第4章 IP地址与子网划分

IP地址介绍 IP地址又称逻辑地址，三层地址，其作用是在网络中标识主机（或接入网络的设备接口）

IPV4的基本特征：

1)32bit 二进制，点分十进制的表达方式

2）为实现其标识的作用，并提供高效的寻址，IP地址提供层次化地址结构，任何一个IP地址，其32个地址位可分为两部分，分别是用于标识网段的网络位和用于标识网络中主机的主机位，也可以说是形成二层地址结构：IP：{网络位，主机位}

本地通信与远程通信：

IP能够标识网络中的设备，对于计算机网络通信，如果源与目的IP在同一个网段，就是本地通信，反之，为远程通信，远程通信时，就必须通过网关。

网关：网关就是计算机给其他网段的计算机发送数据包的出口，也就是路由器（或三层设备）接口的地址。

思考？网段如何确定？——由网络地址，任何一个IP地址所在的网段，即为保留其网络位，主机位置0，即为该网段的网络地址，其核心是网络位。

IP地址的分配方式

网络中任何一台设备都需要IP地址标识，那么一台主机如何获取一个IP地址呢？

静态分配 由网络管理员根据网络的规划、分布，为设备分配IP资源，包括IP，子网掩码、默认网关及DNS信息 动态获取 由预先所配置的DHCP服务器提供动态的IP资源的分配。 IP的子网掩码 网络掩码（Subnet Mask）又叫子网掩码，它是一种用来指明一个IP地址的哪些位是网络部分、哪些位是主机部分的方法。

1）基本特征

32bit的二进制，也采用点分十进制表示法。

2） 作用

确定IP的所在网段，即网络地址

3） 用法

IP地址与其子网掩码进行逐位的“与”运算，其结果即为该IP所在网络的网络地址。

4 ）子网掩码的表示方法

点分十进制计数法，其中网络位置1，主机位置0。 斜线记法 如IP/n , 表示此IP地址中，前n为网络位。 IP地址的分类 1）分类的IP

最初设计互联网络时，Internet委员会定义了5种IP地址类型以适合不同容量的网络。

最初是使用IP地址第1部分进行标识的。也就是说只要看到IP地址的第1部分就知道该地址的网络掩码。通过这种方式将IP地址分成了A类、B类、C类、D类和E类这5类。

了解分类IP地址的分类方法及用途

A类 B类 C类 D类 E类

其中A、B、C三类可分给用户来标识网络中的设备，D类用于组播，E类保留用于实验。

每一类别可提供的IP地址数量不同，由其主机位决定，如地址中有n位主机位，则可提供的IP数量是2^{n,但实际可用的，即可分给用户使用的为2}n-2 个，因为主机位全0的要作为网络地址，主机位全1的要作为网络的广播地址。

2）特殊的IP地址

网络地址，主机ID全为0的地址：指某个网段的标识。

广播地址，

直接广播地址：主机ID全为1的地址：特指该网段的全部主机

受限广播地址：255.255.255.255，用来将一个分组以广播方式发送给本网的所有主机，路由器则阻挡该分组通过

回送地址，127.0.0.1，指本地机，一般用来测试使用。实际上，A类地址中127.0。0.0-127.255.255.255都是回送地址。

链路本地地址 169.254.0.0-169.254.255.255，当无法获取IP地址时自动配置成“IP地址”

0.0.0.0 当网络中出现地址冲突，使用ipconfig命令看到的就是0.0.0.0，网络掩码也是0.0.0.0。(在路由中，也表示默认路由）

思考？ 网络中IP地址冲突是如何引发的，如果现实中遇到这样的问题，又如何解决？

3）公网与私网IP

公网IP：在Internet上的计算机使用的IP地址是全球统一规划的，称为公网地址。

私网IP：在企业、学校等内网通常使用保留的私网地址。

1）为什么设置私网IP？

因为IPV4的地址数量不足，同时在最初分类IP设计中的缺陷，导致在网络不断发展中，IP地址匮乏严重。于是，提出了私网IP，即保留一部分IP作为私网IP，这些IP可以再内网中使用，不同内网都可以使用这些IP（即复用，只要一个内网中地址互相区别，不同内网可复用），则无形中仿佛增加了IP数量。

2）哪些是私网IP地址

A类：10.0.0.0-10.255.255.255，掩码 255.0.0.0； B类：172.16.0.0-172.31.255.255，掩码 255.255.0.0； C类：192.168.0.0-192.168.255.255，掩码 255.255.255.0 3）如果内网使用私网IP标识主机，这些主机如何访问Internet？

对于私网地址，由于不同内网中复用，因为不能在Internet访问中使用，否则会引发冲突。那如何解决该问题，即NAT技术（Network Address Translator），其作用是将私网IP转换为公网IP，当然提供有多种NAT技术。

子网划分 1）什么是子网？

子网（subnet），将一个大的网络划分成几个较小的网络，每一个网络都有其自己的子网地址；

2. 为什么进行子网划分？

IP地址的有效利用率问题 路由器的工作效率问题 通过在子网中包含广播流量来控制流量 减少整体网络流量并提高网络性能 3）如何进行子网划分？

基本思路：

子网划分是在分类的IP基础上提出的，对于分类IP其网络位已确定，想进一步进行子网划分，则考虑借用主机位作为子网位，从而形成三层地址结构，即网络位，子网位，主机位，利用网络位与子网位共同来标识网段。

借位规则：

1 从高位向低位依次连续借位

2 至少主机位留2位，因为主机位全0和主机位全1的IP地址需保留

3 借位与什么相关？

     1） 需要划分的子网数量；

2） 子网中主机的数量

如何把所划分的子网表达出来，即标识子网网段？

子网掩码：子网掩码与IP地址进行与运算其结果即为网络地址，将掩码进行扩展，网络位与子网位置1，主机位置0.

A类地址默认子网掩码：255.0.0.0

B类地址默认子网掩码：255.255.0.0

C类地址默认子网掩码：255.255.255.0

子网划分方法：

等长子网划分 等长子网划分就是将一个网段等分成多个网段，也就是等分成多个子网。

子网划分就是借用现有网段的主机位做子网位，划分出多个子网。子网划分的任务包括两部分：

1)确定网络掩码的长度。

2）确定子网中第一个可用的IP地址和最后一个可用的IP地址。

2 可变长子网划分VLSM

现实中，不同子网的主机数量不同，等长子网划分比较简单，但是地址存在浪费，基于不同子网的IP需求，对于不同子网采用不同的子网长度。

基本步骤：

1）首先，根据子网中最大的IP需求量，先对网络划分子网。

2）然后，再根据具体情况，将子网进一步划分子网。

3）根据需要重复此过程，以创建不同大小的子网。

子网合并 把多个网络（子网）的网络位当做主机位，将多个网络（子网）合并成一个大的网络（子网），其目标可对于路由表中的项目进行合并，增加路由效率。

如何合并？什么样的能合并？

核心：相同前缀，连续地址

路由匹配：最长前缀匹配 （思考？认真体会一下这一点） ​