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  • IP地址使用,分类等详解

    万次阅读 多人点赞 2018-09-18 17:28:36
    一、IP地址和MAC地址 二、IP地址的分类 三、保留的特殊IP地址 四、公网和私网IP地址 一、IP地址和MAC地址 1、MAC地址 MAC(Media Access Control,介质访问控制)地址,或称为物理地址,也叫硬件地址,用来...

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    一、IP地址和MAC地址

    二、IP地址的分类

    三、保留的特殊IP地址

    四、公网和私网IP地址


    一、IP地址和MAC地址

    1、MAC地址

    MAC(Media Access Control,介质访问控制)地址,或称为物理地址,也叫硬件地址,用来定义网络设备的位置,MAC地址是网卡出厂时设定的,是固定的(但可以通过在设备管理器中或注册表等方式修改,同一网段内的MAC地址必须唯一)。MAC地址采用十六进制数表示,长度是6个字节(48位),分为前24位和后24位。

    1、前24位叫做组织唯一标志符(Organizationally Unique Identifier,即OUI),是由IEEE的注册管理机构给不同厂家分配的代码,区分了不同的厂家。
    2、后24位是由厂家自己分配的,称为扩展标识符。同一个厂家生产的网卡中MAC地址后24位是不同的。

    MAC地址对应于OSI参考模型的第二层数据链路层,工作在数据链路层的交换机维护着计算机MAC地址和自身端口的数据库,交换机根据收到的数据帧中的“目的MAC地址”字段来转发数据帧。

    2、IP地址

    IP地址(Internet Protocol Address),缩写为IP Adress,是一种在Internet上的给主机统一编址的地址格式,也称为网络协议(IP协议)地址。它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址,常见的IP地址,分为IPv4与IPv6两大类,当前广泛应用的是IPv4,目前IPv4几乎耗尽,下一阶段必然会进行版本升级到IPv6;如无特别注明,一般我们讲的的IP地址所指的是IPv4。

    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    IP地址对应于OSI参考模型的第三层网络层,工作在网络层的路由器根据目标IP和源IP来判断是否属于同一网段,如果是不同网段,则转发数据包。

    3、IP地址格式和表示

    在计算机二进制中,1个字节 = 8位 = 8bit(比特)

    ①IP地址格式和表示

    IP地址(IPv4)由32位二进制数组成,分为4段(4个字节),每一段为8位二进制数(1个字节)
    每一段8位二进制,中间使用英文的标点符号“.”隔开

    由于二进制数太长,为了便于记忆和识别,把每一段8位二进制数转成十进制,大小为0至255。
    IP地址的这种表示法叫做“点分十进制表示法”。
    IP地址表示为:xxx.xxx.xxx.xxx
    举个栗子:210.21.196.6就是一个IP地址的表示。

    ②理解2的指数幂

    2的幂也称为2的指数,还可以称为2的次方,如2的2次方、2的3次方等等,任何数的0次方都等于1。
    在IP地址中,0次方到7次方刚好为8位,这对于IP地址二进制转换为十进制非常方便。
    举个栗子:11010010 = 1×2^7+1×2^6+0×2^5+1×2^4+0×2^3+0×2^2+1×2^1+0×2^0 = 128+64+0+16+0+0+2+0 = 210

    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    我们需要记住上图的2的幂的结果,不需要死记硬背,这个是有技巧的,从上图来看,很容易发现,由于是2的幂,所有相邻的幂的前后都是相差2倍,所以只要知道其中一个幂值,就知道相邻的幂的值。

    4、IP地址的组成

    IP地址=网络地址+主机地址,比如:
    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》
    计算机的IP地址由两部分组成,一部分为网络标识,一部分为主机标识,同一网段内的计算机网络部分相同,主机部分不同同时重复出现。路由器连接不同网段,负责不同网段之间的数据转发,交换机连接的是同一网段的计算机。通过设置网络地址和主机地址,在互相连接的整个网络中保证每台主机的IP地址不会互相重叠,即IP地址具有了唯一性。
    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    5、IP地址与MAC地址区别

