IP地址分类和路由表

Posted 2020-12-17 k5210202

IP地址

ip地址是ip协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的网络设备分配一个用来通信的地址。目前有ipv4和ipv6两种。

ipv4

ipv4 是一个32位数二进制数，占4个字节大小，由于用一个大整数不方便记忆和使用，于是采用了点分10进制表示方法，及将其拆分为4个字节，每个字节为一个0-255的10进制数字，并用.分隔。

ip地址又分为公网地址和私网地址，公网地址需要向因特网信息中心请求，可以直接在互联网上使用。私网地址只能在组织内部的局域网中使用。不能超过该范围。

子网掩码(mask)

子网掩码的作用主要用来划分一个ip地址的网络号和主机号，划分的方式是将子网掩码进行位与运算，得到的结果就是网络号。一般的子网掩码为255.255.255.0,或者255.255.0.0形式，也有其他的子网掩码。假如ip地址为120.78.239.100的ip地址的子网掩码为255.0.0.0，则相与计算之后的结果为120.0.0.0，这个结果便是网络号。主机号则为后面三位0的位置。

网关（GATEWAY）

网关又称为网间连接器，协议转化器，在网络层上是实现网络互联。网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。两个处于不同网络段的主机是无法进行通信的，通信需要经过网关和硬件层面上的路由器实现。如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中，就把数据包转发给它自己的网关，再由网关通过具有路由功能的设备（路由器，具有路由协议的设备，代理服务器）转发给网络B的网关，网络B的网关再转发给网络B中的对应主机。

ipv6

IPv4地址使用四字节描述，所能组合的个数也是有限的，所以ipv4地址在现代互联网的试用下几乎消耗殆尽，开始无法满足人们对ip地址的需求，于是出现了ipv6地址协议，ipv6使用了128位二进制数表示，基本解决了IP地址短缺的情况，但是目前还存在诸多的协议问题。

ipv6使用冒号表示法：将4个16进制数分为一组，一共8组，并采用冒号分割的表示的方式。形如fd23:34ab:babe:cd89:4c2b:0:0:23de的表示形式，地址中连续的0也可以省略，但仅可省略一处，省略处使用两个::分割即可，即fd23:34ab:babe:cd89:4c2b::23de。0.0.0.0.0.0.0.1
也等价于::1

ip地址的分类

ip地址根据不同的段划分为ABCDE5类，

A类

第一字节为网络位，子网掩码为255.0.0.0，且IP地址第一个字节第一位必须为0，即

	二进制表示	十进制表示
起始	00000001 00000000 00000000 00000000	0.0.0.0
结束	01111111 11111111 11111111 11111111	127.255.255.255

 

第一字节为网络位，除去127本地回环地址，网络ID共有126个，每个网络号有 256^3 - 2 = 1677714个主机号（减去一位主机号和广播号）

B类

前两个字节为网络号，即子网掩码255.255.0.0，且前两位必须为10打头，即

	二进制表示	十进制表示
起始	10000000 00000000 00000000 00000000	128.0.0.0
结束	10111111 11111111 11111111 11111111	191.255.255.255

 

前两位为网络号，所以网络ID有2^{14=16384个网络，每一网络中的主机个数为：256}2 -2 = 65534

C类

前三个字节为网络位，子网掩码为255.255.255.0，前三位为110

	二进制表示	十进制表示
起始	11000000 00000000 00000000 00000000	192.0.0.0
结束	11011111 11111111 11111111 11111111	223.255.255.255

 

前三位为网络号，所以网络号共有2^21 = 2097152个，每个网络号中有256-2=254个主机号

D类

多播地址，最高位前4位为1110，那么地址范围为

	二进制表示	十进制表示
起始	11100000 00000000 00000000 00000000	224.0.0.0
结束	11101111 11111111 11111111 11111111	239.255.255.255

E类

实验用地址

主要关注A、B、C三类地址，在这些地址中，还包括了一些私有地址范围

类别	最大网络数	IP地址范围	单网段最大主机数	私有地址范围
A类	126	0.0.0.0-127.255.255.255	167777214	10.0.0.0-10.255.255.255
B类	16384	128.0.0.0-191.255.255.255	65534	172.16.0.0-172.31.255.255
C类	2097152	192.0.0.0-223.255.255.255	254	192.168.0.0-192.168.255.255

 

除了以上部分私有地址，还包括部分特殊的地址。

• 255.255.255.255为限制广播地址，该地址只能在本网络内部。

• 127.x.x.x的地址为我们电脑的本地回环，这个地址只能在本地主机上使用。

• 169.254.x.x 是在window中使用DHCP动态获取IP失败后，将会被随机分配一个这样的临时地址。

路由Routing简介

两个网络之间的通信就需要路由，也就是需要路由器，通过路由器去转发这些需要跨网络的数据包，在路由器上维护着路由表，他知道根据什么的路径可以将数据包发往目的地址。

在本机上可以常看这个路由表的信息，cmd命令行中使用route print，Linux中使用route -n查看。

 

 每一行消息就是一条路由表信息，都与该主机上网卡中的配置关联，网卡配置文件的路径为 /etc/sysconfig/network-scripts ，以上两条路由信息，从最后字段iface可以看出由配置文件中的ifcfg-ens33路由产生。Destination表示目标网段，Geteway表示去往目的地应该使用经过的网关，网关只有在Flag字段中带有G标记才有意义，否则就是0.0.0.0，因为第二条记录是一个本地网络，所以可以直接直接到达。

 

 

 文件中包括以下几行内容，IP地址，掩码和网关配置，与路由表中的信息匹配。

路由表如何工作的

假如我们需要在本机上需要连接百度服务器和或本地网络中的一个192.168.236.200的主机，通过ping命令可以看到百度的IP地址为：39.156.69.79。

 

 如果想要到达百度服务器，如何知道如何进行路由。查看路由表，将目的的ip地址与Genmask做按位与操作，首先会匹配掩码更长的，也就是上面的255.255.255.0， 如果长度相同，根据Metric值匹配的顺序，按位与后将结果与Destination字段值比较，如果相同，则使用该条路由。访问百度服务器时候，优先匹配第二条信息，位于过后显然结果不同，所以比较第一条，结果刚好相同，而该条记录的网关为192.168.236.2，则该消息将会到该网关的路由表中继续查询匹配，由此经过若干节点到达百度的服务器。

而当我们使用ping访问本地网络中的一个主机时，第二条路由信息将会被匹配，表示在同一网段的，直接转发即可。

路由器

路由器的所有端口都可以绑定一个ip地址，每一个ip地址位于不同的网络中，由此路由器可以将两个网络进行连接。连入的一个网络的设备可以动态和静态分配ip地址。动态分配一般有DHCP动态路由协议完成，会自动分配一个ip地址给该设备，或者通过路由协议动态计算，并不断更新路由表完成。也可以由用户手动指定一个ip地址。