IPv4所在表现法详解

在TCP/IP协议中，IP所在是一个最根本的概念，本文就来参考《盘算机网络》谢希仁 这本书，总结一下IPv4所在表现法的发展阶段，做个读书条记。
IP所在的编址方法共颠末了三个汗青阶段：

• 分类的IP所在，这是最根本的编址方法，在1981年就通过了相应的标准协议。
  
• 子网的分别，这是对最根本的编址方法的改进，其标准RFC 950在1985年通过。
  
• 无分类编址，这是比力新的无分类编址方法，1993年提出后很快就得到推广应用。
  

传统分类的IP所在

概念

传统分类的IP所在就是将IP所在分别为多少个固定类，每一类所在都由两个固定长度的字段构成，此中第一个字段是网络号，它标志主机所毗连到的网络。第二个字段是主机号，它标志着该主机。
一个网络号在整个互联网范围内必须是唯一的。
一个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。

这里要指出，由于比年来已经广泛利用无分类IP所在举行路由选择，A类、B类和C类所在的区分已成为汗青[RFC 1812]
实在另有D类（广播所在）和E类（保存所在）本文暂不思量。
表现

几种特殊IP

• 网络号全为0（00000000）
  

IP所在中的全0表现“这个(this)”。网络号字段为全0的IP所在是个保存所在，意思是“本网络”。

• 网络号为127（01111111）
  

保存作为当地环回所在，作为本主机的历程之间通讯之用。

• 主机号全为0
  

代表整个网络自己，即本网段

• 主机号为255（11111111）
  

为广播所在，代表本网络中的全部所在
0.0.0.0 和 127.0.0.1 的普通表明：
假设你有一台服务器，IP所在为49.233.87.25，在这台服务器上你要设置一个nginx网站。
将nginx监听为0.0.0.0.0:80，那么互联网上的任何人都可以在欣赏器中访问49.233.87.25:80，来访问你的站点。
将nginx监听为127.0.0.1:80，你只能在你的服务器上，用curl 127.0.0.1:80来访问你的站点。
localhost 和 127.0.0.1
localhost 是 127.0.0.1 的域名，它俩是一个东西。
所在的指派范围

网络种别最大网络数第一个网络号末了一个网络号网络中的最大主机数A类126(2^7-2)112616777214B类16383(2^14-1)128.1191.25565534C类2097151(2^21-1)192.0.1223.225.225254标题

• IP所在空间的利用率偶然很低
  

每一个A类所在网络可毗连的主机数凌驾1000万台，而每一个B类所在网络可毗连的主机数也凌驾6万台。然而有些网络对毗连在网络上的盘算机数目有限定，根本达不到如许大的数值。
有的单位申请到了一个B类所在网络，但所毗连的主机数并不多，但是又不愿意申请一个充足利用的C类所在，来由是思量到以后大概的发展

• 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
  

每一个路由器都应当可以或许从路由表查出应怎样到达其他网络的下一跳路由器。因此，互联网中的网络数越多，路由器的路由表的项目数也就越多

• 两级IP所在不敷机动
  

偶然情况告急，一个单位须要在新的所在立即开通一个新的网络。但是在申请到一个新的IP所在之前，新增长的网络是不大概毗连到因特网上工作的。
子网的分别

为办理上述标题，从1985年起在IP所在中又增长了一个“子网号字段”，使两级IP所在酿成为三级IP所在，它可以或许较好地办理上述标题，而且利用起来也很机动。这种做法叫作分别子网
根本思绪

• 内部可见，外部稳固
  

一个拥有许多物理网络的单位，可将所属的物理网络分别为多少个子网。分别子网纯属一个单位内部的变乱。本单位以外的网络看不见这个网络是由多少个子网构成，由于这个单位对外仍旧表现为一个网络。

• IP所在 = 网络号 + 子网号 + 主机号
  

分别子网的方法是，从该网络的主机号中借用几位作为子网号，固然主机号也就相应的镌汰几位。

• 先找网络号，再找子网号
  

凡是从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报，仍旧是根据IP数据报的目的网络号找到毗连在本单位网络上的路由器。但此路由器在收到IP数据报后，再按子网号找到目的子网，把IP数据报交付目的主机。
示例

假设某单位有一个B类所在，网络所在为145.13.0.0，即表现凡目的所在为145.13.x.x的数据报都被送到这个网络上的路由器R1
这里假定子网号占用8位，即主机号还剩余8位可用。将网络分别为三个子网，145.13.3.0，145.13.7.0，145.13.21.0

子网掩码

如今有一个标题就是，假设有一个目的所在为145.13.3.10的数据报转发到了路由器R1，哪R1怎样将其转发到子网145.13.3.0呢？
由于32位的IP所在自己以及数据报的首部都没有包罗任何有关子网分别的信息，以是为了办理上述标题，必须引入额外信息，这就是子网掩码。

