一、網(wǎng)絡(luò)模型介紹

在計算機網(wǎng)絡(luò)中有著名的OSI七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，概念清楚，理論完整，但是它既復(fù)雜又不實用。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)則不同，得到了廣泛的應(yīng)用。最終結(jié)合OSI和TCP/IP的優(yōu)點，采用了一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)，本文的講述的IP都是基于五層協(xié)議模型中的網(wǎng)絡(luò)層。

二、分類的IP地址

IP地址的表示方法

IP地址就是給英特網(wǎng)上的每個主機(路由器)的每個接口分配一個在全世界范圍內(nèi)是唯一的32位的標(biāo)識符。其組成第一個字段是網(wǎng)絡(luò)號，第二個字段是主機號。一個主機號在前面的網(wǎng)絡(luò)號所指明的網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)必須是唯一的，所以一個IP地址在整個網(wǎng)絡(luò)中都是唯一的。目前分為A、B、C、D、E 五類IP地址。

• 在A、B、C 三類地址中灰色的部分即為網(wǎng)絡(luò)號，網(wǎng)絡(luò)號的前三位是類別位，分別是0,10，110。也就是說我們可以憑借這個類別位置來判斷網(wǎng)絡(luò)類別。
• 32位的總長度，由于A、B、C 三類網(wǎng)絡(luò)號的長度的不同，導(dǎo)致A、B、C 類地址的主機號字段的字節(jié)數(shù)分別為3、2、1(一個字節(jié)8位)。
• D 類地址的網(wǎng)絡(luò)號為1110，用于多播(一對多通訊)。
• E 類地址的網(wǎng)絡(luò)號為1111，保留以后使用。

因此我們一般使用的就是ABC三類網(wǎng)絡(luò)地址，IP地址是32位的二進制代碼，為了提高可讀性，把32位的IP地址中的每8位用等效的十進制表示出來(點分十進制)，于是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷腎P地址就出現(xiàn)了。例如：IP地址，128.11.3.31，轉(zhuǎn)化為二進制為 100000000 00001011 00000011 00011111 ，可以看出類別位為 10，可以判斷為一個B類地址。

三、常用IP地址的指派范圍

1. 網(wǎng)絡(luò)號指派范圍

(1) A類地址網(wǎng)絡(luò)號占用一個字節(jié)，但是由于有一位是類別位，只有7位可供使用，但是由于規(guī)定，網(wǎng)絡(luò)字段全0是個保留字段表示本網(wǎng)絡(luò)，而127(01111111)是另外一個保留字段，作為本地軟件的環(huán)回測試。

我們常見的127.0.0.1表示本機，原因也是出自這里。

所以A類地址可以指派的網(wǎng)絡(luò)號個數(shù)為(27-2).

(2) B類網(wǎng)絡(luò)地址網(wǎng)絡(luò)號有兩個字節(jié)，前兩位為10已經(jīng)固定，只剩下14位可用，由于這14位無論怎么取值都不會使得網(wǎng)絡(luò)號為全0或者全1，單實際上規(guī)定，規(guī)定B類最小網(wǎng)絡(luò)地址為128.1.0.0。

因此B類地址可指派的網(wǎng)絡(luò)號個數(shù)為(214-1).

(3) C類地址有3個字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)字段號，前三位固定110，只有剩下21位可用，同樣C類地址可指派的最小網(wǎng)絡(luò)地址也是192.0.1.0。

因此C類地址可指派的網(wǎng)絡(luò)號個數(shù)為(221-1).

2. 主機號指派范圍

由于主機號有規(guī)定，全0的主機號代表IP地址是“本主機”所連接到的單個網(wǎng)絡(luò)地址(例，一主機地址為5.6.7.8，則該主機所在的網(wǎng)絡(luò)地址為5.0.0.0)，而全1則表示“所有的”，即表示該網(wǎng)絡(luò)上的所有主機。

• A類地址的主機號是由三個字節(jié)，24位組成，所以每一個A類網(wǎng)絡(luò)中可分配的主機個數(shù)為(224-2).
• B類地址的主機號是由兩個字節(jié)，16位組成，所以每一個B類網(wǎng)絡(luò)中可分配的主機個數(shù)為(216-2).
• C類地址的主機號是由一個字節(jié)，8位組成，所以每一個C類網(wǎng)絡(luò)中可分配的主機個數(shù)為(28-2).