    • 长度不同:IP地址为32位(二进制),MAC地址为48位(十六进制)。
    • 分配依据不同:IP地址的分配是基于网络拓扑,MAC地址的分配是基于制造商。
    • 寻址协议层不同:IP地址应用于OSI第三层(网络层),而MAC地址应用在OSI第二层(数据链路层)。

    6、IP地址与MAC地址的作用和关系

    IP和MAC两者之间分工明确,默契合作,完成通信过程。在数据通信时,IP地址专注于网络层,网络层设备(如路由器)根据IP地址,将数据包从一个网络传递转发到另外一个网络上;而MAC地址专注于数据链路层,数据链路层设备(如交换机)根据MAC地址,将一个数据帧从一个节点传送到相同链路的另一个节点上。IP和MAC地址这种映射关系由ARP(Address Resolution Protocol,地址解析协议)协议完成,ARP根据目的IP地址,找到中间节点的MAC地址,通过中间节点传送,从而最终到达目的网络。
    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    计算机在和其他计算机通信之前,首先要判断目标IP地址和自己的IP地址是否在一个网段,这决定了数据链层的目标MAC地址是目标计算机的还是路由器接口的MAC地址。数据包的目标IP地址决定了数据包最终到达哪一个计算机,而目标MAC地址决定了该数据包下一跳由哪个设备接收,不一定是终点。

    二、IP地址的分类

    1、IP地址分类详解

    IP地址分A、B、C、D、E五类,其中A、B、C这三类是比较常用的IP地址,D、E类为特殊地址。

    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    ①、A类地址

    1. A类地址第1字节为网络地址(最高位固定是0),另外3个字节为主机地址。
    2. A类地址范围:1.0.0.0 - 126.255.255.255,其中0和127作为特殊地址。
    3. A类网络默认子网掩码为255.0.0.0,也可写作/8。
    4. A类网络最大主机数量是256×256×256-2=166777214(减去1个主机位为0的网络地址和1个广播地址)。

    在计算机网络中,主机ID全部为0的地址为网络地址,而主机ID全部为1的地址为广播地址,这2个地址是不能分配给主机用的。

    ②、B类地址

    1. B类地址第1字节(最高位固定是10)和第2字节为网络地址,另外2个字节为主机地址。
    2. B类地址范围:128.0.0.0 - 191.255.255.255。
    3. B类网络默认子网掩码为255.255.0.0,也可写作/16。
    4. B类网络最大主机数量256×256-2=6554。

    ③、C类地址

    1. C类地址第1字节(最高位固定是110)、第2字节和第3个字节,另外1个字节为主机地址。
    2. C类地址范围:192.0.0.0 - 223.255.255.255。
    3. C类网络默认子网掩码为255.255.255.0,也可写作/24。
    4. C类网络最大主机数量256-2=254。

    ④、D类地址

    1. D类地址不分网络地址和主机地址,它的第1个字节的最高位固定是1110。
    2. D类地址用于组播(也称为多播)的地址,无子网掩码。
    3. D类地址范围:224.0.0.0 - 239.255.255.255。

    ⑤、E类地址

    1. E类地址也不分网络地址和主机地址,它的第1个字节的最高位固定是11110。
    2. E类地址范围:240.0.0.0 - 255.255.255.255。
    3. 其中240.0.0.0-255.255.255.254作为保留地址,主要用于Internet试验和开发,255.255.255.255作为广播地址。

    2、IP地址分类思维导图

    IP地址总结学习思维导图如下:
    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    三、保留的特殊IP地址

    以下这些特殊IP地址都是不能分配给主机用的地址:

    • 主机ID全为0的地址:特指某个网段,比如:192.168.10.0 255.255.255.0,指192.168.10.0网段。
    • 主机ID全为1的地址:特指该网段的全部主机,比如:192.168.10.255,如果你的计算机发送数据包使用主机ID全是1的IP地址,数据链层地址用广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF。
    • 127.0.0.1:是本地环回地址,指本机地址,一般用来测试使用。回送地址(127.x.x.x)是本机回送地址(Loopback Address),即主机IP堆栈内部的IP地址。
    • 169.254.0.0:169.254.0.0-169.254.255.255实际上是自动私有IP地址。
    • 0.0.0.0:如果计算机的IP地址和网络中的其他计算机地址冲突,使用ipconfig命令看到的就是0.0.0.0,子网掩码也是0.0.0.0。

