#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)的每一個主機(jī)（或路由器）的每一個接口分配一個在全世界范圍內(nèi)唯一的32位標(biāo)識符。有了這個唯一的標(biāo)識符，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。舉個例子：

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

IP地址的編址方式經(jīng)過了3個階段：

1. 分類編址 。這是最基本的編址方式。
   
2. 劃分子網(wǎng) 。對分類編址的改進(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，是由兩個固定長度的字段組成。一個字段是 網(wǎng)絡(luò)號（net-id） ，它是標(biāo)志主機(jī)所連網(wǎng)絡(luò)。另一個字段是 主機(jī)號（host-id） ，它標(biāo)志的是該主機(jī)，并且主機(jī)號必須在網(wǎng)絡(luò)號的網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)是唯一的。這樣子，一個IP地址在整個因特網(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>, <主機(jī)號>}

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)號即可，主機(jī)號自行分配。
  
• 路由器僅僅根據(jù)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)號進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)，這樣子路由表里的內(nèi)容會大大減少，提升了路由尋址的效率。

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

• A類地址：網(wǎng)絡(luò)號占1個字節(jié)，且網(wǎng)絡(luò)號第一位是0，相應(yīng)主機(jī)號占3個字節(jié)。
  
• B類地址：網(wǎng)絡(luò)號占2個字節(jié)，且網(wǎng)絡(luò)號前兩位是10，相應(yīng)主機(jī)號占2個字節(jié)。
  
• C類地址：網(wǎng)絡(luò)號占3個字節(jié)，且網(wǎng)絡(luò)號前三位是110，相應(yīng)主機(jī)號占1個字節(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IP地址時，我們可以通過前幾位就判斷地址類別并計算出網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號。

劃分子網(wǎng)

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

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

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

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組織使用，大大減少了對A、B類地址空間的浪費。

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問題。但是C類地址因為空間太小，得不到充分利用，也是非常大的浪費。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”來指明網(wǎng)絡(luò)，后面仍舊是主機(jī)號，指明主機(jī)號。

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

是不是感覺又回到了分類編址的兩級結(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算

接下來，就是看一下IP地址如何配合地址掩碼來實現(xiàn)唯一的標(biāo)識。只要把地址掩碼和IP地址進(jìn)行逐位的“與”運算，就可以得到它的網(wǎng)絡(luò)地址（主機(jī)號全為0）。我們直接舉個例子看看通過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”運算，這里有個技巧就是，全為1和全為0都是不需要轉(zhuǎn)化運算的。所以在這個題目里，我們僅僅需要將第三個字節(jié)進(jìn)行轉(zhuǎn)化后運算，得到主機(jī)號為0的網(wǎng)絡(luò)號。
計算得：
	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)一點就是，同一個IP地址與不同的地址掩碼是可以得到相同的網(wǎng)絡(luò)號的。雖然網(wǎng)絡(luò)號一樣，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”這個說法。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。所以我們讓主機(jī)號都為0，則是最小地址。主機(jī)號都為1，就是最大地址。而地址數(shù)就是2的12次方。
計算：
	最小地址：128.13.32.0
	最大地址：128.13.47.255
	地址數(shù)：4096個
    
  

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。

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