HCIA学习笔记（六）：IP编址基础概念

一、关于IP地址的认识

1.网络层的主要作用：实现终端节点之间（即点对点end-to-end）的通信。因为是点对点，所以会涉及到IP编址的问题。

2.IP地址在网络中用于标识一个节点，是网络设备接口的属性，当我们需要给某台设备分配一个IP地址时，实质上是指给这台设备的某个接口分配一个IP地址，若某个设备有多个接口，通常每个接口都需要一个IP地址。需要使用IP地址的接口，通常是路由器和计算机的接口。

3.IP地址相对于MAC地址是更高层面的地址，IP地址是最终通信地址。

（1）为什么需要IP地址，为什么MAC地址不能成为最终通信地址：因为存在两终端是否分属于不同的二层数据链路层的问题。
例如：端A到端B，且端A在局域网中，使用以太网技术，有MAC地址，而端B在互联网，广域网中，使用PPP或HDLC的数据链路层技术，而这两个技术无MAC地址，此时若使用MAC地址通信就会有问题，所以在网络层中需要设计一个地址来脱离，避免，忽略掉链路层地址的限制，这个地址就是IP地址。

（2）在早期网络中，组网技术很多，各种实现技术很多，所以必须确定一个最终地址即IP地址。虽然现在是以局域网中的以太网技术为主流。（以太网只是链路层技术的一种，且是局域网中技术的一种。）

（3）IP地址出现的作用就是在复杂的网络环境中能将数据包发给最终的目标地址。

二、IP地址的表示（IPv4）

1.一个IPv4地址有32bit，由4个字节组成。（此长度由IP报文所决定）

2.IP地址采用点分十进制表示。（这是IP地址唯一的统一的表示方法）：用点“.”分隔成4段，每组的8个bit用十进制来表示。（例：0.0.0.0）（受到点分十进制的影响，4个数字中每个数字最大不超过255，否则报错）

三、IP地址的构成（IPv4）

1.由两部分构成，分别是网络部分与主机部分。

2.网络部分（网络号）：用于标识一个网络。区别于地理位置，网络号相同的设备，无论实际所处地理位置如何，均处于同一个网络中。

3.主机部分（主机号）：用于区分于同一网络内的不同主机。（即主机的编号，唯一标识网段上的某台设备的主机接口）

4.任给一个IP地址无法区别其网络部分和主机部分。

5.网络掩码（Netmask），又称子网掩码（Subnet Mask）：用于区别任给一个IP地址的网络部分和主机部分（子网掩码的核心作用）。

（1）网络掩码由32个bit组成，与IP地址位数一致。
（2）网络掩码由点分十进制表示，与IP地址表示一致。
（3）网络掩码不是IP地址。
（4）网络掩码特点鲜明：1和0必须连续出现（1与0不能混杂）；网络掩码中的1对应IP地址中的网络位，1的个数称为这个网络掩码的位数；0对应主机位。

由此特点，子网掩码只有以下特殊值，无其他可能：

（5）网络掩码与IP地址一般成对出现，任给一个IP地址，需要再同步出现一个子网掩码，才能认识一个IP地址的全部；

（6）判断一个子网掩码是否正确：确认1是否连续（1与0不能间隔）。
例子如下：
255.240.0.0（对）：11111111 11111111 11110000 00000000
其连续1个数有20个，所以该子网掩码的位数（length）为20；
255.240.224.0（错）：11111111 11110000 11100000 00000000

四、IP地址分类（IPv4有类地址）

1.IP地址分为有类地址和无类地址。

2.有类地址：IP地址被分成五类（按最前面的最高位的固定值分类）：ABCDE。（无类地址：不是ABCDE类）（以下均针对有类地址）
如下图所示：
（1）A类：二进制0开头；0~127开头；用于单播；
定义其缺省（即默认）子网掩码为255.0.0.0，即A类地址的前8位是网络位，网络个数很少，但主机接口个数很多；
（2）B类：二进制10开头；128~191开头；用于单播；
定义其缺省（即默认）子网掩码为255.255.0.0，即B类地址的前16位是网络位；
（3）C类：二进制110开头；192~223开头；用于单播；
定义其缺省（即默认）子网掩码为255.255.255.0，即C类地址的前24位是网络位，网络个数很多，但所允许的主机接口个数很少；
（4）D类：二进制1110开头；224~239开头；用于组播；
（5）E类：二进制1111开头；240~255开头；
(使用哪类地址的网络称为哪类网络，如使用A类地址的网络称为A类网络)（DE无子网掩码）

N：此处总结各地址特点：
（1）单播：
MAC地址：第8个bit为0；IP地址：又分ABC类；
（2）组播：
MAC地址：第8个bit为1；IP地址：D类；
（3）广播：
MAC地址：全1（12个F）；IP地址：

3.IP地址是哪一类与子网掩码无关，是先定义了五大类IP地址，再在其中的ABC单播地址中定义了其缺省的子网掩码；若要判断给出地址属于哪一类，直接看最前面的数（十进制数或二进制数）

4.其实以上五大类的分类是个坑，学习中按照这个分，但是实际上不按照这个用。因为后面IP地址不够用，到IPv6已经无此概念。为了补这个坑，引出两种技术方法：
（1）VLSM（Variable Length Subnet Mask）:可变长度子网掩码：从主机号中借出部分位数来做网络号，即增加网络号数；（大网络切小网络）
（2）LIDR（Classless Inter-Domain Routing）：无类别域间路由：使用地址+/网络部分位数的形式；避免地址空间的浪费，根据需要划分IP地址，不再受到固定类别的限制；（小网络汇聚成大网络）

五、IP地址类型（网络划分四大问，很重要！）

1.通常把一个网络号所定义的网络范围称为一个网段。

2.网络地址：用于标识一个网络。使网络位不变，主机位为0，即是任给IP地址的网络地址；（不能分配给具体主机接口使用）

3.广播地址：用于向该网络中的所有主机发送数据的特殊地址。使网络位不变，主机位为1，即是任给IP地址的广播地址；（不能分配给具体主机接口使用）

4.可用地址：（又称主机地址）处于网络地址与广播地址之间的可以分配给主机接口的地址。

5.一个网段主机位数为n，则IP地址数为2^n,可用IP地址数为2^n-2（减去网络地址和广播地址）

例：192.168.1.1/24，其
网络地址：192.168.1.0；
广播地址：192.168.1.255；
可用地址：192.168.1.1~192.168.1.254
可用IP地址数：2^8-2