    保留的特殊IP地址思维导图如下:

    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    四、公网和私网IP地址

    公网IP地址
    公有地址分配和管理由Inter NIC(Internet Network Information Center 因特网信息中心)负责。各级ISP使用的公网地址都需要向Inter NIC提出申请,有Inter NIC统一发放,这样就能确保地址块不冲突。

    私网IP地址
    创建IP寻址方案的人也创建了私网IP地址。这些地址可以被用于私有网络,在Internet没有这些IP地址,Internet上的路由器也没有到私有网络的路由表。

    • A类:10.0.0.0 255.0.0.0,保留了1个A类网络。
    • B类:172.16.0.0 255.255.0.0~172.31.0.0 255.255.0.0,保留了16个B类网络。
    • C类:192.168.0.0 255.255.255.0~192.168.255.0 255.255.255.0,保留了256个C类网络。

    PS:私网地址访问Internet需要做NAT或PAT网络地址转换

    PAT(Port Address Translation)方式的地址转换利用了TCP/UDP协议的端口号,进行地址转换;
    PAT方式的地址转换是采用了“地址+端口”的映射方式,因此 可以使内部局域网的许多主机共享一个IP地址访问Internet;
    PAT也叫动态地址转换,在私有网络地址和外部网络地址之间建立多对一映射,达到了内 部网多台主机共用同一个公网地址访问外部网络的目的,
    所以在实际应用中多数采用这种方式;


    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    公网和私网IP地址思维导图如下:

    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

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  • IP地址分类

    千次阅读 2016-09-01 20:24:31
    IP地址编址方案:IP地址编址方案将IP地址空间划分为A、B、C、D、E五类,其中A、B、C是基本类,D、E类作为...IP地址长度为32位(共有2^32个IP地址),分为4段,每段8位,用十进制数字表示,每段数字范围为0~255,段与段

    IP地址编址方案:

    IP地址编址方案将IP地址空间划分为A、B、C、D、E五类,其中A、B、C是基本类,D、E类作为多播和保留使用。

    介绍:

    Internet上的每台主机(Host)都有一个唯一的IP地址。IP协议就是使用这个地址在主机之间传递信息,这是Internet 能够运行的基础。IP地址的长度为32位(共有2^32个IP地址),分为4段,每段8位,用十进制数字表示,每段数字范围为0~255,段与段之间用句点隔开。例如159.226.1.1。IP地址可以视为网络标识号码与主机标识号码两部分,因此IP地址可分两部分组成,一部分为网络地址,另一部分为主机地址。IP地址分为A、B、C、D、E5类,它们适用的类型分别为:大型网络;中型网络;小型网络;多目地址;备用。常用的是B和C两类。

    IP地址类型

    公有地址

    公有地址(Public address)由Inter NIC(Internet Network Information Center因特网信息中心)负责。这些IP地址分配给注册并向Inter NIC提出申请的组织机构。通过它直接访问因特网。

    私有地址

    私有地址(Private address)属于非注册地址,专门为组织机构内部使用。
    以下列出留用的内部私有地址
    A类 10.0.0.0–10.255.255.255
    B类 172.16.0.0–172.31.255.255
    C类 192.168.0.0–192.168.255.255

    A类IP地址

    一个A类IP地址是指, 在IP地址的四段号码中,第一段号码为网络号码,剩下的三段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话,A类IP地址就由1字节的网络地址和3字节主机地址组成,网络地址的最高位必须是“0”。A类IP地址中网络的标识长度为8位,主机标识的长度为24位,A类网络地址数量较少,有126个网络,每个网络可以容纳主机数达1600多万台。
    A类IP地址 地址范围1.0.0.0到127.255.255.255[1] (二进制表示为:00000001 00000000 00000000 00000000 - 01111110 11111111 11111111 11111111)。最后一个是广播地址。
    A类IP地址的子网掩码为255.0.0.0,每个网络支持的最大主机数为256的3次方-2=16777214台。
    [2]

