IP协议
概述
网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一。
与 IP 协议配套使用的还有三个协议：
- 地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)
- 网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)
- 网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)
中间设备
将网络互相连接起来要使用的设备。
中间设备又称为中间系统或中继 (relay)系统。
分类：
- 物理层中继系统：转发器 (repeater)。
- 数据链路层中继系统：网桥 或 桥接器 (bridge)。
- 网络层中继系统：路由器 (router)。
- 网桥和路由器的混合物：桥路器 (brouter)。
- 网络层以上的中继系统：网关 (gateway)。
虚拟互连网络（逻辑互连网络）
将客观异构的物理网络互连起来的网络。
但是我们利用 IP 协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。
IP 网
使用 IP 协议的虚拟互连网络可简称为 IP 网。
使用虚拟互连网络的好处是：
当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，而看不见互连的各具体的网络异构细节。
互联网 (Internet)
在覆盖全球的 IP 网的上层使用 TCP 协议，那么就是互联网 (Internet)。
IP地址
我们把整个互联网看成为一个单一的、抽象的网络。
IP 地址就是给每个连接在互联网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符。
IP 地址现在由互联网名字和数字分配机构ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。
表示方法
机器中
存放的 IP 地址 是 32 位二进制代码
为了提高可读性，一般手写为：点分十进制记法
方法：
将每 8 位的二进制数，转换为十进制数
IP 地址的编址方法
IP 地址的编址（规划ip地址）方法
一共三个阶段。前两阶段是分类的，第三阶段是无分类。
-
分类的 IP 地址-分类IP地址
这是最基本的编址方法，在1981年就通过了相应的标准协议。 -
子网的划分-子网掩码
这是对最基本的编址方法的改进，其标准[RFC 950]在1985年通过。 -
构成超网-CIDR方式
这是比较新的无分类编址方法。1993年提出后很快就得到推广应用。
分类 IP 地址
方法：
将IP地址划分为若干个固定类。
每一类地址都由两个固定长度的字段组成，
-
网络号 net-id，标志主机（或路由器）所连接到的网络
-
主机号 host-id，标志该主机（或路由器）。
这种两级的 IP 地址还可以记为：
::=代表"定义为"
注意：
- 主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。
- 一个 IP 地址在整个互联网范围内是唯一的。
分类
各类 IP 地址的网络号字段和主机号字段
常用的三种类别的IP 地址的指派范围
| 网络类别 | 最大可指派的网络数 | 第一个可指派的网络号 | 最后一个可指派的网络号 | 每个网络中最大主机数 |
|---|---|---|---|---|
| A | \(126(2^7-2)\) | 1 | 126 | 16777214 |
| B | \(16383(2^{14}-1)\) | 128.1 | 191.255 | 65534 |
| C | \(2097151(2^{21}-1)\) | 192.0.1 | 223.255.255 | 254 |
特殊IP地址
注意:一般不使用的特殊的 IP 地址
| 网络号 | 主机号 | 含义 | 源地址使用 | 目的地址使用 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 本网络上的本主机 | 可以 | 不可 |
| 0 | host-id | 本网络的host-id主机 | 可以 | 不可 |
| 全1 | 全1 | 只在本网络上进行广播（路由器不转发） | 不可 | 可以 |
| net-id | 全1 | 对net-id上所有主机进行广播 | 不可 | 可以 |
| 127 | 不是全零和全1 | 用于本地软件环回测试 | 可以 | 可以 |
-
网络号全0的不能使用，代表整个网络地址
，不能发往其他网络
197.168.1等价于192.168.1.0 -
主机号全1不能使用，代表广播地址
广播地址不能当作源地址
特点
优点：
-
IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。
这样就方便了 IP 地址的管理。 -
路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号）
这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。
IP 地址的一些重要特点
-
由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网络），
一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。 -
路由器的每一个接口都有一个不同网络号的IP地址。
-
用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络
因此这些局域网在同一个局域网上的主机或路由器都具有同样的网络号 net-id。 -
所有分配到网络号 net-id 的网络，无论是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。
附加：
两个路由器直接相连的接口处，可指明也可不指明IP地址。如指明IP地址，则这一段连线就构成了一种只包含一段线路的特殊“网络” 。现在常不指明IP地址。
CIDR
划分子网在一定程度上缓解了互联网在发展中遇到的困难。然而在 1992 年互联网仍然面临三个必须尽早解决的问题：
B 类地址在 1992 年已分配了近一半，眼看就要在 1994 年 3 月全部分配完毕！
互联网主干网上的路由表中的项目数急剧增长（从几千个增长到几万个）。
整个 IPv4 的地址空间最终将全部耗尽。
CIDR 最主要的特点
CIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间。
CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。
IP 地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。
地址块
CIDR 把网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR 地址块”。
比如说
128.14.32.0/20
表示起始地址是128.14.32.0；有20位网络前缀
因此：
表示的地址块共有 212 个地址（因为斜线后面的 20 是网络前缀的位数，所以这个地址的主机号是 12 位）。
注意
在不需要指出地址块的起始地址时，也可将这样的地址块简称为“/20 地址块”。
128.14.32.0/20 地址块的最小地址：128.14.32.0
128.14.32.0/20 地址块的最大地址：128.14.47.255
全 0 和全 1 的主机号地址一般不使用。
表示
网络前缀的后面加一个星号 * 的表示方法，如 00001010 00*，在星号 * 之前是网络前缀，而星号 * 表示 IP 地址中的主机号，可以是任意值。
地址掩码
地址掩码又称子网掩码
从一个 IP 数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。
使用子网掩码 (subnet mask) 可以找出 IP 地址中的子网部分。
规则：
子网掩码长度 ＝ 32 位
子网掩码左边部分的一连串 1，对应于网络号和子网号
子网掩码右边部分的一连串 0，对应于主机号
/20地址块：
11111111 11111111 11110000 00000000
等价于256，256，240，0
等价于128.14.35.7/20
默认网关：主机经过的第一个路由设备的ip地址
默认地址掩码
分类ip有隐含地址掩码-网络号
网络地址
\(网络地址=IP 地址 \and 子网掩码\)（二进制运算AND）
两个相“与”的逻辑变量中，只要有一个为0，“与”运算的结果就为0。仅当两个变量都为1时，“与”运算的结果才为1。
CIDR 虽然不使用子网了，但仍然使用“掩码”这一名词（但不叫子网掩码）。
划分子网
将大地址换成两个大小相同的小地址
网络前缀再往后取一位，两个小地址，一个设为0,一个设为1
构造超网/路由聚合
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，它使得路由表中的一个项目可以表示很多个（例如上千个）原来传统分类地址的路由。
路由聚合有利于减少路由器之间的路由选择信息的交换，从而提高了整个互联网的性能。
条件：
- 子网的共同前缀相同
- 主机号能从全零到全一
已知：
大学地址块是206.0.68.0/22
11001110.00000000.010001*
一系主机不超过500台
二系主机不超过200台
三系四系不超过100台
问题：给四个系分配地址块（划分子网）
划分原则：
- 从大往小分（先给大的）
- 从剩下的分
（要保证主机号连续，因此要找到能表示大于设备的最小二进制位数，然后从前向后分配即可）
解题：
分给一系
\(2^9 >500\) 所以去取9位主机号、23位网络前缀。
分配11001110.00000000.0100010*
206.0.68.0/23
剩下 11001110.00000000.0100011*，从剩下选
分配的二系
\(2^8>200\)所以取8位主机号
分配11001110.00000000.01000110*
206.0.70.0/24
