第三章 IP地址规划设计技术
1. IP地址的概念
1.1 IP 地址分类
1.1.1 IP 地址的概念
IP 地址是网络号与主机号组成的32位二进制数。IP 地址通常用“点分十进制”表示成 (x.x.x.x) 的形式，其中，x.x.x.x 都是 0-255 之间的十进制整数。
例如：IP 地址 (128.192.27.48)
二进制数：10000000.11000000.00011011.00110000
| 二进制制 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 指数 | 2⁷ | 2⁶ | 2⁵ | 2⁴ | 2³ | 2² | 2¹ | 2⁰ | ||||||||
| 十进制 | 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
1.1.2 标准 IP 地址分类
IP 地址是 IP 协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网中的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址。
例如，IP 地址 (128.192.27.48)
网络位：主机位
二进制数：10000000.11000000.00011011.00110000
常用的 A, B, C 类地址是采用包括“网络号-主机号”的两级结构。
A 类地址的第 1 字节为网络号，且网络号的第 1 位固定为 “0”，其余的 7 位可以自由分配。所以 A 类 IP 地址中可以分配的网络就有 2⁷=128 个，但是由于第 1 个 1xxx.xxx 与最后一个 127.xxx.xxx 的网络被用于专用地址，所以可以自由分配的网络号就只有 125 个。每个网络中的全 0 和全 1 的主机号的地址有特殊用途，因此，每个网络内可以容纳的主机数有 2²⁴-2=16 777 214 个。
B 类与 C 类中的地址分配情况与 A 类类似，详见下表，下面给出 J, A, B, C 三类地址的比较。
| 地址类型 | 地址范围 | 可分配的网络数 | 可分配的主机数 |
|---|---|---|---|
| A 类 | 1-127 | 2⁷ | 2²⁴-2 |
| B 类 | 128-191 | 2¹⁴ | 2¹⁶-2 |
| C 类 | 192-223 | 2²¹ | 2²⁸-2 |
3.1.3 特殊地址形式
特殊的 IP 地址包括：广播地址、受限地址、主机号与回送地址。
-
直接广播地址
-
32 位全为 1 的 IP 地址 (255.255.255.255)
- 此地址用来将一个分组以广播方式发送给本地网络中的所有主机，路由器会阻止该分组通过。
-
主机号（网络上特定主机地址）
-
回送地址
- A 类IP 地址中的 127.0.0.0 是一个保留地址，即回送地址。
- 用于网络层测试和本地通信。
2. 子网划分
2.1 子网的地址结构
划分子网后的 IP 地址仍然是层次型结构。标准的 A 类、B 类与 C 类 IP 地址都是网络号与主机号两级层次结构。
划分子网的技术要点：
- 一个子网也称作一个 IP 网络或一个网络；
- 子网的划分在单位内部进行，不需要向 ICANN 申请，也不需要改变外部的数据；
- 子网之间的距离必须很近；
- 子网的概念可以应用于 A 类、B 类与 C 类的 IP 地址中；
- 同一个子网中所有的主机拥有相同的子网络号；
- 第三级的 IP 地址：利用原来的 IP 地址的主机号进行子网的划分，就形成了“网络号+子网号+主机号”三层结构。
2.2 划分子网的三级地址结构
（1）子网掩码
子网掩码主要是用来区分 IP 地址中的网络号和主机号。
子网掩码确定 IP 地址中网络部分和主机部分，全 1 对应 IP 地址的网络部分，全 0 对应 IP 地址的主机部分。
（2）地址结构
标准的 A 类、B 类与 C 类 IP 地址都是网络号与主机号两级层次结构。网络号+主机号
子网采用网络号+子网号+主机号的三级 IP 地址结构。网络号+子网号+主机号
从主机号借用用于作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个位。
(3) 可用 IP 地址
-
