IP地址基础知识

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IP地址基础

IP地址

IP地址由32位二进制数组成，分成4段，并且用“.”分隔。实际运用时将二进制转换成十进制。并且IP地址的结构是：IP地址=网络号+主机号。

其中网络号标识的是Internet上的一个子网。主机号是标识子网中的某台主机。

子网掩码

子网掩码，子网掩码的功能是区分IP地址中的网络号和主机号，用连续的“1”表示IP地址的网络号，用连续的“0”表示主机号，平常使用中是以十进制表示。

如：‘11111111.11111111.11111111.00000000’就可以表示成‘255.255.255.0’的形式。

子网掩码的简写形式：在IP地址后面加上‘/n’,则n为子网掩码中的‘1’的位数。

例如，对于IP地址192.168.0.1，当子网掩码为255.255.255.0时，经过转换可以看到，该IP地址和子网掩码对应的二进制形式分别为：

11000000.10101000.00000000.00000001

11111111.11111111.11111111.00000000

因此可以知道，该IP地址的网络号为192.168.0.0

主机号为0.0.0.1

IP地址分类

	8bits	8bits	8bits	8bits
	Network	Host	Host	Host
B类IP地址	Network	Network	Host	Host
C类A类IP地址IP地址	Network	Network	Network	Host
D类IP地址	Multicast	-	-	-
E类IP地址	Research	-	-	-

IP地址范围

	1-8	9-16	17-24	25-32
A类IP地址	0NNNNNNN (1-127)	Host	Host	Host
B类IP地址	10NNNNNN (128-191)	Network	Host	Host
C类IP地址	110NNNNN (192-223)	Network	Network	Host
D类IP地址	1110NNNN (224-239)	Multicast Group	-	-

广播地址

Network Address(host bits=all zeros)

Broadcast Address(host bits=all ones)

IP地址可以定义可用的主机地址的范围

对于B类IP地址，可用的主机地址共有2^16-2 = 65534个。

	主机域（字节）	主机域（位）	每个网络的主机数量
A类IP地址	3	24	2^24-2
B类IP地址	2	16	2^16-2
C类IP地址	1	8	2^8-2

几类不同的IP地址所对应的可用的网络数量

	网络域的大小（字节）	网络域的大小（位）	不同的网络域位数	网络数量
A类IP地址	1	8	7	2^7-2=126
B类IP地址	2	16	14	2^14=16192
C类IP地址	3	24	21	2^21=2097152

IP地址的使用原则

1.网络号不能全为1和全为0

2.主机号不能全为1和全为0

3.网络号在INTERNET中是唯一的

4.主机号对于本地网络来说是唯一的

5.255.255.255.255表示广播地址

6. 10.0.0.0/8、172.16.0.0/16--172.31.0.0/16、192.168.0.0/16为私有地址

私有地址

私有地址空间是从来不会呈现到Internet上的地址。

可用的私有网络的范围是：

A类私有IP	10.0.0.0-10.255.255.255
B类私有IP	172.18.0.0-172.31.255.255
C类私有IP	192.168.0.0-192.168.255.255

一些特殊的IP地址：

127.0.0.1	本地回环（loopback）测试地址
255.255.255.255	广播地址
0.0.0.0	代表任何网络
1.1.1.1	代表该网段的所有主机

TCP/IP协议规定，主机号部分各位全为1的IP地址用于广播，所谓广播地址指同时向网上所有的主机发送报文，不管物理网络特性如何，Internet支持广播传输，如，136.78.255.255就是B类地址中的一个广播地址，将信息发送到此地址，就是将信息发送给网络号136.78.0.0内的所有主机。

局域网内进行IP地址的分配时，需要遵守3个重要的规则:

1.同一个局域网上的设备应该使用同一个IP网络号的IP地址。

2.同一个互联网中的IP地址必须是唯一的。

3.至少被一个路由器所分隔开的不同的局域网上的设备应该使用不同IP网络号的IP地址。

子网技术

子网划分的过程允许网络设计人员将一个有类的IP网络进一步划分成许多小的部分。

子网划分的核心思想是借用主机位来制造新的子网。

子网IP地址的格式主要有：网络部分，子网部分，主机部分。

以A类网络为例进行分析，A类网络包含16000000多个可用的主机IP地址，但是很难想象一个含有16000000个主机的局域网，因此需要进行子网的划分。

划分子网时的一些特点：

1.根据所选择的子网掩码将会产生多少个子网：

2^n(n代表掩码位数)

2.每个子网能有多少主机：

2^m-2(m代表主机位数)

