IP的分类以及子网划分、网络设置

前言

　　整个因特网就是一个单一的、抽象的的网络。IP地址就是给因特网上的每一个主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。IP地址的结构使我们可以在因特网上很方便的进行寻址。其中IP的编制方法共经过了三个历史阶段：一、分类的IP地址 二、子网的划分、三、构成超网

一、IP地址的分类

　　1、IP的分类

　　分类的IP地址就是将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，其中第一个字段是网络号，它标志主机（或路由器）所连接到的网络。一个网络号在整个因特网范围内必须是唯一的。第二个字段是主机号，它标志该主机（或路由器）。一个主机号在它前面的网络号所指定的网络范围内必须是唯一的。由此可见，一个IP地址在整个因特网范围内是唯一的。

　　这种两级的IP地址被简单定义为：

　　　　IP地址=网络号+主机号

　　从上图可以看出：

• A类、B类、C类地址的网络号字段分别为1,2,3,字节长，而在网络号字段的最前面是类别位，其数值分别规定为0,10,110
• A类、B类、C类地址的主机号字段分别为3个、2个和1个字节长
• D类地址（前4位是1110）用于多播（一对多通信）
• E类地址（前4位是1111）保留为以后用

　　2、IP的指派范围（常用的A/B/C类地址）

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	每个网络中的最大主机数
A	126（2^7-2）	1	126	16777214（2^24-2）
B	16383（2^14-1）	128.1	191.255	65534（2^16-2）
C	2097151（2^21-1）	192.0.1	223.255.255	254（2^8-2）

　　A类网络号字段减2的原因是：网络号字段为全0的IP地址是保留地址，意思是“本网络”，网络号为127（01111111）保留作为本地软件环回测试。主机号减2的原因：全0的主机号字段表示该IP地址是“本主机”所连接到的单个网络（即网络地址），而全1表示该网络上的所有主机。IP数占整个IP地址空间的50%。

　　B类网络号不存在全为0或1，但是128.0.0.0是不指派的，多以网络数减1,。主机号减2是要扣除全0全1的主机号。IP数占整个IP地址空间的25%。

　　C类网络情况同B类一样。IP数占整个IP地址孔家的12.5%。

　　3、IP地址与硬件地址

　　从层次的角度来看，物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。才发送数据时，数据从高层下到底层，然后才到通信链路上传输。使用IP地址的IP数据报一旦交給了数据链路层，就被封装成MAC帧了。MAC帧在传送时使用的源地址和目的地址都是硬件地址，这两个硬件地址都卸载MAC帧的首部中。如下图所示：

　　地址解析协议ARP

　　此协议目的是找出已知的IP地址的硬件地址

二、划分子网（子网掩码）

 　　 目标：将原来的两级IP地址划分为三级IP地址

　　  原因：IP地址的空间利用率有时很低，因为有些网络对连接在网络上的计算机数目有限制，根本达不到这样大的数值

　　　　　　给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏，网络数多，路由表中的项目数也变多，导致查询其他网络的下一跳路由器性能降低。

　　　　　　两级IP地址不够灵活，一个单位可以分好多子网来管理自己的网络。

　　三级IP定义为：

　　　　IP地址=网络号+子网号+主机号

　　网络地址：子网掩码和IP地址进行逐位“与”运算，得到的就是网络地址。

　　A类地址的默认子网掩码是255.0.0.0

　　B类地址的默认子网掩码是255.255.0.0

　　C类地址的默认子网掩码是255.255.255.0

　　子网数的求法：子网号的位数为n，子网数为2^n-2,（除去全0全1）

　　网关：网关的英文名称：gateway，又叫做网间连接器、协议转换器。网关是在采用不同体系结构或协议的网络之间进行互通时，用于提供协议转换、路由选择、数据交换等网络兼容功能的设施。

　　所以说，只有设置好网关的IP地址，才能实现不同网络之间的相互通信。
　　其实设置为网络地址中的第一个主机即可。

　　以本机IP设置举例

　　　　我连接的是电信网，下图为网络连接设置（通过打开网络和共享中心->连接的网络->连接信息）

　　　　

　　　　由上图可以看出：

　　　　IP地址为27.188.51.46（A类地址）（点分十进制表示）

　　　　子网掩码为255.255.248.0

　　　　网关为27.188.48.1

　　　　将其装换成二进制计算得：

　　　　IP地址：00011011  10111100  00110011  00101110

　　　子网掩码：11111111 11111111 11111000 00000000

　　　　与运算求得网络地址为：00011011  10111100 00110000  00000000（27.188.48.0）      子网号位数为13  子网数为2^13-2

　　　　然后网关设置为网络地址中的第一台主机（27.188.48.1）

三、构造超网（无分类编址CIDR）

　　特点：（1）CIDR消除了传统的A类、B类、C类地址以及划分子网的概念。

　　　　　　　　IP新的表达方式（斜线记法）：网络前缀/主机号  例如：128.14.35.7/20  = 10000000  00001110  00100011  00000111（二进制加黑部分为网络前缀，用来指明网络）（斜线后面的20就是地址掩码中1的个数）

　　　　　（2）CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”，我们只要知道地址块中的任何一个地址，就可以知道这个地址块的起始地址和最大地址。以及地址块中的地址数。

　　为了更方便地进行路由选择，CIDR使用32位的地址掩码。地址掩码由一串1和一串0组成，而1的个数就是网络前缀的长度。

　　1、计算最小地址，最大地址，IP地址数

　　　　例如：192.199.170.82/27

　　　　不仅仅表示IP地址是192.199.170.82，而且还表示这个地址块的网络的前缀有27位（剩下的5位是主机号），因此这个地址块中包含32个IP地址（2^5=32）。

　　　　最小地址为192.199.170.64，由于网络前缀为27，所以将82转成二进制数01010010，取前三位，再把后五位都写成0

　　　　最大地址为192.199.170.95，后五位都写成1

　     2、路由汇聚问题

　　　　由于一个CIDR地址块中有很多地址，所以在路由表中就利用CIDR地址块来查找目的网络。这种地址的聚合常称为“路由聚合”。

　　　　以下几条路由，10.1.193.0/24,10.1.194.0/24,10.1.196.0/24,10.1.198.0/24，如果进行路由汇聚，则能覆盖这几条路由地址的是（10.1.192.0/21）　　　

　　　　　　193: 1100 0001
　　　　　　194: 1100 0010
　　　　　　196: 1100 0100
　　　　　　198: 1100 0110　　　

　　　　这四个数的前五位都是11000，加上10.1这两部分相同的位数，网络号就是8+8+5=21
　　　　而1100 0000的十进制数是192. 所以路由汇聚的IP地址就是10.1.192.0/21

　　 3、实际案例（地址聚合）

　　　　假定某ISP已拥有地址块206.0.64.0/18（相当于64个C类网络）。先在某大学需要800个IP地址。ISP可以给该大学分配一个地址块206.0.68.0/22，它包括1024（2^10）个IP地址，相当于4个连续的C类/24地址块，占该ISP拥有的地址空间的1/16。这个大学然后可自由地对本校的各系分配地址块，而各系还可再划分本系的地址块。

　　从上图可看出，把四个系的路由聚合为大学的一个路由（即构成超网）。是将网络前缀缩短。网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多。而在三级结构的IP地址中，划分子网是使网络前缀变长。