第一章 IPv4
Internet中有数百万台以上的主机和路由器，IP 地址可以确切地标识它们。- 一台主机至少拥有一-个IP地址。任何两台主机的IP地址不能相同，但是允许一台主机拥有多个IP地址。如果一台计算机虽然也连入Internet, 使用Internet 的某些功能，但它没有自己的IP地址，就不能称为主机。它只能通过连接某台具有IP地址的主机实现这些功能的，因此只能作为上述主机的仿真终端，其作用如同该主机的普通终端一样，而不论其自身的功能有多强。
IP地址的划分经过了三个阶段:分类的IP地址;子网的划分;构成超网。
1， IP概述
| 2)分类IP地址结构 |
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| 分类 |  |
| A类 | 一个A类IP地址由1字节的网络地址和3个字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”。A类IP的地址第一个字段范围是0~127，但是全0和全1的用作特殊用途，实际可指派的第一个字段范围是1~126。 A类地址范围：0.0.0.0到127.255.255.255，数字段0则表示该地址是本地宿主机，不能传送，数字127保留给内部回送函数，但是0和127属于A类地址，所以，A类地址最多只有126个地址段。 126个网络地址A类地址默认掩码是255.0.0.0，每个网络中，主机地址共24个0,表示该网段有2的24次方个IP,1600万多个。 私有号段：10.0.0.0---10.255.255.255 前1个字节(8位)为网络号，后3个字节(24位)为主机号。 一个A类网络可提供的主机地址为16777214个，也就是2^24-2个【全0表示“本主机”所连接到的单个网络地址，而全1表示“所有”，即该网络上所有主机】。 IP地址空间共有2^32个，整个A类地址共有2^31个，占整个IP地址空间的50%。 A类地址适用于有大量主机（个人用户）而局域网络个数较少的大型网络。如，IBM公司的网络。 |
| B类 | 从 128.0.0.0 到 191.255.255.255 的单址广播 IP 地址。前两个八位二进制指明网络，后两个八位二进制指明网络上的主机。 B类地址的私有地址和保留地址
B类地址默认子网掩码为255.255.0.0； 65535个网络，每个网络16384个主机地址。
B类地址理论上允许有2^14=16384个网段，每个网段理论上允许有2^16-2=65534台主机。 |
| C类 | 在IP地址的4段号码中，前3段号码为网络号码，剩下的1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。 范围C类IP地址包含私有C类地址，192.0.0.0~223.255.255.255。C类地址分配给小型网络，如一般的局域网和校园网，它可连接的主机数量是最少的，采用把所属的用户分为若干的网段进行管理。 C 类网络可达 209 万余个，每个网络能容纳 254 个主机。 C类地址默认子网掩码为255.255.255.0。 私有地址包括3组，其中C类IP的私有地址范围：192.168.0.0~192.168.255.255。 |
| D类 | 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。 它并不指向特定的网络，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 | 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。 E类地址范围：240.0.0.0 - 255.255.255.255。 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。 |
| 私有地址 | 私有地址就是在A、B、 C三类IP地址中保留下来为企业内部网络分配地址时所使用的IP地址。
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| 特殊IP地址 |
2、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。 3、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。 4、169.254.0.0：169.254.0.0-169.254.255.255实际上是自动私有IP地址。 5、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。 |
IP子网划分 | 假设IP地址为192.160.4.1，子网掩码为255.255.255.0，则网络ID为192.160.4.0,主机ID为0.0.0.1。 计算机网络ID的不同，则说明他们不在同一个物理子网内，需通过路由器转发才能进行数据交换。 每类地址具有默认的子网掩码:对于A类为255.0.0.0，对于B类为255.255.0.0，对于C类为255.255.255.0。 除了使用上述的表示方法之外，还有使用子网掩码中"1"的位数来表示的，在默认情况下，A类地址为8位，B类地址为16位，C类地址为24位。例如， A类的某个地址为12.10.10.3/8，这里的最后一个"8"说明该地址的子网掩码为8位， 而199.42.26.0/28表示网络199.42.26.0的子网掩码位数有28位； 如果希望在一个网络中建立子网，就要在这个默认的子网掩码中加入一些位，它减少了用于主机地址的位数。加入到掩码中的位数决定了可以配置的子网。因而，在一个划分了子网的网络中，每个地址包含一个网络地址、一个子网位数和一个主机地址。 |
| 子网示例 | C类地址例子：网络地址192.168.10.0;子网掩码255.255.255.192(/26） C类地址网络号24位：26位掩码，则子网用2位；剩下6位用于主机；2的6次方64，去掉全0和全1； 1、子网数=2*2=4 2、主机数=2^ 6-2=62 3、有效子网号:block size=256-192=64
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2. VLSM变长子网掩码 和CIDR无分类域间路由选择
1987年，RFC1009指明在一个划分子网的网络中可同时使用几个不同的子网掩码。使用变长子网掩码( Variable Length Subnet Mask, VLSM)可进一步提高IP地址资源的利用率。
在VLSM的基础上又进一步研究出无分类编址方法，正式名字是无分类域间路由选择(Classless Inter-Domain Routing，CIDR )。
CIDR常采用如128.14.32.0/20 的表示方法，即在IP地址后面加上-一个斜线“/”,然后写上网络前缀所占的比特数。并隐含地指出IP 地址128.14.32.0 的掩码是255.255.240.0.
