文章目录

  • 一、IP地址及其表示方法
  • 1.分类的IP地址
  • 2.常用的三种类别的IP地址
  • 3.IP地址和硬件地址
  • 二、划分子网
  • 1.从两级IP地址到三级IP地址
  • 2.子网掩码
  • 三、构造超网
  • 1.CIDR（无分类域间路由选择）
  • 2.路由聚合


一、IP地址及其表示方法

IP地址就是给互联网上的每一台主机（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位的标识符。

IP地址的编址方法经过了3个阶段：

  • 分类的IP地址
  • 子网的划分
  • 构成超网

1.分类的IP地址

IP地址由网络号和主机号组成，为了便于书写，将32位IP地址每8位用等效的十进制数字表示，并在这些数字间加上一个点，即点分十进制

网络号：它标志着主机所连接到的网络，一个网络号在整个互联网范围内必须是唯一的。
主机号：它标识着该主机。一台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。

由网络号和主机号组成的ip地址被划分为若干个固定类：

给一个IP地址段求其cidr使用java计算 写一个ip地址_子网掩码


从图中可以看出：

  • A类、B类、C类地址的网络号字段分别为1个、2个、3个字节长
  • 网络号字段的最前面由1~3位的类别位，分别为0，10，110
  • A类、B类、C类地址的主机号分别为3个，2个，1个字节长
  • D类地址用于多播（一对多通信 ）
  • E类地址保留为以后用

把IP地址分为A、B、C三类最初是这样考虑的：各种网络的差异很大，有的网络拥有很多主机，而有的网络上的主机则很少，把IP地址分为A、B、C三类是为了更好地满足不同用户的需求。当某个单位申请到一个IP地址时，实际上是获得了具有同样网络号的一块地址，其中具体的各台主机号则由单位自行分配，只要做到在该单位管辖的范围内主机号唯一即可

2.常用的三种类别的IP地址

IP地址的指派范围：

类别

最大可指派网络数

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(27-2)

1

126

16777214(224-2)

B

16383(214-1)

128.1

191.255

65534(216-2)

C

2097151(221-1)

192.0.1

223.255.255

254(28-2)

解释：

  • A类地址网络号占8位，由于类别位”0“占了1位，所以只有7位可用，而27-2的原因是：（1）网络号全0表示这个IP地址为保留地址，意为“本网络”（2）网络号为127（01111111）保留作为本地软件环回测试本主机的进程之间的通信之用
  • A类地址主机号占24位，而这里224-2的原因是：（1）全0的主机号表示该IP地址为本主机所连接到的单个网络地址（2）而全1的主机号表示该网络上的所有主机
  • B类地址网络号占16位，由于类别位”10“占了2位，所有只有14位可用，而由于类别位的存在，所以网络号不可能形成全0或者全1的情况，因此这里不用减2，而214-1的原因是B类网络地址128.0.0.0是不指派的，可以指派的最小B类IP地址是128.1.0.0
  • B类主机号占16位，这里216-2的原因还是因为要减去全0和全1的主机号
  • C类网络号占24位，由于类别位”110“占3位，所以只有21位可用，这里减1的原因是192.0.0.0也是不指派的，可以指派的最小C类IP地址是192.0.1.0
  • C类主机号占8位，要减去全0和全1的主机号

一般不使用的特殊IP地址

网络号

主机号

源地址使用

目的地址使用

代表的意思

0

0

可以

不可

在本网络上的主机

0

host-id

可以

不可

在本网络上的某台主机

全1

全1

不可

可以

只在本网络上进行广播

net-id

全1

不可

可以

对net-id上的所有注解进行广播

127

非全0或全1的任何数

可以

可以

用于本地软件的回环测试

3.IP地址和硬件地址

硬件地址：又叫物理地址和MAC地址
区别：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

给一个IP地址段求其cidr使用java计算 写一个ip地址_子网掩码_02


注意：

  • 在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报
  • 路由器只根据目的IP地址的网络号进行路由选择，与源IP地址无关
  • 在局域网的链路层，只能看见MAC帧
  • 在不同网络上传输时，IP数据报首部的源IP地址和目的IP地址不会变化；而MAC帧首部的源地址和目的地址会随着路由器硬件地址的不同而发生变化

根据机器的IP地址找出其相应的硬件地址需要用到：ARP协议（地址解析协议）

二、划分子网

1.从两级IP地址到三级IP地址

IP地址早期设计存在的问题：

  • 空间利用率有时很低：比如一个B类地址网络可连接的主机数超过6万，但实际中连接的主机却并不多，但人们为了可拓展性又不愿意去申请主机较少的C类地址，造成了IP地址的浪费
  • 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
  • 两级IP地址不够灵活：在我们需要开通一个新的网络的时候，需要申请一个新的IP地址，但我们希望有一种方法能狗随时灵活地增加网络而不必去申请新的网络

为了解决上述问题，1985年起在IP地址中增加了一个“子网号”字段，使两级IP变成三级IP，这种做法即叫划分子网，其组成为：网络号+子网号+主机号

注意：

  • 我们可将一个物理网络划分为若干个子网，但该单位以外的网络看不见这个网络是由多少个子网构成，这个单位对外仍表现为一个网络
  • 划分子网的方法使从网络的主机号借用若干位作为子网号，因此主机号也就相应减少了同样的位数
  • 外网发送给本单位的某台主机的IP数据报仍然是根据IP数据报的网络号找到连接在本单位网络上的路由器，但此路由器在收到IP数据包后，再按照目的网络号和子网号找到目的子网，最终交付数据