3. 總結(jié)IP指派范圍

綜上網(wǎng)絡(luò)號和主機號的指派描述可知，IP地址空間共有232個地址。

• 所有A類地址共有(27-2)∗∗(224-2)個，大約231，占50%;
• 所有B類地址共有(214-1)∗∗(216-2)個，大約230,占25%;
• 所有C類地址共有(221-1)∗∗(28-2)個，大約229,占12.5%;

• 所以可以這樣來表示一個A類IP地址 n.x.y.zn.x.y.z，若1≤n≤1261≤n≤126，0≤x,y,z≤2550≤x,y,z≤255，其中 x,y,zx,y,z不同時為0也不能同時為255.
• 所以可以這樣來表示一個B類IP地址 n.m.x.yn.m.x.y，若128≤n≤191128≤n≤191，0≤m≤2550≤m≤255，0≤x,y≤2550≤x,y≤255，其中 I. 當(dāng)n=128n=128時，m≠0m≠0; II. x,yx,y不同時為0也不能同時為255;
• 所以可以這樣來表示一個C類IP地址 n.m.k.xn.m.k.x，若192≤n≤223192≤n≤223，0≤m,k≤2550≤m,k≤255，1≤x≤2541≤x≤254，其中 當(dāng)n=192n=192時，k≠0k≠0.

4. IP地址和硬件地址

從層次角度來看，硬件地址是數(shù)據(jù)鏈路層和物理層使用的地址(常稱作MAC地址)，而IP地址是網(wǎng)絡(luò)層和以上各層使用的地址，是一種邏輯地址。在網(wǎng)絡(luò)層我們進行數(shù)據(jù)報文從IP1傳輸?shù)絀P2，無論我們中間經(jīng)過多少次轉(zhuǎn)發(fā)，從網(wǎng)絡(luò)層來看，源地址始終是IP1，目的地址始終是IP2。但是從數(shù)據(jù)鏈路層來看，顯然就不是這樣了，這些是物理地址，很有可能從源節(jié)點經(jīng)過多次中間節(jié)點的物理地址的轉(zhuǎn)變才能到達目的節(jié)點。而IP地址和物理地址的之間的轉(zhuǎn)化則需要依靠兩個重要的協(xié)議ARP(地址解析協(xié)議)，RARP(逆地址解析協(xié)議)。IP地址通過ARP轉(zhuǎn)化成物理地址，物理地址可以通過RARP轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的IP地址。

四、子網(wǎng)和超網(wǎng)

簡單的來說就是如何來管理一個IP地址下的多臺主機。

1. 子網(wǎng)

現(xiàn)在假設(shè)這樣一個場景，一個數(shù)據(jù)報起目的地址是145.13.3.10(在子網(wǎng) 145.13.3.0中)，已經(jīng)到達路由器R1(145.13.0.0)，那么這個路由器怎么將它轉(zhuǎn)發(fā)到145.13.3.0呢?我們并不知道目的地址是否進行了子網(wǎng)的劃分。這就引出了子網(wǎng)掩碼的概念了，子網(wǎng)掩碼也是32位，由一串1和0組成，子網(wǎng)掩碼中的1對應(yīng)于IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號位置+子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號位置，子網(wǎng)掩碼中的0對應(yīng)與IP地址中現(xiàn)在的主機號位置。我們只要將IP地址和子網(wǎng)掩碼進行“與”運算，如果進行子網(wǎng)的劃分，就立刻得出要找的子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址，如果沒有進行子網(wǎng)劃分(有默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼)，則直接能夠得出該IP地址的網(wǎng)絡(luò)地址出來。

• A類地址的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼是255.0.0.0
• B類地址的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼是255.255.0.0
• C類地址的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼是255.255.255.0

2. 超網(wǎng)

無分類編址CIDR，使用變長的子網(wǎng)掩碼，可以進一步提高IP地址的資源利用率。有兩個特點：

• 第一，消除了傳統(tǒng)的ABC類地址及劃分子網(wǎng)的概念，CIRD把32位的IP地址劃分成為兩個部分，網(wǎng)絡(luò)前綴和剩下的部分，表示方法為，在IP地址后面加上“/”，然后寫上網(wǎng)絡(luò)前綴所占位數(shù)。
• 第二，把網(wǎng)絡(luò)前綴相同的IP地址組成一個CIDR地址塊，例如，IP地址 128.14.35.7/20 用二進制表示 100000000 00001110 00100011 00000111，所以我們很容易可以得出這塊地址中最小地址為128.14.32.0,即 100000000 00001110 00100000 00000000，最大地址為128.14.47.255，即 100000000 00001110 00101111 11111111.

為了更加方便進行路由選擇，CIDR使用32位的地址掩碼，1的個數(shù)就是網(wǎng)絡(luò)前綴的長度，如上面所舉例中的/20的地址塊的地址掩碼是 11111111 11111111 11110000 00000000因此可以看出，網(wǎng)絡(luò)前綴越短，其地址塊所包含的地址就越多，這樣可以根據(jù)實際情況更加有效的分配IPv4的地址空間。