重新认识 IP地址

Posted 2022-09-20 苦糖?

一、什么是网段划分

从上面的例子可以知道，网络号就相当于 院系专业，主机号就相当于班级序号。网段划分就是将整个网络划分为多个区域，这些区域我们称为“子网”。每一个子网中的主机有相同的网络号，以及不能重复的主机号。主机号标识了在该网段内的唯一性，就好比一个专业里，不会出现两个9班3号的学生，但是不同专业的班级序号是可以相同的。

二、如何分配子网中的IP？

当一个子网中新增一台主机的时候，分配IP地址的时候必须要保证主机号不同，但是手动分配过于麻烦，为了解决这个问题，我们提出了技术叫做DHCP，这种技术可以自动给子网内新增主机节点分配IP地址，避免了手动管理的不便。

以我们使用手机连接WiFi为例，我们输入Wifi密码验证合法性，其实就是在访问一个网段里的路由器，当验证通过的时候，此时路由器会未被使用的IP地址中挑出一个分配给你的手机，充当一个临时IP，路由器分配IP的过程就是DHCP技术的作用过程。

补充：我们要发送消息给别人，其实是先传递给路由器，然后由路由器传递到其他网段；除此之外，路由器会给验证通过的主机分配一个临时IP地址用于通信。

三、IP地址的分类

1、早期划分方式

(1) 早期分类方式

最早是将IP地址划分为五类。为了划清每一类的界限，每一类的最开始的一个或者几个比特位是固定的。

A类： 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255

B类：128.0.0.0 ~ 191.255.255.255

C类：192.0.0.0 ~ 223.255.255.255

D类： 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

E类： 240.0.0.0 ~ 247.255.255.255

(2) 早期分类的局限性

但是这种划分方式也存在局限性，很多组织都申请 B类地址，因为B类的主机号是16位，理论上一个子网内可以容纳的主机数是65536，相对于A类和C类比较中规中矩。这就导致B类地址很快就被申请完了。

除此之外，实际上一个子网内不会存在6万多台主机，这就导致一个子网内有大量的IP地址被浪费了。

2、CIDR划分（子网掩码划分）

(1) 基本思路

为了减少一个子网中被浪费的IP地址数，我们后来引入了子网掩码来区分网络号和主机号。区分A类和B类的主要特点是最开始固定的几个比特位，而并非网络号和主机号的位数，因此网络号分配多少位，主机号分配多少位是由我们自己决定的。

以B类为例，假设一个子网内实际没有 65536 台主机，可以将主机号的一个比特位分给网络号，网络号多了一位就相当于新增了两个子网，这新增的两个子网可以用到其他地方。

(2) 实现方式

仍然以上述为例，我们要将B类IP地址的主机号分一位给网络号，其实我们可以将IP地址和 一个32位二进制数 “按位与”，保留部分就是 网络号，此时新网络号所在网段可以有的主机数就是 32768。其中用到的某个二进制数就是“子网掩码”

再比对一下前后的子网IP的取值范围：补充： 关于子网掩码的实际使用，可以参考：基于现有路由表进行路由转发的过程

四、IP地址的数量限制

IP地址是一个32位的正整数，转换成十进制大概是43亿左右，如果每一个设备都分配一个IP地址，很显然现有的IP地址是无法满足需求的，尽管子网掩码的划分方式一定程度上缓解了IP地址不够用的问题（提升利用率，减少浪费），但IP地址枯竭问题依然存在。

下面介绍其他三种方式来缓解IP地址不够用的问题。

动态分配IP地址：只给接入网络的设备分配IP地址，断开连接以后将IP地址回收

NAT技术

IPv6：IPv6并不是IPv4的简单升级版。这是互不相干的两个协议，彼此并不兼容；IPv6用16字节128位来表 示一个IP地址，但是目前IPv6 比特科技 还没有普及。

五、私有IP地址和公网IP地址

如果一个企业内部要组件一个局域网用于内部通信，但是不接入网络，这样的话，该局域网内部使用任意的IP地址都可以。关键在于不能接入网络。RFC 1918规定了用于组建局域网的私有IP地址：

10.*，前8位是网络号，共16777216个地址

172.16.* 到 172.31.*，前12位是网络号，共1048576个地址

192.168.*，前16位是网络号，共65,536个地址

该范围内的都是私有IP，其余的则称为公网IP（全局IP）