总之，划分子网只是把IP地址的主机号这部分再进行划分，而不改变IP地址原来的网络号

2.子网掩码

子网划分后出现的问题是，我们如何将一个数据报转发到对应的子网呢？因为从IP数据报的首部无法看出源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网的划分，因此诞生了子网掩码

子网掩码的组成：

  • 子网掩码由连续的1和0组成，也是32位，具体规则是：将IP地址的网络号和划分的子网号的总位数置为1，其余置为0

例子：
现在有IP地址：145.13.3.10，原本的网络号位“145.13”占16位，后面的主机号也占16位，现在在主机号中拿出8位作为子网号，所以主机号减少到8位，因此子网掩码全1位数位16+8=24位，全0的8位，即
11111111 11111111 11111111 00000000 转化为点分十进制：
255.255.255.0，这便是该IP的子网掩码

得到子网的网络地址：

  • 通过子网掩码和IP地址我们可以得到子网的网络地址，具体方法为：将IP地址和子网掩码进行“按位与”运算

例子：
上面的IP地址145.13.3.10与255.255.255.0按位与得到：145.13.3.0，这便是子网的网络地址，其子网号为145.13.3

得到子网的主机号：

  • 将子网掩码取反再与IP地址进行“按位与”运算，即可得到主机地址

例子：
上面的IP电子hi145.13.3.10和取反后的子网掩码按位与得到：0.0.0.10，这便是子网的主机地址，主机号为10

注意此处的网络号和主机号是指子网的，而在外网看来，145.13.3.10仍然是B类地址，其网络地址为145.13.0.0，其主机地址为0.0.3.10

默认的子网掩码

在不划分子网时，既然没有子网，为什么还要使用子网掩码？答案是为了更便于查找路由表。互联网标准规定，所有的网络都必须使用子网掩码，如果一个网络不划分子网，那么该网络的子网掩码就是用默认子网掩码，默认子网掩码中的1的位置和IP地址中的网络号字段位数对应，即：

  • A类地址默认子网掩码：255.0.0.0
  • B类地址默认子网掩码：255.255.0.0
  • C类地址默认子网掩码：255.255.255.0

计算子网内的有效子网和有效主机数：

  • 有效子网数：2n-2(n为子网号位数，减2是要减掉子网号全0和全1的情况)
  • 每个子网的有效主机数：2m-n-2(m为主机号位数，n为子网号位数，减2是要减掉主机全0和全1的情况)

举例：
以B类IP地址为例，此IP的子网掩码为255.255.192.0，划分为二进制即：
11111111 11111111 11000000 00000000
而B类默认的子网掩码为
11111111 11111111 00000000 00000000
因此，该IP划分子网所借用的主机位数为2，即子网号有2位，所以，该IP可以划分22-2=2个子网
而主机号位数为：16-2=14位，所以每个子网可以分配的主机数为：214-2=16382个主机

可以看出，划分子网增加了灵活性，但却减少了能够连接在网络上的主机总数，因为从上面的计算可以得出：2个子网x16382个主机=32764<B类地址本来最多可以连接的主机数：65534

三、构造超网

划分子网提高了IP地址分配的灵活性，提高了IP地址的利用率，在一定程度上缓解了IP地址耗尽的日期，但是这仅仅是推迟，一系列问题还是显现了出来：

  • B类地址在1992年已经分配了近一半，眼看很快就将分配完毕
  • 互联网主干上的路由表中的项目数急剧增长
  • 整个IPv4的地址空间将耗尽

为了解决前两个问题，无分类编址诞生，至于第三个更加长远的问题成立IPv6项目组研究

1.CIDR（无分类域间路由选择）

无分类编址CIDR特点：

  • 消除了传统的A、B、C类地址及划分子网的概念，因而能更加有效的分配IPv4的地址空间
  • CIDR使IP地址回到两级编址，但却是无分类的两级编址，其由网络前缀和主机号组成，还采用斜线记法，即在IP地址后面加上斜线”/“，然后写上网络前缀所占位数
  • 网络前缀相同的连续IP地址组成一个”CIDR地址块“。我们只需要知道CIDR地址块中任何一个地址，就可以指导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

举例：
IP地址128.14.35.7/20是CIDR地址块中的一个地址，
二进制表示为:10000000 00001110 00100011 000001111
其中前20位是网络前缀，后面12位是主机号，因此我们可以得出
最小地址：10000000 00001110 00100000 00000000 128.14.32.0
最大地址：10000000 00001110 00101111 11111111 128.14.47.255
注意以上的两个主机号全0和全1的特殊地址一般不使用，可以看出，这个地址块共有212个地址

地址掩码：

也可继续叫子网掩码，斜线记法中，斜线后面的数字就是地址掩码中1的个数
/20地址块的地址掩码为：11111111 11111111 11110000 00000000（20个连续的1）

注意：分配CIDR地址块仍然可由根据需要划分子网，此时子网的网络前缀会加长

2.路由聚合

也叫构造超网：由于一个CIDR地址块中有很多地址，所以在路由表中利用CIDR地址块来查找目的网络，它使得路由表中的一个项目可以表示原来传统分类地址的很多个路由，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