IP转发和子网路由

IP地址的分类

在TCP/IP协议中，协议栈分为4层。从上到下依次是应用层、运输层、网络层、网络接口层。 IP协议就工作在网络层。IP协议将纷繁复杂的物理层协议屏蔽掉，对上层提供统一的描述和管理服务。

互联网上的每一台主机都有一个IP地址，IP地址由32比特的整数来表示，共分为5类。 分类方法是：根据网络号所占字节数来区分。

A类IP地址以0开始，网络号占用一个字节。

B类IP地址以10开始，网络号占用两个字节。

C类IP地址以110开始，网络号占用三个字节。

D类IP地址以1110开始，表示的是一个多播地址。

E类IP地址以1111开始，目前没有使用到。

其中比较常用的是前三类。

公网IP和私网IP

由于IP地址仅有32位，并且，受限于网络号+主机号的格式，实际可用的IP是非常有限的。而互联网上每一台主机都需要一个IP地址，必然会出现不够用的情况。于是有了私网IP地址，私网IP地址可以在一定程度上缓解IP地址不够用的问题。

所谓私网IP地址，可以看成是一个网络内部使用的IP地址，这些IP地址对外是不可见的。

以下IP段的地址都是内网IP地址。

（1）10.0.0.0 到 10.255.255.255

（2）172.16.0.0 到172.31.255.255

（3）192.168.0.0 到192.168.255.255

NAT

NAT（Network Address Translator）是网络地址转换，它实现内网的IP地址与公网的地址之间的相互转换，将大量的内网IP地址转换为一个或少量的公网IP地址，减少对公网IP地址的占用。

NAT的最典型应用是：在一个局域网内，只需要一台计算机连接上Internet，就可以利用NAT共享Internet连接，使局域网内其他计算机也可以上网。使用NAT协议，局域网内的计算机可以访问Internet上的计算机，但Internet上的计算机无法访问局域网内的计算机。

Windows操作系统的Internet连接共享、sygate、winroute、unix/linux的natd等软件，都是使用NAT协议来共享Internet连接。 所有ISP（Internet服务提供商）提供的内网Internet接入方式，几乎都是基于NAT协议的。

IP数据报

IP数据报，或称IP报文，分为首部和数据部分两部分。首部的前一部分是固定长度，共20个字节，是所有IP报文都必须携带的，用于描述报文本身的信息，诸如IP版本，IP报文长度，服务类型，分片信息等。其中最重要的发送方IP地址和接收方IP地址。

IP寻路

有了接收方IP地址，而IP地址又代表了一台主机，似乎寻路问题已经解决了。

但是IP地址仅仅是一个软件虚拟的地址，对于物理层来说，它并不了解什么是IP地址，以及如何定位到一个IP。

ARP协议称为地址解析协议，它可以为将IP地址解析为一个物理地址，以便在物理层进行转发。 ARP协议工作的过程类似于：我是路由器A，现在广播一条消息，我的IP地址是XXX，我的物理地址是XXX，请问谁知道IP地址XXX对应的物理地址是多少？ 如果局域网内某个主机看到有其他路由器在寻找自己的物理地址，那么它就会做出回应。

有了IP地址和物理地址的对应关系之后，每次转发IP报文时，都会将接收方IP地址对应的物理地址填入下层报文中，这样物理层就知道怎么转发此报文了。 下一跳路由器收到此报文后，看到的依然是IP报文，但是已经完成了物理层的传输。

子网划分

由于IP地址是两层结构：网络号+主机号，在某些方面欠缺灵活性和扩展性。

比如：一个A类IP地址，包含超过1000万个主机号，但是通常一个网络内是没有这么多主机的，这就造成了很多IP地址的浪费。

另外，给每一个物理网络分配一个网络号，会造成路由器的路由表条目增多，降低了转发效率。

为了解决这些问题，有了IP子网的概念。子网的概念将IP地址从二层结构变成了三层结构。

IP地址 ::= {<网络号>,<子网号>,<主机号>}

子网扩展了网络号的长度，减少了主机号的长度。这样，就能划分出更多的网络了。

但是子网划分只是一个网络内部的事情，对于外部网络来说，它并了解这一点。因此路由器转发时，依然是根据网络号来进行转发的，只是在子网的网关时，才会根据子网号来定位到一台主机。

那么这个路由器怎么知道，子网号到底是多少呢？ 为了描述子网的划分情况，需要引入子网掩码。

子网掩码的格式同IP地址，只是子网掩码的前部分为全1，后部分为全0. 子网掩码可以描述出来，所划分的子网占用了多少位主机号来作为子网号。

例如：

145.13.3.10配合子网掩码255.255.255.0，145开头的IP地址是B类IP地址，也就是说，网络号占用了两个字节，即145.13。剩下的3.10是主机号。掩码的第三字节为255，表示网络号中的第三字节全部被用来表示子网，只有最后一个字节是主机号，于是，就可以得知，子网号为145.13.3 主机号为10.

总结为一般规律就是：IP地址和子网掩码按位与，即可得到子网号。

CIDR（Classess Inter-Domain Routing) 无分类域间路由选择

从名字可以看出，cidr划分法不再区分IP地址是属于A类还是B类等了。 cidr直接将一个32位的IP地址划分为两部分，即网络号+主机号，但是借鉴了子网掩码的思想，它提供一个整数，表示此IP地址中，网络号占多少位(可以理解为子网掩码中1的个数）

比如：128.14.35.7/20 这种写法称为CIDR记法，或称斜线记法，表示一个地址块。它除了表示出了目的地址之外，还提供了一个信息，那就是，网络号占用了前20位，主机号占用剩下的12位。在这个信息的基础上，还能继续得出，处于同一地址块的最小IP地址为128.14.32.0，最大地址为128.14.47.255.

