#IP地址及編碼方式

我們一開始必須要了解清楚，IP地址就是給因特網(wǎng)的每一個(gè)主機(jī)（或路由器）的每一個(gè)接口分配一個(gè)在全世界范圍內(nèi)唯一的32位標(biāo)識(shí)符。有了這個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符，我們才可能在因特網(wǎng)上進(jìn)行方便的尋址。我們一般都是將32位的IP地址中的每8位，用等效的十位數(shù)進(jìn)行替換，方便我們閱讀。舉個(gè)例子：

    
      32位：10000000 00001011 00000011 00011111
我們一般用點(diǎn)分十進(jìn)制表示：128.11.3.31
    
  

IP地址的編址方式經(jīng)過了3個(gè)階段：

1. 分類編址 。這是最基本的編址方式。
   
2. 劃分子網(wǎng) 。對(duì)分類編址的改進(jìn)
   
3. 無分類編址 。這是目前正在使用的編址方式。

接下來我們一一看看這三種編址方式：

分類編址

分類編址的地址，是由兩個(gè)固定長度的字段組成。一個(gè)字段是 網(wǎng)絡(luò)號(hào)（net-id） ，它是標(biāo)志主機(jī)所連網(wǎng)絡(luò)。另一個(gè)字段是 主機(jī)號(hào)（host-id） ，它標(biāo)志的是該主機(jī)，并且主機(jī)號(hào)必須在網(wǎng)絡(luò)號(hào)的網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)是唯一的。這樣子，一個(gè)IP地址在整個(gè)因特網(wǎng)范圍內(nèi)便是唯一的。

分類編址：IP地址定義為：{<網(wǎng)絡(luò)號(hào)>, <主機(jī)號(hào)>}

這樣子的編址方式有以下幾種好處：

• 分配IP地址的機(jī)構(gòu)僅僅需要分配網(wǎng)絡(luò)號(hào)即可，主機(jī)號(hào)自行分配。
  
• 路由器僅僅根據(jù)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)，這樣子路由表里的內(nèi)容會(huì)大大減少，提升了路由尋址的效率。

但是有一個(gè)問題就是，32位的IP地址，我們需要多少位的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和多少位的主機(jī)號(hào)呢？分類編址的方案，設(shè)計(jì)了幾種方案，我們看看最常用的三種單播地址。

• A類地址：網(wǎng)絡(luò)號(hào)占1個(gè)字節(jié)，且網(wǎng)絡(luò)號(hào)第一位是0，相應(yīng)主機(jī)號(hào)占3個(gè)字節(jié)。
  
• B類地址：網(wǎng)絡(luò)號(hào)占2個(gè)字節(jié)，且網(wǎng)絡(luò)號(hào)前兩位是10，相應(yīng)主機(jī)號(hào)占2個(gè)字節(jié)。
  
• C類地址：網(wǎng)絡(luò)號(hào)占3個(gè)字節(jié)，且網(wǎng)絡(luò)號(hào)前三位是110，相應(yīng)主機(jī)號(hào)占1個(gè)字節(jié)。
  
• D、E這兩種地址咱不討論

通過這樣分類編址，當(dāng)我們得到一個(gè)IP地址時(shí)，我們可以通過前幾位就判斷地址類別并計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)。

劃分子網(wǎng)

分類編址看起來很美好，但是實(shí)際上它考慮并不周全。在實(shí)際應(yīng)用中，中小型規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)開始爆發(fā)，這樣導(dǎo)致了一個(gè)問題十分明顯。1個(gè)C類地址空間占一個(gè)字節(jié)也就是能容納256個(gè)主機(jī)，其中還有兩個(gè)是用于特殊目的。對(duì)于一個(gè)組織來說，254臺(tái)主機(jī)，真的太不夠用了。所以只能申請(qǐng)B類地址，也就是占2個(gè)字節(jié)，65536臺(tái)主機(jī)。這樣的結(jié)果導(dǎo)致大量的IP地址被浪費(fèi)，很快就會(huì)面臨分配完的危險(xiǎn)。

為了解決這個(gè)問題，提出了分類子網(wǎng)的解決方案。也就是說，我們讓幾個(gè)中小規(guī)模的組織使用同一個(gè)A或B類地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，然后再通過 子網(wǎng)號(hào)（subnet-id） 來區(qū)分是否在同一條鏈路上。子網(wǎng)號(hào)是不定長的，對(duì)應(yīng)的主機(jī)號(hào)就減少子網(wǎng)號(hào)所占的位數(shù)。

劃分子網(wǎng)：IP地址定義為：{<網(wǎng)絡(luò)號(hào)>, <子網(wǎng)號(hào)>, <主機(jī)號(hào)>}

劃分子網(wǎng)的編址方式，通過將A、B類地址空間劃分給多個(gè)組織使用，大大減少了對(duì)A、B類地址空間的浪費(fèi)。

無分類編址

劃分子網(wǎng)在一度程度上，大大緩解了空間浪費(fèi)問題。但是C類地址因?yàn)榭臻g太小，得不到充分利用，也是非常大的浪費(fèi)。后來IETF就提出了 無分類編址（CIDR） 方法來解決IP緊張的問題。