    B类IP地址

    一个B类IP地址是指,在IP地址的四段号码中,前两段号码为网络号码。如果用二进制表示IP地址的话,B类IP地址就由2字节的网络地址和2字节主机地址组成,网络地址的最高位必须是“10”。B类IP地址中网络的标识长度为16位,主机标识的长度为16位,B类网络地址适用于中等规模的网络,有16384个网络,每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。
    B类IP地址地址范围128.0.0.0-191.255.255.255[3] (二进制表示为:10000000 00000000 00000000 00000000----10111111 11111111 11111111 11111111)。 最后一个是广播地址。
    B类IP地址的子网掩码为255.255.0.0,每个网络支持的最大主机数为256的2次方-2=65534台。

    C类IP地址

    一个C类IP地址是指,在IP地址的四段号码中,前三段号码为网络号码,剩下的一段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话,C类IP地址就由3字节的网络地址和1字节主机地址组成,网络地址的最高位必须是“110”。C类IP地址中网络的标识长度为24位,主机标识的长度为8位,C类网络地址数量较多,有209万余个网络。适用于小规模的局域网络,每个网络最多只能包含254台计算机。
    C类IP地址范围192.0.0.0-223.255.255.255[3] (二进制表示为: 11000000 00000000 00000000 00000000 - 11011111 11111111 11111111 11111111)。
    C类IP地址的子网掩码为255.255.255.0,每个网络支持的最大主机数为256-2=254台

    D类IP地址

    D类IP地址在历史上被叫做多播地址(multicast address),即组播地址。在以太网中,多播地址命名了一组应该在这个网络中应用接收到一个分组的站点。多播地址的最高位必须是“1110”,范围从224.0.0.0到239.255.255.255。

    特殊的网址

    每一个字节都为0的地址(“0.0.0.0”)对应于当前主机;
    IP地址中的每一个字节都为1的IP地址(“255.255.255.255”)是当前子网的广播地址;
    IP地址中凡是以“11110”开头的E类IP地址都保留用于将来和实验使用。
    IP地址中不能以十进制“127”作为开头,该类地址中数字127.0.0.1到127.255.255.255用于回路测试,如:127.0.0.1可以代表本机IP地址,用“http://127.0.0.1”就可以测试本机中配置的Web服务器。
    网络ID的第一个8位组也不能全置为“0”,全“0”表示本地网络。

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  • IP地址划分

    千次阅读 2017-08-27 21:21:29
    1 . 基本知识介绍 1.1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...IP地址长度为 2位,点分十进制(dotted decimal)地址; IP地址=网络地址+子网地址+主机地址。

    1 . 基本知识介绍
    1.1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;
    1.2IP地址采用分层结构;
    IP地址是由网络号(net ID)与主机号(host ID)两部分组成的。
    这里写图片描述
    1.3 IP地址的分类
    IP地址长度为 2位,点分十进制(dotted decimal)地址;
    IP地址=网络地址+子网地址+主机地址。
    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;
    IP地址中的前5位用于标识IP地址的类别:
    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。
    这里写图片描述

    A类地址:范围从1~126,如:10.0.0.1。注意,数字0和 127不作为A类地址,数字127保留给内部回送函数,而数字0则表示该地址是本地宿主机,不能传送。每个网络能容纳1亿多个主机(2的24次方的主机数目),地址范围从0.0.0.1 到126.0.0.0。以子网掩码来进行区别:255.0.0.0。
    B类地址:范围从128-191,如172.168.1.1。地址范围从128.0.0.0到191.255.255.255。可用的B类网络有16382个,每个网络能容纳6万多个主机。以子网掩码来进行区别:255.255.0.0。
    C类地址:范围从192-223,如192.168.1.1。范围从192.0.0.0到223.255.255.255。C类网络可达209万余个,每个网络能容纳254个主机。以子网掩码来进行区别:255.255.255.0。
    D类地址:范围从224-239,它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络,目前这一类地址被用在多点广播(Multicast)中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机,它标识共享同一协议的一组计算机。
    E类地址:范围从240-254,为将来使用保留。 全零(“0.0.0.0”)地址对应于当前主机。全“1”的IP地址(“255.255.255.255”)是当前子网的广播地址。
    2.各地址介绍
    1)私有地址
    上面提到IP地址在全世界范围内唯一,看到这句话你可能有这样的疑问,像192.168.0.1这样的地址在许多地方都能看到,并不唯一,这是为 何?Internet管理委员会规定如下地址段为私有地址,私有地址可以自己组网时用,但不能在Internet网上用,Internet网没有这些地址 的路由,有这些地址的计算机要上网必须转换成为合法的IP地址,也称为公网地址,这就像有很多的世界公园,每个公园内都可命名相同的大街,如香榭丽舍大 街,但对外我们只能看到公园的地址和真正的香榭丽舍大街。下面是A、B、C类网络中的私有地址段。你自己组网时就可以用这些地址了。

