#IP地址及編碼方式

我們一開始必須要了解清楚，IP地址就是給因特網的每一個主機（或路由器）的每一個接口分配一個在全世界范圍內唯一的32位標識符。有了這個唯一的標識符，我們才可能在因特網上進行方便的尋址。我們一般都是將32位的IP地址中的每8位，用等效的十位數進行替換，方便我們閱讀。舉個例子：

    
      32位：10000000 00001011 00000011 00011111
我們一般用點分十進制表示：128.11.3.31
    
  

IP地址的編址方式經過了3個階段：

1. 分類編址 。這是最基本的編址方式。
   
2. 劃分子網 。對分類編址的改進
   
3. 無分類編址 。這是目前正在使用的編址方式。

接下來我們一一看看這三種編址方式：

分類編址

分類編址的地址，是由兩個固定長度的字段組成。一個字段是 網絡號（net-id） ，它是標志主機所連網絡。另一個字段是 主機號（host-id） ，它標志的是該主機，并且主機號必須在網絡號的網絡范圍內是唯一的。這樣子，一個IP地址在整個因特網范圍內便是唯一的。

分類編址：IP地址定義為：{<網絡號>, <主機號>}

這樣子的編址方式有以下幾種好處：

• 分配IP地址的機構僅僅需要分配網絡號即可，主機號自行分配。
  
• 路由器僅僅根據主機的網絡號進行分組轉發，這樣子路由表里的內容會大大減少，提升了路由尋址的效率。

但是有一個問題就是，32位的IP地址，我們需要多少位的網絡號和多少位的主機號呢？分類編址的方案，設計了幾種方案，我們看看最常用的三種單播地址。

• A類地址：網絡號占1個字節，且網絡號第一位是0，相應主機號占3個字節。
  
• B類地址：網絡號占2個字節，且網絡號前兩位是10，相應主機號占2個字節。
  
• C類地址：網絡號占3個字節，且網絡號前三位是110，相應主機號占1個字節。
  
• D、E這兩種地址咱不討論

通過這樣分類編址，當我們得到一個IP地址時，我們可以通過前幾位就判斷地址類別并計算出網絡號和主機號。

劃分子網

分類編址看起來很美好，但是實際上它考慮并不周全。在實際應用中，中小型規模的網絡開始爆發，這樣導致了一個問題十分明顯。1個C類地址空間占一個字節也就是能容納256個主機，其中還有兩個是用于特殊目的。對于一個組織來說，254臺主機，真的太不夠用了。所以只能申請B類地址，也就是占2個字節，65536臺主機。這樣的結果導致大量的IP地址被浪費，很快就會面臨分配完的危險。

為了解決這個問題，提出了分類子網的解決方案。也就是說，我們讓幾個中小規模的組織使用同一個A或B類地址的網絡號，然后再通過 子網號（subnet-id） 來區分是否在同一條鏈路上。子網號是不定長的，對應的主機號就減少子網號所占的位數。

劃分子網：IP地址定義為：{<網絡號>, <子網號>, <主機號>}

劃分子網的編址方式，通過將A、B類地址空間劃分給多個組織使用，大大減少了對A、B類地址空間的浪費。

無分類編址

劃分子網在一度程度上，大大緩解了空間浪費問題。但是C類地址因為空間太小，得不到充分利用，也是非常大的浪費。后來IETF就提出了 無分類編址（CIDR） 方法來解決IP緊張的問題。

CIDR消除了傳統的A、B、C類地址以及劃分子網的概念。IP地址分成兩個部分，前部分是不定長的 網絡前綴（network-prefix） ，代替分類編址中的“網絡號”來指明網絡，后面仍舊是主機號，指明主機號。

無分類編址：IP地址定義為：{<網絡前綴>, <主機號>}

是不是感覺又回到了分類編址的兩級結構，不過它們非常重要的區別就是網絡前綴是不定長的。這樣一個IP地址并不能確定網絡前綴和主機，所以需要配合一個32位的 地址掩碼（address mask） 。地址掩碼是由一串1和跟著后面的0組成的，而且1的長度就是網絡前綴的長度。還可以通過 斜線記法（slash notation） ，來表示網絡前綴1的長度，例如 /20 代表地址掩碼有20個1。

• A類地址的默認地址掩碼是 255.0.0.0
  
• B類地址的默認地址掩碼是 255.255.0.0
  
• C類地址的默認地址掩碼是 255.255.255.0 。

IP地址與地址掩碼的計算

接下來，就是看一下IP地址如何配合地址掩碼來實現唯一的標識。只要把地址掩碼和IP地址進行逐位的“與”運算，就可以得到它的網絡地址（主機號全為0）。我們直接舉個例子看看通過IP地址如何得到網絡地址的。

    
      已知：
	IP地址：141.14.72.24（141.14.01001000.24）
	地址掩碼：255.255.192.0（255.255.11000000.0）
	或者用斜線記法：141.14.72.24/18
思路：
	將IP地址與網絡掩碼都轉化成二進制后進行“與”運算，這里有個技巧就是，全為1和全為0都是不需要轉化運算的。所以在這個題目里，我們僅僅需要將第三個字節進行轉化后運算，得到主機號為0的網絡號。
計算得：
	網絡地址：141.14.64.0（141.14.01000000.0）
    
  

技巧提示在例子中也講了，但這里要強調一點就是，同一個IP地址與不同的地址掩碼是可以得到相同的網絡號的。雖然網絡號一樣，但是不同的地址掩碼所代表的主機空間也是不一樣的。所以主機在進行網絡配置的時候， 不僅需要配置主機的IP地址，還需要配置所在網絡的地址掩碼 。

CIDR地址塊

網絡前綴不僅僅只是用來表示某個網絡的網絡地址，它還可以表示連續的IP地址塊，所以它不再沿用“網絡號”這個說法。CIDR把 網絡前綴都相同 的連續IP地址組成“CIDR地址塊”。我們只要知道了CIDR地址塊的任意一個地址，就可以知道地址塊的最小和最大地址，以及地址數。舉個例子：

    
      已知：
	IP地址：128.14.35.7/20
思路：
	我們從這里可以得到前20位是網絡前綴，所以后12位便是主機號。所以我們讓主機號都為0，則是最小地址。主機號都為1，就是最大地址。而地址數就是2的12次方。
計算：
	最小地址：128.13.32.0
	最大地址：128.13.47.255
	地址數：4096個
    
  

我們使用CIDR可以更有效的分配IPv4的地址空間，可以根據需求分配適當大小的CIDR地址塊，擁有之前幾種方法所不具備的靈活性。

計算機網絡復習總結之網絡層（二）