第二章：Internet地址结构

引言

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本章主要介绍了：

• 如何为Internet中的设备分配IP地址。
• 有助于理由可扩展性的地址结构分配方式。
• 特殊用途的地址。

表示IP地址

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• IPv4地址

  • 长32位，采用点分四组或点分十进制来表示。
  • 点分十进制，每个数字都是非负整数，范围是0~255.

  165.195.130.107
  

  • 大多数时候我们更关心它的二进制结构，如下转换：

  

• IPv6地址

  • 长128位，用冒号分八组十六进制表示。
  • 标准化表示法：
    • 一个块中的前导0必须省略。
    • 全0的块可以用: :省略，但只能出现一次，用于压缩最多的0，如果数量相同，顺序靠前的将被替换。
    • 在IPv6格式中嵌入IPv4地址可以采用混合符号形式，紧接着IPv4部分的地址快为ffff，其余部分为点分四组。例：：( : :ffff:10.0.0.1)可表示IPv4地址(10.0.0.1)。被称为IPv4映射的IPv6地址。

• IPv6例子：

基本IP地址结构

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IP地址可以根据类型和大小进行分组。大多数IPv4地址快被最终细分为一个地址，用于识别连接Internet的计算机网络接口，被称为单播地址。IPv4地址中大部分是单播地址。

分类寻址

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最初建立Internet地址结构时，每个地址包含：网络部分(网络号，用于识别该主机属于哪个网络)，和主机地址(主机号，用于识别主机)。每个主机需要一个唯一的IP地址。

• 最初的五大类地址
  • 每一类都基于网络中可容纳的主机数量，站点的网络号长，网络种类多，但是每个种类的网络可容纳的主机数就会少一些。要注意取舍。
    
    
  • 其中A、B、C属于单播地址，D位组播，E位保留。
  • 直观的空间划分：
    
    
• 可以看出网络号长，网络种类多，主机号长，可容纳的主机多。
• 一些缺陷：A类B类网络号通常浪费了太多的主机号，而C类不能提供充足的主机号。还有就是很难为新接入Internet的新网络分配新的网络号。

子网寻址

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• 为了解决“很难为新接入Internet的新网络分配新的网络号”这个问题，我们可以舍弃一些主机号长度(反正也用不完)，就不必再为新加入的网络分配网络号，使其成为站点，而是把它加入到已经分配的站点中。称为子网，把我们舍弃的主机号长度用来编号这些子网。剩下的主机号继续用来编号主机。

• 比如这个例子，Internet中的一个站点已经被分配了B类的网络号(就是说前16位已经固定)，而后16位可以自由分配，和之前一个道理。这里例子分配了八位子网ID、八位主机ID，这个配置支持256个子网，每个子网最多包含254个地址(当前子网的第一个和最后一个地址无效！)。而且每个支持子网的站点都会有一个子网掩码，一会再说。

子网掩码

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• 子网掩码用于从主机的IP地址中获取网络号和子网信息。IP子网掩码和IP地址的长度相同(IPv4:32,IPv6:128)。可以静态也可以动态，这都是我们后面要讨论的。对于IPv4来说，子网掩码也采用相同格式(点分十进制)编写。由一串的1后跟若干0组成，有时被称为前缀长度。可以简化表示成一个十进制数，表示前面有几个1。下面是例子：

• 子网掩码使用方法： 我们来看看子网掩码如何确定一个IP地址的网络信息。子网掩码中的1表示一个IP地址的对应位与一个地址的网络/子网对应位相结合。相反，子网掩码中的0表示，表示一个IP地址的对应位作为主机ID的一部分。举个例子，我们用子网掩码255.255.255.0，处理IPv4地址128.32.1.14。

• 我们将地址中的以子网掩码对应位与运算。

可变长度子网掩码

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• 一个站点的子网分配不一定都是我们刚才所说的：8位子网ID8位主机ID。可能有多种样子，可以将不同的子网掩码用于相同网号的站点，虽然增加了复杂性，但是却提高了子网的灵活性。因为不同的子网可以有不同的种类，可以容纳不同数量的主机。当然站点要支持可变长度子网掩码(VLSM)。
  
  
• 解释一下这张图，三个不同的子网掩码被用于站点128.32.0.0/16：/24、/25、/26。这样每个子网可以提供不同数量的主机。
• 只有IP地址和MAC地址同时确定，才能唯一的确定一台主机。

广播地址

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• 在每个IPv4地址中，一个特殊的地址被保留作为子网广播地址，将IPv4地址的网络/子网部分设置为适当值，主机部分全部设为1，向这个IP发送数据报，就会发送到这个子网的所有主机上。
• 构造方式为：对子网掩码取反，并与子网中任意计算机的地址进行按位或运算得到。例如，前缀为128.32.1.0/24的子网，的广播地址构造方式如图所示：
  
  

CIDR与聚合

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• 前缀
  • 把IP地址的前几位固定，用来表示网络号，后几位自然用来表示主机号。