    10.0.0.0~10.255.255.255
    
    172.16.0.0~172.131.255.255
    
    192.168.0.0~192.168.255.255
    

    2)回送地址
    A类网络地址127是一个保留地址,用于网络软件测试以及本地机进程间通信,叫做回送地址(loopback address)。无论什么程序,一旦使用回送地址发送数据,协议软件立即返回之,不进行任何网络传输。含网络号127的分组不能出现在任何网络上。
    3)广播地址

    TCP/IP规定,主机号全为"1"的网络地址用于广播之用,叫做广播地址。所谓广播,指同时向同一子网所有主机发送报文。
    

    4)网络地址
    TCP/IP协议规定,各位全为”0”的网络号被解释成”本”网络。由上可以看出:一、含网络号127的分组不能出现在任何网络上;二、主机和网关不能为该地址广播任何寻径信息。由以上规定可以看出,主机号全”0”全”1”的地址在TCP/IP协议中有特殊含义,一般不能用作一台主机的有效地址。
    3、子网掩码
    知乎上看到一段对子网掩码解释的很好的一段:只有在一个网络号下的计算机之间才能”直接”互通,不同网络号的计算机要通过网关(Gateway)才能互通。但这样的划分在某些情况下显得并不十分灵活。为此IP网络还允许划分成更小的网络,称为子网(Subnet),这样就产生了子网掩码。子网掩码的作用就是用来判断任意两个IP地址是否属于同一子网络,这时只有在同一子网的计算机才能”直接”互通。要将一个网络划分为多个子网,因此网络号将要占用原来的主机位,如对于一个C类地址,它用21位来标识网络号,要将其划分为2个子网则需要占用1位原来的主机标识位。此时网络号位变为22位,主机标示变为7位。同理借用2个主机位则可以将一个C类网络划分为4个子网……那计算机是怎样才知道这一网络是否划分了子网呢?这就可以从子网掩码中看出。子网掩码和IP地址一样有32bit,确定子网掩码的方法是其与IP地址中标识网络号的所有对应位都用”1”,而与主机号对应的位是”0”。
    总结一点:子网掩码的作用是划分网段地址与主机地址。子网掩码的作用是划分网段地址与主机地址。子网掩码挡住了网段地址,只露出主机地址(255对应的二进制数是11111111)。如果把子网掩码与IP地址做逻辑与运算,得到的结果恰好就是网段地址。路由器就是这么工作的。这是为什么叫掩码。

    参考文章:
    https://www.zhihu.com/question/21064101
    http://blog.csdn.net/zhangboyj/article/details/6219237
    http://www.cnblogs.com/li-hao/archive/2012/04/06/2434563.html

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  • IP地址结构

    万次阅读 多人点赞 2018-05-16 23:55:29
    分类寻址(网络号+主机号) 在最初定义Internet地址结构时,每个单播IP地址都有一个网络部分,用于识别接口使用IP地址在哪个网络中可被发现;以及一个主机地址,用于识别由网络部分给出的网络中的特定主机。因此,...