子网内第一个可用的 IP 地址：子网号 [网络地址] 后的第一个地址，例如，网络地址为 192.65.176.0，则子网内第一个可用的 IP 地址为 192.65.176.1。
-
子网内最后一个可用的 IP 地址：是 直接广播地址前一个地址，例如，直接广播地址为 191.77.191.255，则子网内最后一个可用的 IP 地址为 191.77.191.254。
2.3 子网划分
-
划分子网的基本步骤
- 确定要划分的子网数；
- 在该 IP 地址的原子网掩码基础上，根据主机数来确定子网数。
-
划分子网的基本思想
通过划分子网可以将一个个网络划分成若干个小网络以满足不同部门的需求，而从外部来看仍然像一个网络一样。划分子网能够提高网络性能又提升了网络管理的效率。
3. 子无类域间路由技术（CIDR）
3.1 CIDR特点
CIDR 将网络前缀相同的连续 IP 地址组合成一个 “CIDR” 地址块。
子网掩码使用 斜线记法，又称 CIDR 记法，即在 IP 地址后面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀的位数（对应于三级网络中不同掩码的个数）。无类域间路由（CIDR）地址块及其对应的掩码如下所示：
| CIDR 地址块 | 对应的掩码 | CIDR 地址块 | 对应的掩码 |
|---|---|---|---|
| /8 | 255.0.0.0 | /20 | 255.255.240.0 |
| /9 | 255.128.0.0 | /21 | 255.255.248.0 |
| /10 | 255.192.0.0 | /22 | 255.255.252.0 |
| /11 | 255.224.0.0 | /23 | 255.255.254.0 |
| /12 | 255.240.0.0 | /24 | 255.255.255.0 |
| /13 | 255.248.0.0 | /25 | 255.255.255.128 |
| /14 | 255.252.0.0 | /26 | 255.255.255.192 |
| /15 | 255.254.0.0 | /27 | 255.255.255.224 |
| /16 | 255.255.0.0 | /28 | 255.255.255.240 |
| /17 | 255.255.128.0 | /29 | 255.255.255.248 |
| /18 | 255.255.192.0 | /30 | 255.255.255.252 |
| /19 | 255.255.224.0 |
4. NAT工作原理
NAT（网络地址转换）技术是解决 IP 地址短缺问题，可以实现将内部网络专用的 IP 地址可以转换为用于访问 外网的全局 IP 地址。
5. IPv6地址规划基本方法
- IPv6 地址主要特征：
IPv6 是一种最新的协议格式，巨大的地址空间，有效的分级寻址和路由由结构。地址自动配置，内置安全机制，更好的 QoS 服务等特点。
用一并制表示形式表示128位的一个 IPv6 地址，将这个128位的地址按每16位为一个单位，划分为8个单位，每个单位的十六进制表示。并用冒号 (😃 隔开。
- IPv6 地址表示方法
- IPv6 地址前导0可以简化。例如，“002F” 可以简写为 “2F”。
- 如果某个 IPv6 地址中包含了长串 0，可以将连续的位段值都为0的地方简写为 “::”，称为双冒号表示法。例如，FF05::0:0:0: B3 可以写成：FF05:: B3。
- 注意事项
- 使用零压缩法时，只能压缩前导0，不能把位段内的有效0压缩。
例如，不能将 A404: A0: 0: 0: 0: 5 写为 AC4: A:: 5。
-
双冒号表示法：在一个地址中只能出现一次。
例如，地址中：0:0:0:0: 5BC: 79: 0: 0， 一种简化的表示法是：5BC: 79::，另一种是：0:0:0:0:5BC: 79::。
- IPv6 前缀问题
-
IPv6 不支持子网掩码，并支持前缀长度表示法。
例如，FABC::27: 0: 48: 84: 3CFA: 2B: 91: 43::/64。
![P3052 [USACO12MAR] Cows in a Skyscraper G](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/4280ad12ca9241088362dde6b203a6a2.png)