CIDR消除了傳統(tǒng)的A、B、C類地址以及劃分子網(wǎng)的概念。IP地址分成兩個(gè)部分，前部分是不定長的 網(wǎng)絡(luò)前綴（network-prefix） ，代替分類編址中的“網(wǎng)絡(luò)號(hào)”來指明網(wǎng)絡(luò)，后面仍舊是主機(jī)號(hào)，指明主機(jī)號(hào)。

無分類編址：IP地址定義為：{<網(wǎng)絡(luò)前綴>, <主機(jī)號(hào)>}

是不是感覺又回到了分類編址的兩級(jí)結(jié)構(gòu)，不過它們非常重要的區(qū)別就是網(wǎng)絡(luò)前綴是不定長的。這樣一個(gè)IP地址并不能確定網(wǎng)絡(luò)前綴和主機(jī)，所以需要配合一個(gè)32位的 地址掩碼（address mask） 。地址掩碼是由一串1和跟著后面的0組成的，而且1的長度就是網(wǎng)絡(luò)前綴的長度。還可以通過 斜線記法（slash notation） ，來表示網(wǎng)絡(luò)前綴1的長度，例如 /20 代表地址掩碼有20個(gè)1。

• A類地址的默認(rèn)地址掩碼是 255.0.0.0
  
• B類地址的默認(rèn)地址掩碼是 255.255.0.0
  
• C類地址的默認(rèn)地址掩碼是 255.255.255.0 。

IP地址與地址掩碼的計(jì)算

接下來，就是看一下IP地址如何配合地址掩碼來實(shí)現(xiàn)唯一的標(biāo)識(shí)。只要把地址掩碼和IP地址進(jìn)行逐位的“與”運(yùn)算，就可以得到它的網(wǎng)絡(luò)地址（主機(jī)號(hào)全為0）。我們直接舉個(gè)例子看看通過IP地址如何得到網(wǎng)絡(luò)地址的。

    
      已知：
	IP地址：141.14.72.24（141.14.01001000.24）
	地址掩碼：255.255.192.0（255.255.11000000.0）
	或者用斜線記法：141.14.72.24/18
思路：
	將IP地址與網(wǎng)絡(luò)掩碼都轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制后進(jìn)行“與”運(yùn)算，這里有個(gè)技巧就是，全為1和全為0都是不需要轉(zhuǎn)化運(yùn)算的。所以在這個(gè)題目里，我們僅僅需要將第三個(gè)字節(jié)進(jìn)行轉(zhuǎn)化后運(yùn)算，得到主機(jī)號(hào)為0的網(wǎng)絡(luò)號(hào)。
計(jì)算得：
	網(wǎng)絡(luò)地址：141.14.64.0（141.14.01000000.0）
    
  

技巧提示在例子中也講了，但這里要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)就是，同一個(gè)IP地址與不同的地址掩碼是可以得到相同的網(wǎng)絡(luò)號(hào)的。雖然網(wǎng)絡(luò)號(hào)一樣，但是不同的地址掩碼所代表的主機(jī)空間也是不一樣的。所以主機(jī)在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置的時(shí)候， 不僅需要配置主機(jī)的IP地址，還需要配置所在網(wǎng)絡(luò)的地址掩碼 。

CIDR地址塊

網(wǎng)絡(luò)前綴不僅僅只是用來表示某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址，它還可以表示連續(xù)的IP地址塊，所以它不再沿用“網(wǎng)絡(luò)號(hào)”這個(gè)說法。CIDR把 網(wǎng)絡(luò)前綴都相同 的連續(xù)IP地址組成“CIDR地址塊”。我們只要知道了CIDR地址塊的任意一個(gè)地址，就可以知道地址塊的最小和最大地址，以及地址數(shù)。舉個(gè)例子：

    
      已知：
	IP地址：128.14.35.7/20
思路：
	我們從這里可以得到前20位是網(wǎng)絡(luò)前綴，所以后12位便是主機(jī)號(hào)。所以我們讓主機(jī)號(hào)都為0，則是最小地址。主機(jī)號(hào)都為1，就是最大地址。而地址數(shù)就是2的12次方。
計(jì)算：
	最小地址：128.13.32.0
	最大地址：128.13.47.255
	地址數(shù)：4096個(gè)
    
  

我們使用CIDR可以更有效的分配IPv4的地址空間，可以根據(jù)需求分配適當(dāng)大小的CIDR地址塊，擁有之前幾種方法所不具備的靈活性。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)復(fù)習(xí)總結(jié)之網(wǎng)絡(luò)層（二）