这种IP划分方法和之前的分类方法的区别在于，分类的IP地址，可以从一个IP地址直接看出是哪一类，也就知道了这类地址空间的范围。分类的IP地址，前缀都是不同的，也就是说，最多比较前面四个字节，即可知道此IP地址的分类。但是CIDR却要采用最长匹配方法。

*:first-child {
margin-top: 0 !important;
}

body>*:last-child {
margin-bottom: 0 !important;
}

/* BLOCKS
=============================================================================*/

p, blockquote, ul, ol, dl, table, pre {
margin: 15px 0;
}

/* HEADERS
=============================================================================*/

h1, h2, h3, h4, h5, h6 {
margin: 20px 0 10px;
padding: 0;
font-weight: bold;
-webkit-font-smoothing: antialiased;
}

h1 tt, h1 code, h2 tt, h2 code, h3 tt, h3 code, h4 tt, h4 code, h5 tt, h5 code, h6 tt, h6 code {
font-size: inherit;
}

h1 {
font-size: 28px;
color: #000;
}

h2 {
font-size: 24px;
border-bottom: 1px solid #ccc;
color: #000;
}

h3 {
font-size: 18px;
}

h4 {
font-size: 16px;
}

h5 {
font-size: 14px;
}

h6 {
color: #777;
font-size: 14px;
}

body>h2:first-child, body>h1:first-child, body>h1:first-child+h2, body>h3:first-child, body>h4:first-child, body>h5:first-child, body>h6:first-child {
margin-top: 0;
padding-top: 0;
}

a:first-child h1, a:first-child h2, a:first-child h3, a:first-child h4, a:first-child h5, a:first-child h6 {
margin-top: 0;
padding-top: 0;
}

h1+p, h2+p, h3+p, h4+p, h5+p, h6+p {
margin-top: 10px;
}

/* LINKS
=============================================================================*/

a {
color: #4183C4;
text-decoration: none;
}

a:hover {
text-decoration: underline;
}

/* LISTS
=============================================================================*/

ul, ol {
padding-left: 30px;
}

ul li > :first-child,
ol li > :first-child,
ul li ul:first-of-type,
ol li ol:first-of-type,
ul li ol:first-of-type,
ol li ul:first-of-type {
margin-top: 0px;
}

ul ul, ul ol, ol ol, ol ul {
margin-bottom: 0;
}

dl {
padding: 0;
}

dl dt {
font-size: 14px;
font-weight: bold;
font-style: italic;
padding: 0;
margin: 15px 0 5px;
}

dl dt:first-child {
padding: 0;
}

dl dt>:first-child {
margin-top: 0px;
}

dl dt>:last-child {
margin-bottom: 0px;
}

dl dd {
margin: 0 0 15px;
padding: 0 15px;
}

dl dd>:first-child {
margin-top: 0px;
}

dl dd>:last-child {
margin-bottom: 0px;
}

/* CODE
=============================================================================*/

pre, code, tt {
font-size: 12px;
font-family: Consolas, "Liberation Mono", Courier, monospace;
}

code, tt {
margin: 0 0px;
padding: 0px 0px;
white-space: nowrap;
border: 1px solid #eaeaea;
background-color: #f8f8f8;
border-radius: 3px;
}

pre>code {
margin: 0;
padding: 0;
white-space: pre;
border: none;
background: transparent;
}

pre {
background-color: #f8f8f8;
border: 1px solid #ccc;
font-size: 13px;
line-height: 19px;
overflow: auto;
padding: 6px 10px;
border-radius: 3px;
}

pre code, pre tt {
background-color: transparent;
border: none;
}

kbd {
-moz-border-bottom-colors: none;
-moz-border-left-colors: none;
-moz-border-right-colors: none;
-moz-border-top-colors: none;
background-color: #DDDDDD;
background-image: linear-gradient(#F1F1F1, #DDDDDD);
background-repeat: repeat-x;
border-color: #DDDDDD #CCCCCC #CCCCCC #DDDDDD;
border-image: none;
border-radius: 2px 2px 2px 2px;
border-style: solid;
border-width: 1px;
font-family: "Helvetica Neue",Helvetica,Arial,sans-serif;
line-height: 10px;
padding: 1px 4px;
}

/* QUOTES
=============================================================================*/

blockquote {
border-left: 4px solid #DDD;
padding: 0 15px;
color: #777;
}

blockquote>:first-child {
margin-top: 0px;
}

blockquote>:last-child {
margin-bottom: 0px;
}

/* HORIZONTAL RULES
=============================================================================*/

hr {
clear: both;
margin: 15px 0;
height: 0px;
overflow: hidden;
border: none;
background: transparent;
border-bottom: 4px solid #ddd;
padding: 0;
}

/* TABLES
=============================================================================*/

table th {
font-weight: bold;
}

table th, table td {
border: 1px solid #ccc;
padding: 6px 13px;
}

table tr {
border-top: 1px solid #ccc;
background-color: #fff;
}

table tr:nth-child(2n) {
background-color: #f8f8f8;
}

/* IMAGES
=============================================================================*/

img {
max-width: 100%
}
-->