TCP/IP协议族——IPV4地址

一 分类编址

1.1 分类

如上所示IP地址分为5类，最高位为0表示A类地址，10比表示B类地址，。。。于是，各类地址总数为：

A类地址：2的31次方，前一位固定为0。

B类地址：2的30次方，前两位固定为10。

C类地址：2的29次方，前三位固定为110。

D类地址：2的28次方，前四位固定为1110。

E类地址：2的28侧方，前四位固定为1111。

1.2 网络标识和主机标识

对A、B、C类地址来说，IP地址可以划分为网络标识（net-id）和主机标识（host-id）

A类地址：前一个字节定义网络标识。

B类地址：前两个字节定义网络标识。

C类地址：前三个字节定义网络标识。

1.3 地址类和地址块

例如：C类地址，前三个字节定义网络标识，且前三位固定为110，故能定义2的21次方个地址块。

D类地址只定义一个地址块（全为网络号），用于进行多播。

1.4 两级编址

分类编址时，指派给一个组织的地址段是A、B或C类地址的一个地址块，IP地址最初的设计为两级编址，网络号只能为8位（A类）或者16位（B类）或者24位（C类）。路由器使用与运算从一个分组的目的地址中提取其网络地址，用默认掩码对目的地址进行与运算后，得到的结果就是网络地址，如：

目的地址：201. 24 .  67.32——》C类地址

默认掩码：255.255.255.0

网络地址：201.24.67.0

1.5 三级编址：子网划分

3.1 为何需要三级编址

（1）一个被授权使用A类或B类地址块的组织，处于安全性和管理方便的考虑，有必要将自己的大网络进一步划分为若干个子网。

（2）因为A类和B类地址块已几乎耗尽，而C类地址块又太小，无法满足大多数组织的需要，所以已经拥有A类或B类地址块使用权的组织可以将其地址块划分为多个较小的子地址块，并与其它组织一起分享。

3.2 子网掩码

当一个网络没有子网划分时，使用的是网络掩码，而当我们将一个网络划分为若干子网时，就要为每个子网建立一个子网掩码。一个子网由子网标识（子网首地址）和主机标识两部分组成。用主机地址和子网掩码做与运算便可得子网地址。如：

目的地址：141.  14.120.77

子网掩码：255.255.192.0

子网地址：141.  14.  64.0

1.6 构造超网

（1）子网划分并不能完全解决编址中地址耗尽的问题，因为大多数机构组织并不愿意和别人共享自己的地址块。另一个解决办法就是构造超网——一个组织可以把若干个C类地址合并成为一个更大的超网。

（2）超网掩码：超网掩码和子网掩码正好相反，C类超网掩码中1的个数要比默认掩码中1的个数少。

（3）超网带来的问题：

a.合并超网的地址块的数目必须是2的乘方，超网标识长度为n-logc。

b.构造超网和子网划分会使得因特网分组的路由选择变得相当复杂。

二 无分类编址

引入：分类编址划分子网和构造超网并没有从实际上解决地址耗尽的问题，还使得地址分配和路由选择变得更加困难。从根本上解决问题的方案是IPV6，但人们还设计了一种临时的解决方案，它使用原来的地址空间不变但改变了原来的地址分配方法，以便向每个机构组织提供一种更公正共享的办法，在分配地址时，类别特征被取消了——无分类编址，这种编址方案使用可变长度的地址块，这些地址块不属于任何类。

区别：

分类编址：每个机构组织可以被授权使用A类、B类或C类地址中的任何一个地址，但这些地址块长度都是预先定义好的，也就是说这些机构只能从三种尺寸的地址块中选择一个。

无分类编址：一个组织可以分配一个地址块，地址块中的地址数可为2的乘法（0次方到32次方）。

2.1 两级编址

（1）一个组织被授权使用一个地址块，该地址块可划分为两部分，前缀（网络标识，长度可为1到32）和后缀（主机标识）。

（2）无分类编址中，我们要找出某地址所属的地址块，就必须在每个地址中包含其前缀长度——斜线记法（无分类域间路由选择CIDR）。

（3）一个地址块首地址为后缀全0（地址&网络掩码），末地址为后缀全1（地址 | （！网络掩码））。

2.2 地址块的分配

分配原则：

a.申请的地址数n必须是2的乘方——使前缀长度n的值为整数。

b.对一个地址块来说，根据地址数可以求出其前缀长度n=32-logN。

c.必须是地址空间中连续的未分配地址才能分配给申请的地址块，并且起始地址必须能够被地址块的地址数整除。

2.3 子网划分

分配原则：同上3条原则。

例题1：起始地址为14.24.74.0/24，需要三个子网，大小分别为：120,60,10：

解：该地址块中共有2的（32-24）=8次方=256个地址。其中首地址为14.24.74.0/24，末地址为14.24.74.255/24。

按照原则a，三个子网分别需要分配地址数为：128,64,16，可用地址数分别为：126,62,14满足要求。

第一个子网的前缀长度为：n=24+log(256/128)=25，它的首地址为：14.24.74.0/25，末地址为：14.24.74.127/25。

第二个子网的前缀长度为：n=24+log(256/64)=26，它的首地址为：14.24.74.128/26，末地址为：14.24.74.191/26。

第三个子网的前缀长度为：n=24+log(256/16)=28,它的首地址为：14.24.74.192/28，末地址为：14.24.74.207/28。

2.4 地址聚合

许多地址块聚合成一个大块指派给ISP。

三 特殊地址

3.1 全局特殊地址

（1）全0地址：0.0.0.0/32

被保留用于某主机需要发送一个IPv4分组，但又不知道自己的地址的情况下，通常用于刚启动时发送给DHCP服务器请求自己的地址。

（2）全1地址：255.255.255.255/32

受限广播地址，广播会被路由器拦截，只局限在本地网络，DHCP服务器向尚不知道自己IP地址的客户机发送分组时即用该地址。

（3）环回地址：127.0.0.0/8

用于测试机器上的软件，只能用作目的地址。

（4）专用地址

10.0.0.0/8                        16777216个地址

172.16.0.0/12                   1047584个地址

192.168.0.0/16                  65536个地址

169.254.0.0/16                  65536个地址            

3.2 每个地址块中的特殊地址

（1）网络地址

一个地址块的首地址，后缀全0。

（2）直接广播地址

一个地址块的末地址，后缀全1。只能用作目的地址。

四 NAT地址

专用网内部使用专用地址，连接该网络的NAT路由器使用一个专用地址和一个全球地址，因特网的其他部分只能看到使用全球地址的NAT路由器。

4.1 地址转换

外出分组：源地址——NAT路由器——全球地址。

进入分组：目的地址——NAT路由器——内部地址。

4.2 转换表

（1）使用一个IP地址。

一张转换表有两列：一个专用地址和一个外部地址，该策略通信必须总是由专用网络发起。

（2）使用IP地址池。

有多个全球地址。

（3）使用IP地址和端口地址

一张转换表有五列：专用地址，专用端口（必须唯一），外部地址，外部端口，运输层协议。