3.每个子网的有效主机：

忽略子网内全为0和全为1的地址，剩下的就是有效主机地址。

4.每个子网的广播地址：

下个子网号-1

5.最后一个有效的主机地址：

下个子网号-2

6.有效子网：

有效子网号=256-10进制的子网掩码（划分子网的子网掩码）

有下面几种常见的划分方式：

流行的观点	24位子网，8位主机
官方的观点	8位网络，16位子网，8位主机
从主机借位的观点	8位网络，从主机位借位产生子网位

C类地址子网划分的例子：

网络地址192.168.10.0；子网掩码255.255.255.192（/26）

子网数=2*2=4

主机数=2^6-2=62

有效子网=256-192=64，所以第一个子网为192.168.10.64，第二个为192.168.10.128

广播地址：下一个子网-1，两个子网的广播地址分别是192.168.10.127和192.168.10.191

有效主机范围是：

第一个子网的主机地址是192.168.10.65到192.168.10.126

第二个子网的主机地址是192.168.10.129到192.168.10.190

B类地址子网划分例子：

网络地址：172.16.0.0；

子网掩码：255.255.192.0（/18）

子网数：2*2-2=2

主机数：2^14-2=16382

有效子网数：256-192=64，

第一个子网为：172.16.64.0

最后一个子网为：172.16.128.0

广播地址：下一个子网-1，所以2个子网的广播地址分别是

172.16.127.255和172.16.191.255

有效主机范围是：

第一个子网的主机地址是172.16.64.1到172.16.127.254

第二个子网的主机地址是172.16.128.1到172.16.191.254

B类地址子网划分2：

网络地址：172.16.0.0

子网掩码：255.255.255.224（/27）

子网数：2^11-2=2046(B类地址的默认掩码是255.255.0.0，所以网络位为：8+3=11)

主机数：2^5-2=30

有效子网：256-224=32

或者可以理解成

bin(224)=
0b11100000

划分初始子网时为：

0b00100000=
32

所以第一个子网是172.16.0.32

0b11000000=
192

最后一个子网是172.16.255.192

广播地址：下一个子网-1，所以第一个子网和最后一个子网的广播地址分别是172.16.0.63和

172.16.255.223

有效主机范围：

第一个子网的主机地址是172.16.0.33到172.16.0.62

最后一个子网的主机地址是172.16.255.193到172.16.255.222

保证因特网内的IP地址唯一

因特网地址分配委员会IANA (www.iana.org)分配地址的过程如下：

1.IANA为提出申请的公司或机构分配唯一的A、B或者C类网络号。

2.IANA查看每一个请求，根据公司的规模和网络的大小为它分配1个或者多个A、B或者C类地址。

3.为了保证整个因特网IP地址是唯一的，IANA绝不会将同一个A、B或者C类网络分配给另一家公司。

4.在公司内部，网络工程师会利用子网技术，按照它们的意愿来分配IP地址，只要他们公司所在的注册IP网络之内的地址都可以。

IPv4分配基本完毕，解决的办法有NAT、私有网络、IPv6。

IPv6地址一共有3.4*10^38个,IPv4地址一共有4294967296个左右。

变长子网掩码（VLSM），全称是Variable Length Subnet Masks。它的出现打破了传统的以类（class）为标准的地址划分方法，是为了缓解IP地址紧缺而产生的。

作用是节约IP地址空间，减少路由表的大小。

使用VLSM时，所采用的路由协议必须能够支持它，这些路由协议包括RIPv2,OSPF,IS-IS,EIGRP,BGP.

例如，对于172.16.0.0/16的地址空间，可以通过172.16.12.0/22进行划分。

对于这样一个需求：

D需要2个VLAN，每个VLAN容纳200个用户。A,B,C连接3个以太网，分别用1个24口的交换机相连。

路由器D有2个VLAN，将地址空间进行划分满足上述需求。

172.16.12.0/22

172.16.12.0/24	172.16.12.0-172.16.12.255
172.16.13.0/24	172.16.13.0-172.16.13.255
172.16.14.0/24	172.16.14.0-172.16.14.255
172.16.15.0/24	172.16.15.0-172.16.15.255

进一步划分，将172.16.14.0/24和172.16.15.0/24在第一轮的划分之后保持不变，用于24口交换机。然后将172.16.14.0/24划分成每块含有32个地址的空间，

172.16.14.00/27 0b000 00000

172.16.14.32/27 0b001 00000

172.16.14.64/27 0b010 00000

172.16.14.96/27 0b011 00000

172.16.14.128/27 0b100 00000

172.16.14.160/27 0b101 00000

172.16.14.192/27 0b110 00000

172.16.14.224/27 0b111 00000

其中，172.16.14.0/24有如下的子网空间是剩下的：

172.16.14.96/27 0b011 00000

172.16.14.128/27 0b100 00000