 主机号 51

子网掩码（子网屏蔽码）与 IP 地址相同，32位二进制数。对于子网掩码的取值，对应于 IP 地址，网络号和子网号的所有二进制位设置为1，主机号的所有二进制位设置为0。

子网掩码的表示方法：

点分十进制：表示法与 IP 地址中相同。
网络前缀标记法（网络地址位数）：从左到右连续的取网络号和子网号的位数来表示子网掩码。列如，一个子网掩码为255.255.0.0 的 B类网络地址 156.81.0.0，用网络前缀标记法表示为 156.81.0.0/16。
A、B、C 类网络地址的默认子网掩码：

子网 IP 地址的计算

就是用 IP 地址与子网掩码进行“按位与（AND）”运算（二进制位运算），结果为网络地址。
即 1 & 1 = 1， 1 & 0 = 0，0 & 0 = 0。
例：已知 IP 地址为 B 类 172.16.16.51，默认子网掩码为 255.255.0.0，求出其网络地址。

下面是 IPv4 子网划分的基本步骤和示例：

步骤 1：选择要划分的 IP 地址块

选择一个大的 IP 地址块，通常是一个 A 类、B 类或 C 类地址块，根据网络规模和需求来选择。

步骤 2：确定子网掩码

子网掩码决定了每个子网的地址范围。它是一个32位的二进制数，通常由连续的1和0构成，1表示网络部分，0表示主机部分。
子网掩码的长度（即网络部分的位数）决定了每个子网中可用的主机数量，较长的网络部分将导致较少的主机地址，但允许更多的子网。

步骤 3：划分子网。

将选择的 IP 地址块根据所选的子网掩码划分成多个子网。每个子网都有一个网络地址和一个广播地址。
子网划分的数量和大小将取决于网络的需求。你可以选择将整个 IP 地址块划分成相等大小的子网，或者根据不同子网的需求划分不同大小的子网。

步骤 4：分配 IP 地址。

为每个子网分配一个唯一的子网地址，通常是该子网的第一个可用地址。
分配主机地址给每个子网中的设备。主机地址是子网内的唯一标识。

示例：

假设你有一个 IPv4 地址块为 192.168.0.0/16（Class B），你想将它划分成多个子网，每个子网最多包含256个主机。你可以选择一个子网掩码为255.255.255.0（/24），这将允许你创建256个子网，每个子网有256个主机地址。例如：
子网 1：192.168.1.0/24，包括主机地址范围 192.168.1.1 到 192.168.1.254。
子网 2：192.168.2.0/24，包括主机地址范围 192.168.2.1 到 192.168.2.254。
…
这样，你可以根据需要创建多个子网，每个子网都具有自己的网络地址和主机地址范围，从而实现网络控制和管理。子网划分是网络规划中的重要部分，可以根据具体需求进行灵活配置。