IP 地址详解（IPv4IPv6）

Posted 2022-12-15 鱼丸丶粗面

文章目录

• 1 概述
• 2 IP 地址结构
• • 2.1 IPv4 地址结构
  • 2.2 IPv6 地址结构
• 3 IP 地址管理
• • 3.1 地址分类策略：A、B、C、D、E 类
  • 3.2 无分类策略：CIDR
  • 3.3 地址分类策略 和 无分类策略 相结合

1 概述

• IP地址：Internet Protocol Address（互联网协议地址 或 网际协议地址）
• 为互联网上每一个网络和每一台主机分配一个 逻辑地址，以此来屏蔽 物理地址 的差异

2 IP 地址结构

2.1 IPv4 地址结构

• 地址位数及表示方法：IPv4 地址用 32位二进制数 来表示一台网络设备，为了方便记忆，常用 “点分十进制” 的形式表示
• 地址数量不够：IPv4 地址最多支持 2^32 ≈ 43亿 个网络设备同时接入，这个数量在最初是够用的，但随着互联网行业的发展，这个数量就不够了。
• 两种解决办法：
  • NAT 协议（Network Address Translation，网络地址转换）：IP + 端口号，实现 ip 复用
  • 迁移至 IPv6：直接扩充至 128位二进制，2^128 ≈ 世间万物

2.2 IPv6 地址结构

• IPv6 的地址长度为 128 位，是 IPv4 地址长度的 4 倍。于是 IPv4 点分十进制格式不再适用，采用十六进制表示，有 3 种表示方法
• 一、冒分十六进制表示法
  • 格式：X:X:X:X:X:X:X:X，每个 X 表示 16 个二进制数（128 = 16 * 8）
  • 注意：每个 X 的 前导 0 是可以省略的，例如：
  • 2001 : 0DB8 : 0000 : 0023 : 0008 : 0800 : 200C : 417A →
  • 2001 : DB8 : 0 : 23 : 8 : 800 : 200C : 417A
• 二、0 位压缩表示法
  • 将 连续很长 的一段 0 压缩为 "::"。且为保证地址解析的唯一性，"::" 只能 出现一次，例如：
  • FF01 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 1101 → FF01 :: 1101
  • 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 1 → ::1
  • 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 → ::
• 三、内嵌 IPv4 地址表示法
  • 为了实现 IPv4-IPv6 互通，IPv4 地址会嵌入 IPv6 地址中，前 96 位采用 冒分十六进制 表示，最后 32 位 依然采用 IPv4 的 点分十进制
  • 格式：X:X:X:X:X:X:d.d.d.d，例如：
  • ::192.168.0.1 和 ::FFFF:192.168.0.1

3 IP 地址管理

3.1 地址分类策略：A、B、C、D、E 类

类别	IP 地址范围	最大主机数	私有 IP 地址范围
A	0.0.0.0 ~ 127.255.255.255	2^24 - 2 = 16777214	10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
B	128.0.0.0 ~ 191.255.255.255	2^16 - 2 = 65534	172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
C	192.0.0.0 ~ 233.255.255.255	2^8 - 2 = 254	192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

IP 地址范围：分类号 + (最小：网络位全为 0，最大：网络位全为 1)，例如
A 类：分类号 = 0，最小 00000000 = 0，最大 01111111 = 127
B 类：分类号 = 10，最小 10000000 = 128，最大 10111111 = 191
C 类：分类号 = 110，最小 11000000 = 192，最大 11011111 = 223
其它：0 = 00000000（8 个 0），255 = 11111111（8 个 1）

主机数 为啥要 减少 2 ？因为：在每个网络中，有 2 个 IP 地址不能被分配，留作他用，如：
主机号全 0：指定某个网络本身
主机号全 1：指定某个网络的所有主机（用于广播）

3.2 无分类策略：CIDR

• 无分类策略的实现：CIDR 协议（Classless Inter-Domain Routing，无类别域间路由）
• 无分类策略方案：
  • 32 位 IP 地址被使用者 按需任意划分 为两部分，同样，前面是 网络号，后面是 主机号
  • 提高了 IP 地址的分配效率，解决了 IP 地址资源紧张的局面
• 无分类策略地址划分
  • 对于人类：采用 a.b.c.d/n 的形式表示，其中 n 表示 前 n 位为网络号
  • 对于机器：采用 子网掩码 的形式表示，网络位均为 1，主机位均为 0。因此，将子网掩码与 IP 地址 相与，即可得到 IP 地址的网络号

参数	取值	说明
可用地址个数	254	2^8 - 2（特定地址）
子网掩码	255.255.255.0	简称 24，详见下列子网掩码表
网络号	10.100.122.0	特定地址，不做分配
第一个可用地址	10.10.122.1
最后可用地址	10.100.122.254
广播地址	10.100.122.255	特定地址，不做分配

默认子网掩码表：

类别	默认子网掩码	子网掩码简写	二进制表示
A 类	255.0.0.0	8 位	11111111 00000000 00000000 00000000
B 类	255.255.0.0	16 位	11111111 11111111 00000000 00000000
C 类	255.255.255.0	24 位	11111111 11111111 11111111 00000000

3.3 地址分类策略 和 无分类策略 相结合

• 由于分类策略已经使用了很长时间，很难直接推倒之前的 ABCDE类网划分
• 可行的做法是将两种分类策略融合在一起工作，而这就是我们今天使用 IP 地址的策略
• 明显的区别：灵活划分若干子网