计算机网络-IP地址

子网划分

定长子网划分

子网划分的方法

从IP地址的主机号部分借用若干位作为子网号,主机号相应减少同样的位数
$$IP地址::=\{<网络号>,<子网号>,<主机号>\}$$
子网划分后的特点：

1. 对外仍表现为一个网络，外部无法得知网络内部的布局
2. 所有子网的子网号部分长度都相等，主机号部分长度也相等，每个子网中允许的最大主机数也都相同

子网掩码

子网掩码是为了网络内部路由器区分不同子网的，用于标记网络地址，长度和IP地址相同，子网掩码也可以采用点分十进制记法表示。推荐子网掩码由一串连续的1后面跟一串连续的0构成

相邻路由器之间交换路由信息时，必须把自己所在网络的子网掩码告诉对方，如果一个网络没有划分子网，则该网络的子网掩码使用默认值。

• A类: $\mathrm{255.0.0.0}$
• B类：$\mathrm{255.255.0.0}$
• C类：$\mathrm{255.255.255.0}$
  $$网络地址=子网掩码\&IP地址$$
  

可变长子网划分

定长子网一般是将一个网络划分成多个大小相同的子网，可变长子网划分可以将一个网络划分成长度不同的子网
进行可变长子网划分时，各个子网的子网号部分长度不尽相同，子网掩码的长度也随之变化，互联网上的路由器仍然按照网络号转发分组，内部路由器仍按照网络地址转发分组，根据目的IP地址与子网掩码的按位与操作结果判断分组所属子网，然后将发往不同子网的分组转发到相应的子网

无类别编址

网络前缀

为了解决B类地址面临的分配压力，提出了一种无类别编址方案，即无类域间路由选择（CIRDR）
$$IP地址::=\{<网络前缀>,<主机号>\}$$
CIRD采用斜线记法：即在IP地址后面加上/,然后写上网络前缀所占位数

• 网络前缀都相同的连续IP地址可组成一个CIDR地址块，只要知道这个地址块中的任何一个地址就可以知道地址块的起始地址和最大地址以及地址数
  

• 地址掩码：CIDR掩码用于取出网络前缀和子网掩码的功能类似

路由聚合

路由聚合是指将相邻CIDR地址块的网络前缀合并成一个较短的网络前缀，聚合后的路由信息可以覆盖更多的地址空间

IP地址不允许十进制和二进制混合

聚合需要满足以下条件：

1. 两个地址块相邻且大小一致
2. 两个地址块的前n位相同
3. 聚合前后，CIDR地址块包含相同的IP地址相同

正常情况CIDR主机号全零和全1不能使用只有一种特殊情况可以使用

特殊用途的IP地址

专用网络地址

专用网络是指企业或机构内部专用的网络，也称为私有网络。如果采用TCP/IP构建专用网络，则专用网络内的主机也需要使用IP地址。专有地址仅用于专用网络内部的主机和路由器之间的通信。
专有地址包括：
$$\mathrm{10.0.0.0}-\mathrm{10.255.255.255}(10.0.0.0/8)$$
$$\mathrm{172.16.0.0}-\mathrm{172.31.255.255}(172.16.0.0/12)$$
$$\mathrm{192.168.0.0}-\mathrm{192.2168.255.255}(192.168.0.0/16)$$
在专用网络内分配IP地址时，只需要保证IP地址在专用网络内唯一即可。当专用网络内的主机需要和互联网的主机通信时，需要进行网络地址转换（NAT）

链路本地地址

在为主机配置IP地址时，可以采用手动或自动方式。

• 手动：管理员分配IP地址，并将分配的IP地址写入主机的配置文件，这种方式也称为静态IP地址配置
• 自动：利用动态主机配置协议（DHCP）为主机配置IP地址，这种方式也成为动态IP地址配置
  在选择自动配置IP地址后，如果主机获取IP地址失败，则操作系统会自动分配一个链路本地地址给主机
  链路本地地址包含一个$/16$地址块：$169.254.0.0/16$

只有在同一个物理网络上并且都配置了链路本地地址的主机之间可以进行通信

运营商级NAT共享地址

ISP被称为运营商，由于能用于互联网通信的公网地址非常紧缺，运营商也不能够再获取新的公网IP地址
为了满足新用户接入互联网的需求，RFC6598规定了一个$/10$地址块，$100.64.0.0/10$用作NAT共享地址记作CGN地址
CGN地址只能用于ISP的内部网络，每个ISP都可以使用CGN地址
用户通过ISP访问互联网需要经过两次NAT

用于文档的测试网络地址

RFC5737保留了3个地址块，专用于在文档中作为测试网络地址
$$TEST-NET-1:\mathrm{192.0.2.0}-\mathrm{192.0.2.255}(192.0.2.0/24)$$
$$TEST-NET-2:\mathrm{198.51.100.0}-\mathrm{198.51.100.255}(198.51.100.0/24)$$
$$TEST-NET-3:\mathrm{203.0.113.0}-\mathrm{203.0.113.255}(203.0.113.0/24)$$
用于文档测试的网络地址也不会出现在公网中

IP地址的规划和分配

IP地址的规划和分配方法

• 确定CIDR地址快的数量和大小
• 确定掩码
  需要一个包含128个IP地址的地址块，则应选择/25的前缀
• CIDR地址块的分配
  • 应先为较大的地址快分配网络前缀
  • 在相同路径上的地址块应具有相同的前缀，便于进行路由聚合
  • 应保留部分地址块，以备将来扩展使用

IP地址的规划和分配实例