Internet网际协议 --- IP地址

一.IP地址简介

1.IP地址，网络上的每一台主机（或路由器）的每一个接口都会分配一个全球唯一的32位的标识符。

2.将IP地址划分为固定的类，每一类都由两个字段组成。

3.网络号相同的这块连续IP地址空间称为地址的前缀，或网络前缀。

4.IP分组

• 源地址SA：从哪里来
• 目的地址DA：到哪里去

5.接口（Interface）：在主机/路由器和物理链路之间的连接

• 实现网络层功能的接口需要编址。
• 路由器通常具有多个接口。
• 主机可能具有多个接口（有线以太网接口、无限802.11接口等）。

二.分类IP地址

1.IP地址共分为A、B、C、D、E五类，A、B、C类为单播地址。

2.IP地址的书写采用点分十进制记法，其中每一段取值范围为0到255。

3.网络数

• A类：2⁷-2
• B类：2¹⁴
• C类：2²¹
• 网络号不能为全0
• 127.X.X.X为循环测试保留地址

4.主机数

• A类：2²⁴-2
• B类：2¹⁶-2
• C类：2⁸-2
• 主机号全0代表网络本身
• 主机号全1代表本子网的广播地址

5.地址范围（包括网络地址本身，广播地址，私有地址等）

6.IP特殊地址

私有地址：在互联网中不使用，仅在局域网中使用的IP地址。

三.IP子网划分与子网掩码

1.分类编址的不足

• 划分不灵活
• 地址浪费

2.子网划分：用于区分一个IP子网更小范围的网络。

3.IP地址

• 网络号NetID：网络前缀（高阶比特）
• 子网号SubNetID：原网络主机号部分比特
• 主机号HostID：低阶比特
• 不同的子网需要通过路由进行连接。

4.子网掩码
①确定是否划分了子网，利用多少位划分子网。

②形如IP地址

• 32位
• 点分十进制形式

③取值

• NetID、SubID位全取1
• HostID位全取0

• A类网络的默认子网掩码：255.0.0.0
• B类网络的默认子网掩码：255.255.0.0
• C类网络的默认子网掩码：255.255.255.0
• 借用3比特划分子网的B网的子网掩码：255.255.224.0
• 子网地址+子网掩码准确确定子网大小。

5.例子：子网201.2.3.0,255.255.255.0，划分为等长的4个子网，路由器如何确定应该将IP分组转发到哪个子网？

因为需要分为四个等长的子网，所以需要2bit的SubID，即00、01、10、11，原来的主机号为.0（00000000），那么均分后的四个子网的子网号+主机号分别为00 000000（.0）、01 000000（.64）、10 000000（.128）、11 000000（.192）。
而子网掩码的格式是网络号和子网号全为1，主机号全为0，即主机号就由原来的00000000变为了000000，再加上网络号255.255.255.（全1）和子网号11，就构成了新的子网掩码255.255.255.192。

①将IP分组的目的地址与子网掩码按位与运算，提取子网地址。

四.无类域间路由CIDR

1.将32位的IP地址划分为前后两个部分，并采用斜线记法，即在IP地址后加上“/”，然后再写上网络前缀所占位数。

2.一个CIDR地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，也称为构成超网（supernet）。

3.聚合技术在Internet中大量使用，它允许前缀重叠，数据包按具体路由的方向发送，即具有最少IP地址的最长匹配前缀。

4.CIDR的优点
①消除传统的A类、B类和C类地址界限。

NetID+SubID->Network Prefix（Prefix）可以任意长度。

②融合子网地址与子网掩码，方便子网划分。

无类地址格式：a.b.c.d/x，其中x为前缀长度。

例如：

③提高IPv4地址空间分配效率

④提高路由效率

• 将多个子网聚合为一个较大的子网。
• 构造超网supernetting。
• 路由聚合。

五.路由聚合

1.最长前缀匹配
①CIDR可变长子网掩码以及路由聚合，需要最长前缀匹配来实现最精确匹配。

②IP地址与IP前缀匹配时，总是选取子网掩码最长的匹配项。

③主要用于路由器转发表项的匹配，也应用于ACL规则匹配等。

六.IP包转发

1.直接交付：与目的主机在同一个IP子网内。

2.间接交付：与目的主机不在同一个IP子网内。