    分类寻址(网络号+主机号)

    在最初定义Internet地址结构时,每个单播IP地址都有一个网络部分,用于识别接口使用的IP地址在哪个网络中可被发现;以及一个主机地址,用于识别由网络部分给出的网络中的特定主机。因此,地址中的一些连续位称为网络号,其余连续位称为主机号。

    基于上述分类方法,IPv4地址按照网络号和主机号的长度被分为五大类。A、B、C类用于为Internet(单播地址)中的设备接口分配地址,以及其他特殊情况下使用。类由地址中的头几位来定义:0为A类,10为B类,110为C类,1110为D类,1111为E类。D类地址供组播使用,E类地址保留。分类如下图所示:


    由此可得出按此分类方式得到的IPv4地址空间划分:


    上述地址空间划分只是理论上的,而实际上有几个地址通常不作为单播地址使用,特别是地址块中的第一个和最后一个地址通常不使用。
    这种IP地址结构分类的特点与缺陷是显而易见的,例如A类地址的网络数少但主机数多,C类地址的网络数多而主机数少,这往往会造成一个网络号内的主机号无法完全分配,造成IP地址资源的利用率低下的问题。从而使IPv4的地址资源很快就出现了枯竭的趋势,寻找进一步细分IP地址的方法也就成为了必然。

    子网寻址(细分主机号)

    最初分类寻址的方法很难为接入Internet的新网段分配一个新的网络号,随着20世纪80年代初局域网(Local Area Network,LAN)的发展这一问题更为突出。为了解决这一问题,人们自然想到一种方式,在一个站点接入Internet后为其分配网络号,然后由站点管理员进一步划分本地的子网数。也即在初始的网络号+主机号的结构的基础上,将主机号划分为子网号+主机号,这样就可以在不改变核心路由基础的前提下细分网络。这种方法被称为子网寻址。
    子网寻址改变了最初一个IP地址的网络部分和主机部分的限制,但这样做只是针对一个站点自身而言,Internet的其余部分仍然只能看到传统的A~E的网络。从本质上来说,子网寻址为IP地址结构增加了一个额外部分,但它没有为地址增加长度。因此,一个站点管理员能在子网数和每个子网中预期的主机数之间灵活划分,不需要与其他站点协调。
    子网寻址提供这种灵活性的代价是增加成本。由于当前的子网字段和主机字段是由站点指定而不是由网络号分类决定,一个站点中所有路由器和主机需要一种新的方式来确定地址中的子网部分和其中的主机部分。在出现子网之前,这个信息可直接从一个网络号中获得,只需知道是A类、B类或C类地址。

    子网掩码

    子网掩码(subnet mask)是由一台主机或路由器使用的分配位,以确定如何从一台主机对应IP地址中获得网络和子网信息。IP子网掩码与对应的IP地址长度相同(IPv4为32位,IPv6为128位)。其格式如下:


    掩码由路由器和主机使用,以确定一个IP地址的网络/子网部分的结束和主机部分的开始。子网掩码中的一位设为1表示一个IP地址的对应位与一个地址的网络/子网部分的对应位相结合,并将结果作为转发数据报的基础。相反,子网掩码中的一位设为0表示一个IP地址的对应位作为主机号的一部分。如图所示


    一个IP地址与一个子网掩码按位与后就形成了用于路由的地址的网络/子网标识符(前缀),这是边界路由器需要的信息,以确定子网。Internet路由系统其余部分不需要识别子网掩码,因为站点之外的路由器做出路由决策只基于地址的网络号部分,并不需要网络/子网或主机部分。因此,子网掩码纯粹是站点内部的局部问题。

    可变长度子网掩码

    子网掩码的出现让网络划分的细粒度更高,提高了IP地址资源的利用率。将一个分配给站点的网络号进一步细分为多个可分配大小相同的子网,并根据网络管理员的合理要求使每个子网能支持相同数量的主机。这种方式在复杂的网络环境中,其IP地址资源还是会有不小的浪费。因此我们自然想到了放宽一个网络的子网掩码的限制,让其长度可变,即在同一站点的不同部分,将不同长度的子网掩码应用于相同网络号。虽然这样增加了地址配置管理的复杂性,但也提高了子网结构的灵活性,因为不同子网可以容纳不同数量的主机。这就是可变长度子网掩码(Variable Length Subnet Mask,VLSM),用于分割一个网络号,使每个子网支持不同数量的主机。VLSM可对子网进行层次化编址,使得多级子网成为可能,这种高级IP寻址技术允许网络管理员对已子网进行划分,以便最有效地利用现有的地址空间。


