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• IP地址
• 划分子网
• IP地址的分类
• IP地址的种类
• CIDR

IP地址

IP协议（Internet Protocol）是网络层最重要的协议。来自传输层和网络层本身的数据都会被放置到IP封包里。在IP封包的头中，最重要的字段是：来源地址（Source Address）和目的地址（Destination Address），我们称之为IP地址。可以将IP地址类比成现实世界中的“门牌号”。在现实世界中，“门牌号”用来定位建筑；而在网络世界中，IP地址用来定位节点。

IPv4封包的结构

IP协议有两个版本：IPv4和IPv6，相应地，IP地址也分为两大类：IPv4地址和IPv6地址。其中：

• IPv4地址

  • IPv4地址是长度为32位的二进制数值

  • IPv4地址的表示方法是：

    • 点分十进制表示法：将IPv4地址分成4块，每块8位，用1个十进制数表示，各个块之间用"."隔开

• IPv6地址

  • IPv6地址是长度为128位的二进制数值

  • IPv6地址的表示方法是：

    • 冒分十六进制表示法：将IPv6地址分成8块，每块16位，用4个十六进制数表示，各个块之间用":"隔开，每个块最前面的0可以省略，但是每个块必须至少有一个数字

    • 0位压缩表示法：

      • 全0块（"0000"），可以化简为"0"
      • 连续的全0块，可以化简为"::"
      • 一个IPv6地址中只能出现一个"::"，当出现多段连续的全0块时，"::"要化简最长的那段，如果没有最长的，则化简最左面的那段
      • "::"可以出现在地址的开头或结尾

    • 内嵌IPv4地址表示法：前6个块用冒分十六进制表示，后2个块用点分十进制表示。比如，"::192.168.0.1"

为了实现IPv4 - IPv6互通，需要将IPv4地址转换成IPv6地址，转换方法是：

• 非标准转换：将IPv4地址作为最后2个块，并将前6个块补零，然后使用内嵌IPv4地址表示法。比如，"192.168.0.1"会被转换为"::192.168.0.1"
• 标准转换：将IPv4地址转换成8个十六进制数，并将其当作最后2个块，然后将前6个块补零。比如，"192.168.0.1"会被转换成"::C0A8:1"

划分子网

IP地址由NetID（网段ID，关于IP网段，请参考：http://timd.cn/network/network/）和HostID（主机ID）两部分组成。子网掩码（也叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩）是用于指明IP地址中哪些位标识的是主机所在的网段，以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码是二进制的数值，其长度与IP地址的长度相同。子网掩码中对应于网段地址的所有位都被置为1，对应于主机地址的所有位都被置为0。因此，把IP地址和子网掩码做“按位与”操作，可以得到网段的地址（在IP网段中，HostID位全为1的地址是广播地址，关于广播地址，请参考：http://timd.cn/network/broadcast-address/；全为0的地址是网段的地址）。划分子网本质上就是设计子网掩码的过程。划分子网的原因如下：

• 一个网段内的所有节点都处在同一个广播域内，它们之间通过CSMA/CD的方式进行通信。随着网络规模的增大，网络内的广播（比如：DHCP广播、ARP广播）也会增多，进而会影响网络的效率，因此需要通过划分子网的方式，减小网络的规模
• 各个子网之间不能直接通信，必须通过网关进行转发，因此划分子网也可以提升网络的安全

IP地址的分类

InterNIC将IP地址分为五类，分别是：A类、B类、C类、D类、E类。其中：

• A类IP地址：NetID以0开头，自然子网掩码（nature netmask）是：255.0.0.0
• B类IP地址：NetID以10开头，自然子网掩码是：255.255.0.0
• C类IP地址：NetID以110开头，自然子网掩码是：255.255.255.0
• D类IP地址：NetID以1110开头，是多播地址，关于多播，请参考：http://timd.cn/network/multicast/
• E类IP地址：NetID以1111开头，是保留地址

IP地址的种类

IP地址分为两种：

• Public IP：公共IP，由InterNIC统一分配，只有这种IP能连上Internet
• Private IP：私有IP或保留IP，主要用于局域网内的主机联机规划

IANA在A类、B类、C类IP地址范围内，各保留一段作为私有IP，即：

• Class A：10.0.0.0 - 10.255.255.255
• Class B：172.16.0.0 - 172.31.255.255
• Class C：192.168.0.0 - 192.168.255.255

只有私有IP，没有公共IP的主机可以通过NAT或PAT技术连接到Internet。关于NAT，请参考：http://timd.cn/network/nat/

CIDR

CIDR的全称是：Classless Inter-Domain Routing，即无类别域内路由。在CIDR中，使用Network/Netmask的形式表示网段。比如：192.168.1.0/255.255.255.0 或 192.168.1.0/24 （"/"后面的数字表示网络位的个数）。CIDR用于将多个小的网段合并成一个大的网段（CIDR与划分子网是相反的过程），以达到减少路由条目的目的。比如，Internet把IP地址按照块分配给ISP，ISP再分配给用户，假设一个ISP被分配了三个网段 192.168.1.0/24 、 192.168.2.0/24 、 192.168.3.0/24 ，那么Internet的路由器就需要有3个路由条目。如果使用CIDR的方式，将这三个较小的网段合并称一个较大的网段 192.168.0.0/22 ，那么Internet的路由器只需要有一个条目。