IPV4/IPV6网络地址相关知识

IPv4地址：连接在Internet的每台主机（或路由器）都被分配了一个32bit的全球唯一的标识符，就是IP地址。

IPv4地址的组成：网络号 + 主机号

IPv4地址的分类：

A类地址：网络地址(1Byte) + 主机地址(3Byte)，且网络地址的首位必须是0；则网络地址的取值范围是0~~127,

　　　　  而0是保留的并且表示所有IP地址（0.0.0.0表示整个TCP/IP网络），而127也是保留的地址（作为环路自检）。因此A类地址的范围其实是从1-126之间。

　　　　  可用的A类网络有126个，每个网络能容纳1亿多个主机(2的24次方减1的主机数目)。

　　　　  子网掩码：255.0.0.0.

A类IP范围：首位为0；1.0.0.1~~126.255.255.254；主机号24位（3byte）。

A类私有地址：10.0.0.0～10.255.255.255

B类地址：网络地址(2Byte) + 主机地址(2Byte)，且网络地址的前两位是10；则网络地址的取值范围是128~~191,

　　　　  可用的B类网络有2的14方个，每个网络能容纳6万多个主机 (2的16次方减0和广播地址)。

　　　　  子网掩码：255.255.0.0

B类IP范围：前两位为10 ；128.0.0.1~~191.255.255.254；主机号16位

B类私有地址：172.16.0.0～172.31.255.255

C类地址：网络地址(3Byte) + 主机地址(1Byte)，且网络地址的前三位是110；则网络地址的取值范围是192~~223,

　　　　  可用的C类网络有2的21次方，可达209万余个，每个网络能容纳254个主机。

　　　　  子网掩码：255.255.255.0

C类IP范围：前三位为110；192.0.0.1~~223.255.255.254；主机号8位

C类私有地址：192.168.0.0～192.168.255.255

D类地址：此类地址称为多播地址，也叫做组播地址，前四位必须是1110；网络地址的取值范围是224~~239,

D类IP范围：前四位为1110；224.0.0.1~~239.255.255.254

PS：对于所有IPv4的地址，主机号全0表示网络本身，主机号全1表示本网络的广播地址。

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地址的转换：为了减少IP地址注册的成本及稀缺的IP地址资源，可以利用地址转换将内部使用的地址转换为外部地址。

IPv4地址的私有地址又称为可重用地址，这种地址专门用于专用互联网及本地互联网。路由器对目的地址是私有地址的报文一律不予转发。如果在路由器上安装了NAT软件的话，NAT路由器会利用NAT转换表将本地地址转换为外部全球地址。

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子网划分+子网掩码：

1.三级IP地址

二级IP地址不够灵活：给每个物理网络都分配一个网络号，会使路由器的路由表的规模很大，使得网络性能变坏。

二级地址----->从主机号借若干个位作为子网号------>三级IP地址：网络号+子网号+主机号

PS：子网号可以为全0全1，但是主机号不能为全0全1

三级IP地址的路由过程：

1. 从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报，仍然是根据IP数据报的目的网络net_id，先找到链接本单位网络上的路由器；
2. 然后此路由器在收到IP数据报后，在按照网络号net_id和子网号subnet_id找到目的子网。
3. 最后将IP数据报交付到目的主机。

2.子网掩码

子网掩码：32bit，由一串1和一串0组成。1对应IP地址中的网络及子网号部分，0对应主机号部分。因此A类地址的子网掩码是255.0.0.0，B类地址的子网掩码是255.255.0.0，C类地址的子网掩码是255.255.255.0.

路由器在相互之间交换路由信息时，必须把自己所在网络(或子网)的子网掩码告诉对方，这样才可以计算得到网络地址：网络地址=IP地址&子网掩码。

主机在设置IP地址的同时必须设置自己的子网掩码，同处于一个子网的路由器的子网掩码必须相同，路由表的项目中必须包含：目的网络地址，子网掩码，下一跳地址。

使用子网掩码路由器分组转发的过程：

1. 从收到的报文中的首部中提取目的IP地址，记为D
2. 先判断是否为直接交付，对路由器直接相连的网络逐个进行检查：用网络的子网掩码和D计算得到网络地址，判断是否和相应的网络地址相匹配，如果匹配，则将分组直接交付；否则就是间接交付，执行3
3. 若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则将分组再传给路由表所指明的下一跳路由器；否则，执行4
4. 对路由表中的每一行（目的网络地址，子网掩码，下一跳地址）中的子网掩码和D计算得到结果N，如果N与该行的目的网络地址相匹配，则将分组传送给该行指明的下一跳路由器，否则执行5
5. 若路由表中有一个默认路由，则将该分组传送给路由表中所指明的默认路由，否则报转发分组出错。

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CIDR记法：IP地址/网络前缀所占比特数，其中网络前缀所占比特数对应于网络号的部分，等效于子网掩码中联系1的部分。

CIDR地址消除了传统的A、B、C类地址划分子网的概念，将网络前缀都相同的连续的IP地址组成CIDR地址块，一个CIDR地址块可以包括多个A、B、C类地址，这种地址称为路由聚合。

最长前缀匹配：当在路由表中进行网络前缀匹配时，可能会有多个匹配结果，此时应该选择最长的网络前缀，因为该项的地址块越小（主机号所占位数最少），因而路由就越具体。（查找最常用的方法是线索二叉树）