计算机网络——网络层

网络层主要任务：通过路由选择算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径；网络层能够向传输层提供两种类型的接口：数据报和虚电路。

IP地址的基本概念

大型的互连网络中需要有一个全局的地址系统，它能够给每一台主机或路由器的网络连接分配一个全局唯一的地址；TCP/IP协议的网络层使用的地址标识符叫做IP地址；IPv4中IP地址是一个32位的二进制地址；网络中的每一个主机或路由器至少有一个IP地址；在Internet中不允许有两个设备具有同样的IP地址；如果一台主机或路由器连接到两个或多个物理网络，那么它可以拥有两个或多个IP地址。

IP地址结构：IP地址是由网络号（net ID）与主机号（host ID）两部分组成的

IP地址的分类

IP地址长度为32位，点分十进制（dotted decimal）地址；采用x.x.x.x的格式来表示，每个x为8位，每个x的值为0～255（例如 202.113.29.119）；根据不同的取值范围，IP地址可以分为五类；A类地址的第一位为0；B类地址的前两位为10；C类地址的前三位为110；D类地址的前四位为1110；E类地址的前五位为11110

A类IP地址

A类IP地址的网络号长度为7位，主机号长度为24位；
A类地址是从：0.0.0.0～127.255.255.255；
网络号长度为7位，从理论上可以有27=128个网络；
网络号为全0和全1（用十进制表示为0与127）的两个地址保留用于特殊目的，实际允许有126个不同的A类网络；
由于主机号长度为24位，因此每个A类网络的主机IP数理论上为224=16 777 216；
主机IP为全0和全1的两个地址保留用于特殊目的，实际允许连接16 777 214个主机；
A类地址有231个，占有整个IP地址空间的50%。A类IP地址结构适用于有大量主机的大型网络。

B类IP地址

B类IP地址的网络IP长度为14位，主机IP长度为16位；
B类IP地址是从：128.0.0.0～191.255.255.255；
由于网络IP长度为14位，因此允许有214=16384个不同的B类网络，实际允许连接16383个网络（全0特殊目的）；
由于主机IP长度为16位，因此每个B类网络可以有216=65536个主机或路由器，实际一个B类IP地址允许连接65534个主机或路由器；
B类地址有230个，占有整个IP地址空间的25%。B类IP地址适用于一些国际性大公司与政府机构等中等大小的组织使用。

C类IP地址

C类IP地址的网络号长度为21位，主机号长度为8位；
C类IP地址是从：192.0.0.0～223.255.255.255；
网络号长度为21位，因此允许有221-1=2097151个不同的C类网络；
主机号长度为8位，每个C类网络的主机地址数最多为28=256个，实际允许连接254个主机或路由器；
C类地址有229个，占有整个IP地址空间的12.5%。C类IP地址适用于一些小公司与普通的研究机构。

D类和E类IP地址

D类IP地址不标识网络；地址范围：224.0.0.0～239.255.255.255。用于其他特殊的用途，如多播地址；
E类IP地址暂时保留；地址范围：240.0.0.0～255.255.255.255；用于某些实验和将来使用。

特殊的IP地址

保留地址

专用或私有地址的地址块：
10.0.0.0 ~ 10.255.255.255；
172.16.0.0 ~ 172.31.255.255；
192.168.0.0 ~ 192.168.255.255
这些地址是保留给专用网的，专用地址在机构内部是唯一的，但是在全球范围内则不是唯一的。具有专用地址的IP数据报不能在因特网上传输，它们只能用于内部网中。

就像我们平时在家用的路由器，它就是为每一个连接的电子设备，分配一个私有网络地址，比如我刚刚看了下手机，分配到的是192.168.1.106

连接到Internet的每一台主机或路由器至少有一个IP地址；连接到Internet的任何两台主机或路由器不能使用相同的IP地址；IP地址是与网络接口相关联的，如果一台主机或路由器分别连接到两个或更多的网络上，那么它必须有两个或更多的IP地址。

IP  地址的一些重要特点

(1)     IP 地址是一种分等级的地址结构，分两个等级的好处是：第一，IP地址管理机构在分配 IP地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。

(2)     实际上  IP  地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的  IP  地址，其网络号  net-id必须是不同的。这种主机称为多归属主机。由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将   IP   数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址。

(3)  用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号  net-id。

(4)  所有分配到网络号  net-id  的网络，不论范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。

子网掩码

从一个 IP 数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。

使用子网掩码(subnet  mask)可以找出IP 地址中的子网部分。

子网掩码表示方法：网络号与子网号置1，主机号置0。例如，A类地址子网掩码为11111111.00000000.00000000.00000000

无类域间路由CIDR技术

CIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间。

CIDR使用各种长度的“网络前缀”来代替分类地址中的网络号和子网号。

IP地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。

CIDR 还使用“斜线记法”(slash notation)，它又称为CIDR记法，即在 IP 地址面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数（这个数值对应于三级编址中子网掩码中 1 的个数）。

CIDR 把网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR 地址块”。

例如128.14.32.0/20  表示的地址块共有  212个地址（因为斜线后面的  20  是网络前缀的位数，所以这个地址的主机号是12位）。这个地址块的起始地址是  128.14.32.0。在不需要指出地址块的起始地址时，也可将这样的地址块简称为“/20  地址块”。
128.14.32.0/20  地址块的最小地址：128.14.32.0地址块的最大地址：128.14.47.255。全0和全1  的主机号地址一般不使用。