CIDR虽然不再使用子网了，但仍然使用“掩码”这- -名词( 但不叫子网掩码)。
CIDR将网络前缀都相同的连续的IP 地址组成“CIDR地址块”。即一个CIDR地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，它使得路由表中的项目大大减少。
另外IP地址还分为全球地址和专用地址。RFC 1918指明的专用地址是:
●10.0.0.0~10.255.255.255 (或记为10/8)
●172.16.0.0~ 172.31.255.255 (或记为172.16/2)
●192.168.0.0~192.168.255.255 (或记为192.168/16)
3. IP地址规划方法
一、IP地址规划的基本步骤：
（1）判断用户对网络以及主机数的需求；
（2）计算满足用户需要的基本网络地址结构；
（3）计算地址掩码；
（4）计算网络网络地址；
（5）计算网络广播地址；
（6）计算网络的主机地址；
二、地址规划的基本方法：
1.步骤一：判断用户对网络以及主机数的需求；
（1）网络中最多可能使用的子网数量N(net);
（2）网络中最大网段已知的和可能扩展的主机数量N(host)。
2.步骤二：计算满足用户需求的基本网络地址结构参数；
（1）选择子网号（subnet ID）字段的长度值X，要求： N(net)≤2^X。
例如子网数量N(net)为10，那么选择subnet ID字段的长度值X=4.
（2）选择主机号（host ID）字段的长度值Y，要求：N(host)≤2^Y。
例如子网主机数量N(host)为12，那么选择host ID字段的长度值Y=4。在此步骤值得注意的是：由于主机号(host IP)字段全部为0表示该网络的网络号（net ID），全部为1表示该网络的广播地址，因此在考虑Y值时，还要将这两个特殊地质剔除后看是否还符合要求。
（3）根据X+Y的值确定需要申请哪一类IP地址；
因为在子网的划分中，X+Y的值表示出网络号和主机号的长度和，例如上面例子中的X+Y=8，因此一个C类地址就可以满足网络规划的需求。如果超过8位，则需要申请2个C类地址或者申请一个B类地址。
3.步骤三：计算地址掩码；
根据地址掩码的定义，没有划分子网的网络地址掩码都是固定的：A类：255.0.0.0；B类：255.255.0.0；C类：255.255.255.0。
划分子网之后的地址掩码是将一个标准的32位IP地址中高于主机位（host ID）的高位全部置1即可，（以上面为例：Y=4）也就是需要将标准的IP地址的第四个8位中的高4位置1，将其化为十进制表示为：128+64+32+16=240。那么该地址的掩码是：255.255.255.240。
4.步骤四：计算网络地址
由于地址设计时主机号长度为Y=4，那么每一个子网中最多有（16-2=14）个主机，也就是说相邻子网的主机地址的增量为16.例如，我们现在有一个C类地址192.168.1.0，Y=4，那么划分子网后的第一个网络号为：192.168.1.0，那么第二个网络号为：192.168.1.16，第三个网络号为：192.168.1.32,以此类推。
需要注意的是，一般来说第一个地址和最后一个地址（即192.168.1.0和192.168.1.240）不能使用。
5.步骤五：计算网络广播地址
主机号全部置1就是广播地址。同时，我们也可以总结出另一个简单的规律：一个网络号的广播号地址是比下一个子网地址号小1的地址。
6.步骤六：计算网络的主机地址
剔除网络地址和广播地址之外的网络地址都是主机可以使用的IP地址。
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