    无类别域间路由和路由聚合

    20世纪90年代初,在采用子网寻址缓解IPv4地址资源面临枯竭的危机后,Internet开始面临更严重的规模问题。主要体现在以下三个方面:
    ·到1994年,一半以上的B类地址已被分配。预计B类地址大约在1995年将被用尽
    ·32位的IPv4地址被认为不足以应付Internet在21世纪初的预期规模
    ·全球性路由表的条目数(每个网络号对应一条)随着子网的出现增长得更快,路由性能将受到影响
    IPv6被设想于解决第2个问题,而对于更为迫切的另外两个问题,无类别域间路由和路由聚合的概念应运而生。

    无类别域间路由

    为了帮助换件IPv4地址的压力,分类寻址方案通常使用一个类似VLSM的方案,扩展Internet路由系统以支持无类别域间路由(Classless InterDomain Routing,CIDR)。CIDR对原来用于分配A类、B类和C类地址的有类别路由选择进程进行了重新构建。CIDR用若干位长的前缀取代了原来IP地址结构中对网络部分的限制,这提供了一种方便的分配连续地址范围的方式。

    前缀

    使用CIDR,未经过预定义的任何地址范围可作为一个类的一部分,但需要一个类似于子网掩码的掩码,有时也称为CIDR掩码。CIDR掩码不再局限于一个站点,而对于全球性路由系统都是可见的。因此,除了网络号之外,核心Internet路由器必须能解释和处理这种掩码。这个数字组合称为网络前缀,它用于IPv4和IPv6地址管理。

    消除一个IP地址中网络号和主机号的预定义分隔,将使更细粒度的IP地址分配范围称为可能。与分类寻址类似,地址空间分割成块最容易通过数值连续的地址来实现,以便用于某种类型或某些特殊用途。一个n位的前缀是一个IP地址的前n个位的预定义值。对于IPv4,n(前缀长度)的值通常在范围0~32,对于IPv6则是0~128。它通常被追加到基本IP地址,并且后面跟着一个/字符。如图所示:


    采用前缀概念的另一个原因是,早期的分类寻址方案易于被这个方案覆盖。
    CIDR建立于“超级组网”的基础上,超级组网可看作是子网划分的逆过程。子网划分时,从IP地址的主机部分借位,将其合并至网络部分;而在超级组网中,则是将网络部分的某些位合并进主机部分。

    路由聚合

    通过取消分类结构的IP地址,能分配各种尺寸的IP地址块。但这样做只是进一步提高了IP地址的划分细粒度,而并没有减少路由表的条目数。路由聚合通过将相邻的多个IP前缀合并成一个短前缀(称为一个聚合或汇聚),可以覆盖更多地址空间。

    例如,三个IP地址:190.154.27.0/26,190.154.27.64/26,190.154.27.192/26,其二进制表示如下:


    190.154.27.0/26和190.15427.64/26的26位前缀中只有最后一位不同,因此这两个IP地址可以聚合为190.154.27.0/25。
    路由汇聚提高了路由选择的效率,降低了对路由器内存的要求(路由表条目数减少),且当重新计算路由表或检索路由表条目,即对路由表进行分析以找出前往目标IP地址的路径时,降低了所需的CPU周期(也就是时间)。

    IP地址从最初的分类寻址方式逐渐改进,增加了子网掩码,再到对有类别的路由进行重新构建,放弃了早期的有类别路由,改用无类别域间路由,都是为了更有效地利用IP地址资源。这些技术虽然大部分是为了应对IPv4地址资源不足而提出的,但对于IPv6也同样适用。这一系列技术使得IPv4的生存时间延长,但其32位的地址空间只能分配约43亿个IP地址,随着物联网等概念的兴起,接入Internet的设备将不仅仅只局限于传统意义上的计算机,且数量将大幅增加。因此IPv6的提出才是从根本上解决IP地址资源短缺的方案。

    本文摘自《TCP/IP详解 卷1:协议(中文版)第2版》、百度百科,有改动

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