计算机网络复习总结之网络层（二）
IP地址及编码方式
我们一开始必须要了解清楚，IP地址就是给因特网的每一个主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围内唯一的32位标识符。有了这个唯一的标识符，我们才可能在因特网上进行方便的寻址。我们一般都是将32位的IP地址中的每8位，用等效的十位数进行替换，方便我们阅读。举个例子：
32位：10000000 00001011 00000011 00011111
我们一般用点分十进制表示：128.11.3.31
IP地址的编址方式经过了3个阶段：
- 分类编址。这是最基本的编址方式。
- 划分子网。对分类编址的改进
- 无分类编址。这是目前正在使用的编址方式。
接下来我们一一看看这三种编址方式：
分类编址
分类编址的地址，是由两个固定长度的字段组成。一个字段是网络号（net-id），它是标志主机所连网络。另一个字段是主机号（host-id），它标志的是该主机，并且主机号必须在网络号的网络范围内是唯一的。这样子，一个IP地址在整个因特网范围内便是唯一的。
分类编址：IP地址定义为：{<网络号>, <主机号>}
这样子的编址方式有以下几种好处：
- 分配IP地址的机构仅仅需要分配网络号即可，主机号自行分配。
- 路由器仅仅根据主机的网络号进行分组转发，这样子路由表里的内容会大大减少，提升了路由寻址的效率。
但是有一个问题就是，32位的IP地址，我们需要多少位的网络号和多少位的主机号呢？分类编址的方案，设计了几种方案，我们看看最常用的三种单播地址。
- A类地址：网络号占1个字节，且网络号第一位是0，相应主机号占3个字节。
- B类地址：网络号占2个字节，且网络号前两位是10，相应主机号占2个字节。
- C类地址：网络号占3个字节，且网络号前三位是110，相应主机号占1个字节。
- D、E这两种地址咱不讨论
通过这样分类编址，当我们得到一个IP地址时，我们可以通过前几位就判断地址类别并计算出网络号和主机号。
划分子网
分类编址看起来很美好，但是实际上它考虑并不周全。在实际应用中，中小型规模的网络开始爆发，这样导致了一个问题十分明显。1个C类地址空间占一个字节也就是能容纳256个主机，其中还有两个是用于特殊目的。对于一个组织来说，254台主机，真的太不够用了。所以只能申请B类地址，也就是占2个字节，65536台主机。这样的结果导致大量的IP地址被浪费，很快就会面临分配完的危险。
为了解决这个问题，提出了分类子网的解决方案。也就是说，我们让几个中小规模的组织使用同一个A或B类地址的网络号，然后再通过子网号（subnet-id）来区分是否在同一条链路上。子网号是不定长的，对应的主机号就减少子网号所占的位数。
划分子网：IP地址定义为：{<网络号>, <子网号>, <主机号>}
划分子网的编址方式，通过将A、B类地址空间划分给多个组织使用，大大减少了对A、B类地址空间的浪费。
无分类编址
划分子网在一度程度上，大大缓解了空间浪费问题。但是C类地址因为空间太小，得不到充分利用，也是非常大的浪费。后来IETF就提出了无分类编址（CIDR）方法来解决IP紧张的问题。
CIDR消除了传统的A、B、C类地址以及划分子网的概念。IP地址分成两个部分，前部分是不定长的网络前缀（network-prefix），代替分类编址中的“网络号”来指明网络，后面仍旧是主机号，指明主机号。
无分类编址：IP地址定义为：{<网络前缀>, <主机号>}
是不是感觉又回到了分类编址的两级结构，不过它们非常重要的区别就是网络前缀是不定长的。这样一个IP地址并不能确定网络前缀和主机，所以需要配合一个32位的地址掩码（address mask）。地址掩码是由一串1和跟着后面的0组成的，而且1的长度就是网络前缀的长度。还可以通过斜线记法（slash notation），来表示网络前缀1的长度，例如/20代表地址掩码有20个1。
- A类地址的默认地址掩码是
255.0.0.0 - B类地址的默认地址掩码是
255.255.0.0 - C类地址的默认地址掩码是
255.255.255.0。
IP地址与地址掩码的计算
接下来，就是看一下IP地址如何配合地址掩码来实现唯一的标识。只要把地址掩码和IP地址进行逐位的“与”运算，就可以得到它的网络地址（主机号全为0）。我们直接举个例子看看通过IP地址如何得到网络地址的。
已知：
IP地址：141.14.72.24（141.14.01001000.24）
地址掩码：255.255.192.0（255.255.11000000.0）
或者用斜线记法：141.14.72.24/18
思路：
将IP地址与网络掩码都转化成二进制后进行“与”运算，这里有个技巧就是，全为1和全为0都是不需要转化运算的。所以在这个题目里，我们仅仅需要将第三个字节进行转化后运算，得到主机号为0的网络号。
计算得：
网络地址：141.14.64.0（141.14.01000000.0）
技巧提示在例子中也讲了，但这里要强调一点就是，同一个IP地址与不同的地址掩码是可以得到相同的网络号的。虽然网络号一样，但是不同的地址掩码所代表的主机空间也是不一样的。所以主机在进行网络配置的时候，不仅需要配置主机的IP地址，还需要配置所在网络的地址掩码。
CIDR地址块
网络前缀不仅仅只是用来表示某个网络的网络地址，它还可以表示连续的IP地址块，所以它不再沿用“网络号”这个说法。CIDR把网络前缀都相同的连续IP地址组成“CIDR地址块”。我们只要知道了CIDR地址块的任意一个地址，就可以知道地址块的最小和最大地址，以及地址数。举个例子：
已知：
IP地址：128.14.35.7/20
思路：
我们从这里可以得到前20位是网络前缀，所以后12位便是主机号。所以我们让主机号都为0，则是最小地址。主机号都为1，就是最大地址。而地址数就是2的12次方。
计算：
最小地址：128.13.32.0
最大地址：128.13.47.255
地址数：4096个
我们使用CIDR可以更有效的分配IPv4的地址空间，可以根据需求分配适当大小的CIDR地址块，拥有之前几种方法所不具备的灵活性。
