IP地址之IPv4

一、概述

  IP地址有IPv4和IPv6兩個版本，目前我們通常所說的IP地址是指IPv4。

  IP地址由32位的二進制數組合而成，為了方便人類記憶，將二進制轉換成4個十進制的數值。

  在這32位數據中分為網絡號與主機號兩個部分。

二、IP的分級

  IP網段分為五個等級，其定義如下：

  A類：規定前面8位為網絡地址，后面的24位為主機地址，并且網絡地址必須以0開頭。如下所示：

    二進制表示：0xxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx

    十進制表示：0.xx.xx.xx – 127.xx.xx.xx

  B類：規定前面16位為網絡地址，后面16位為主機地址，并且網絡地址必須以10開對。如下所示：

    二進制表示：10xxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx

    十進制表示：128.xx.xx.xx – 191.xx.xx.xx

  C類：規定前面24位為網絡地址，后面8位為主機地址，并且網絡地址必須以110開對。如下所示：

    二進制表示：110xxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx

    十進制表示：192.xx.xx.xx – 223.xx.xx.xx

  D類：網絡地址必須以1110開對。如下所示：

    二進制表示：1110xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx

    十進制表示：224.xx.xx.xx – 239.xx.xx.xx

  E類：網絡地址必須以1111開對。如下所示：

    二進制表示：1111xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx

    十進制表示：240.xx.xx.xx – 255.xx.xx.xx

  常用的只有A、B、C三個等級，D類用于組播，E類是保留網段。

  另外，A類中127.0.0.0這個網段用于測試操作系統，稱為環回地址。

三、私有IP

  為了滿足企業內部IP地址使用的需求，IPv4規劃了三段私有IP地址，這些IP地址不能在公網上使用，只能用于局域網內部。

  A類：10.0.0.0-10.255.255.255

  B類：172.16.0.0-172.31.255.255

  C類：192.168.0.0-192.168.255.255

四、子網掩碼

  IP是有等級的，如果我們使用A類的網段，此網段可容納的主機數量為2^24-2臺主機，先不考慮企業是否有這么多臺主機，假設真的將這么多臺主機接入到一個局域網中，這個網絡基本上沒有辦法正常工作了，因為會有大量的廣播包會在網絡中傳輸。

  我們可以將一個大的IP段劃分為多個小的IP段還分隔廣播域?？梢詮闹鳈C地址中借位來充當網絡地址，從而劃分出多個子網，這時就要借助于子網掩碼了。

  子網掩碼也是由32位二進制數組成，其中1代表網絡位，0代表主機位。例如：C類地址192.168.0.255其二進制格式為：

  IP：    11000000.10101000.00000000.11111111

  子網掩碼：11111111.11111111.11111111.00000000

  將其轉換成十進制數為：255.255.255.0

  上例中的192.168.0.255這個IP地址的主機位全部為1，這種主機位全部為1的IP地址稱做廣播地址，與其對應的是主機為全部為0的IP址（192.168.0.0），稱做網絡地址。

  每個網絡段中都有一個主機地址和一個網絡地址，這兩個地址是不可以使用的，所有每個網段可用IP是數量是2^n-2，n表示主機位數。

五、子網劃分

  了解了子網掩碼的概念后，就可以進行子網劃分了。前面介紹了子網劃分其實就是向主機位借位劃分多個網絡的過程。

  以192.168.0.0/255.255.255.0這個網段為例，將它劃分成2個子網的方法如下：

  2個子網其含義是子網掩碼要向主機位借的位數只需要有兩種變化即可，即2^n=2，可以得到n=1，這個n就是借位的數量。由此可知，子網劃分的數量都是能2的n次方計算的。

  192.168.0.0  => 11000000.10101000.00000000.00000000  

  255.255.255.0 => 11111111.11111111.11111111.00000000

  由上面的計算結果可知，需要向主機位借一位，借位順序為由左至右，第一個子網為：

  11000000.10101000.00000000.00000000 => 192.168.0.0

  11111111.11111111.11111111.10000000 => 255.255.255.128

  第二個子網為：

  11000000.10101000.00000000.10000000 => 192.168.0.128

  11111111.11111111.11111111.10000000 => 255.255.255.128

  上面使用二進制的方法進行計算，其實還可以直接使用十進制方法進行計算。用十進制方法計算上面的例子：

  以256為標準進行計算，主機段分為兩個子網就用256/2=128，這個128就是第二個子網的網絡地址了。

  如果將192.168.0.0/255.255.255.0劃分出4個子網也就是子網掩碼有26位的情況，直接用256/4=64，得到每個子網有64個IP地址，那么這4個子網分別為：

  192.168.0.0/255.255.255.192

  192.168.0.64/255.255.255.192

  192.168.0.128/255.255.255.192

  192.168.0.192/255.255.255.192

六、無類別域間路由CIDR

  CIDR的目的是將一組子網信息合并為一條較大的網絡段，其目的是減少路由的條目。

  以192.168.0.0/255.255.255.0為例，其CIDR的寫法為：192.168.0.0/24

  在上面的劃分子網的例子中，四個子網的CIDR寫法為：

    192.168.0.0/26

    192.168.0.64/26

    192.168.0.128/26

    192.168.0.192/26