计算机网络学习笔记（九）——网络层IP地址

IP地址及其表示方法

互联网是一个单一的、抽象的网络。
IP地址给连接到互联网上的每个主机（或路由器）的每一个接口
IP地址由互联网名字和数字分配机构ICANN进行分配

IP地址是32位二进制代码。通常采用点分十进制记法（例如192.168.1.1）

IP地址不仅标志了主机（或路由器），还标志了此接口连接的网络。IP地址采用两级结构，由两个字段组成：

• 网络号：标志主机（或路由器）所连接到的网络，一个网络号在整个互联网范围内必须唯一。
• 主机号：标志主机（或路由器）

因此IP地址可以记为：
$$IP地址::=\{<网络号>,<主机号>\}$$

IP地址指明了连接到某个网络上的一个主机

分类的IP地址

互联网早期采用分类的IP地址，分为A、B、C、D、E类

A类地址的网络号字段占1个字节，只有7位可供使用。网络号全为0的IP地址表示本网络。网络号为127，保留作为本地软件环回测试。A类地址共有126个。主机号占3个字节，全0地址表示该IP地址

B类地址的网络号字段两个字节。因此可指派的网络数是2的14次方，每个网络上的最大主机数是65534.

C类地址的网络号字段3个字节，可指派的网络数是2的21次方，每个网络上的最大主机数是254.

无分类编址CIDR

全称为无分类域间路由选择CIDR

CIDR将网络号改称为网络前缀，剩下的后面部分仍然是主机号。

CIDR使用斜线记法。 斜线后面是网络前缀所占的位数。

地址块

CIDR网络前缀都相同的所有连续IP地址组成一个CIDR地址块。一个CIDR地址块包含的IP地址数目，取决于网络前缀的位数。

地址掩码

计算机基于32位的地址掩码从IP地址迅速算出网络地址。

地址掩码由一连串1和接着一连串0组成，而1的个数就是网络前缀的长度。地址掩码又称为子网掩码。

CIDR记法中，斜线后面的数字就是地址掩码中1的个数。

CIDR地址有三个特殊地址块：

• 前缀n=32，这个特殊地址用于主机路由
• 前缀n=31，这个地址块只有两个IP地址，主机号为0和1。用于点对点链路
• 前缀n=0，同时IP地址全0，即0.0.0.0/0，用于默认路由

路由聚合：大的CIDR地址块包含多个小地址块，路由器可以利用较大的一个CIDR地址块代替许多较小的地址块。这样可以大大压缩转发表所占的空间，减少查找转发表所需的时间。

网络前缀越短的地址块所包含的地址数越多

IP地址的特点

• 分等级的地址结构：每个IP地址都由网络前缀和主机号两部分组成
• IP地址是标志一台主机（或路由器）和一条链路的接口。一台主机连接两个网络，必须同时具有两个相应的IP地址，网络前缀必须是不同的，称为多归属主机
• 一个网络是指具有相同网络前缀的主机的集合。用转发器或交换机连接起来的若干个局域网仍为一个网络。具有不同网络前缀的局域网必须使用路由器互连
• 在IP地址中，所有分配到网络前缀的网络都是平等的

注意

• 同一局域网的主机或路由器的IP地址中的网络前缀必须是同样的，具有同样的网络号
• 用以太网交换机连接的几个网段属于同一个局域网，只使用同样的网络前缀
• 路由器总是具有两个或以上IP地址，路由器每个接口的IP地址的网络前缀都不同
• 两个路由器相连时，构成特殊网络，网络中仅需要两个IP地址，这里使用/31地址块，称为点对点链路构成的特殊网络，常常不分配IP地址。通常这种特殊网络叫作无编号网络