IP所在和子网掩码按位与（AND），即可得到网络号。
如今因特网的标准规定：全部的网络都必须利用子网掩码，同时在路由器的路由表中也必须有子网掩码这一栏。
如果一个网络不分别子网，那么该网络的子网掩码就利用默认子网掩码。默认子网掩码中1的位置和IP所在中的网络号字段恰好相对应。
A类所在，默认子网掩码 255.0.0.0
B类所在，默认子网掩码 255.255.0.0
C类所在，默认子网掩码 255.255.255.0
路由转发

要留意，利用子网分别后，路由表必须包罗以下三项：目的网络所在，子网掩码，和下一跳所在。

源主机H1（128.30.33.13）向目的主机H2（128.30.33.138）发送数据时的过程如下：

• 目的IP所在与网络1的子网掩码按位与得到128.30.33.128，不便是网络1的所在128.30.33.0，即H1和H2不在同一个子网内，以是数据转发给路由器R1
  
• R1收到数据报后，逐行查抄路由表，终极发现128.30.33.138和255.255.255.128按位与，得到128.30.33.128，匹配第二行，以是R1将数据报从接口1直接交付给目的主机H2
  

标题

分别子网在肯定程度上缓解了因特网在发展中遇到的困难。但是在1992年因特网仍旧遇到如下标题：

• B类所在在1992年已分配了近一半，眼看很快就将全部分配完毕！
  
• 因特网主干网上的路由表中的项目数急剧增长（从几千个增长到几万个）。
  

无分类编址CIDR

概念

CIDR消除了传统的A类、B类和C类所在以及分别子网的概念，把32位的IP所在分别为两个部分，前面是网络前缀，用来指明网络，背面的部分用来指明主机。CIDR是无分类的两级编址，IP所在 = 网络前缀 + 主机号
CIDR计法在IP所在背面加上斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数
所在块

CIDR把网络前缀都雷同的连续的IP所在构成一个“CIDR所在块”，我们只要知道所在块中的任何一个所在，就可以知道这个所在块的起始所在和最大所在，以及所在块中的所在数。
举例：
已知128.14.35.7/20是某CIDR所在块中的一个所在
128.14.35.7/20 = 10000000000011100010001100000111
可知：
最小所在：128.14.32.0 = 10000000000011100010000000000000
最大所在：128.14.47.255 = 10000000000011100010111111111111
所在数：2^12个
所在掩码

为了更方便地举行路由选择，CIDR利用32位的所在掩码，所在掩码由一串1和一串0构成，而1的个数就是网络前缀的长度。
比方，/20所在块的所在掩码是：11111111 11111111 11110000 00000000（20个连续的1）
留意：固然CIDR不再利用子网，但是由于如今一些网络还利用子网分别和子网掩码，因此CIDR利用的所在掩码也可以继承称为子网掩码。
“CIDR倒霉用子网”是指CIDR并没有在32位所在中指明多少位作为子网字段。但分配到一个CIDR所在块的单位，仍旧可以在本单位内根据须要分别出一些子网。
这些子网也都只有一个网络前缀和一个主机号字段，但子网的网络前缀比整个单位的网络前缀要长些。
比方，某单位分配到所在块/20，就可以再继承分别为8个子网（即须要从主机号中借用3位来分别子网）。这时每一个子网的网络前缀就酿成23位（原来的20位加上从主机号借来的3位），比该单位的网络前缀多了3位。
所在聚合

如上图所示，假定某ISP拥有所在块206.0.64.0/18（相当于有64个C类网络）
ISP可以给该大学分配一个所在块206.0.68.0/22（相当于有4个C类网络）
这个大学然后可自由地对本校的各系分配所在块
而各系还可再分别本系的所在块
CIDR的所在块分夫妇然不易看清，这是由于网络前缀和主机号的界限不是恰好出如今整数字节处，只要写出二进制表现情势，就清晰了
从上图就可以清晰地看出所在聚合的概念。这个ISP共拥有64个C类网络。如果不接纳CIDR技能，则在与该ISP的路由器交换路由信息的每一个路由器的路由表中，就须要有64个项目。（如第二节中的R1路由器，路由表中就有三个子网的信息）
但接纳所在聚合后，就只需用路由聚合后的一个项目206.0.64.0/18就能找到该ISP。（即构成超网）
最长前缀匹配

在CIDR中，由于接纳了网络前缀这种记法，IP所在由网络前缀和主机号这两部分构成。因此路由表的每条纪录由网络前缀和下一跳构成。
但是，在查找路由表的时间，大概有多条纪录匹配，应当从匹配效果中选择具有最长网络前缀的路由，即最长前缀匹配。