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IPV4基础知识整理分享



       前几天微信留言，想了解一些IP地址的计算，子网掩码，可变长子网掩码，以及超网融合的相关知识，这几天时间紧就先分享一些关于IPV4的相关使用知识！（注意：这个微信号一切与实际工作，实际工程为标准，不是学校的做题和考试，太过基础或者书面化的标准概念小编可能写的并不专业，希望大家理解，这个只作为大家辅助学习IPV4地址的参考）

       IPV4网络地址规划，IP地址应该说是学习网络最先接触的一个概念，理解网络的概念必须按照网络的工作原理，工作流程，大脑中始终有OSI七层模型：物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层，计算机实际用到的经常接触的是数据链路层，网络层和传输层，数据链路层二层通信即MAC地址，二层广播，二层通信是不需要IP地址，网络层是实现跨网传输的，这时候需要借助IPV4作为网络节点唯一识别号，IPV4相当与人的手机号，二层MAC地址相当于人的具体家庭住址，想要到某人家中就必须先电话沟通（IP）得知对方家庭住址（MAC）这就是ARP（地址请求协议），是网络建立通信的第一步！

   按照对标准网络数据通信的定义：数据通信源主机必须要知道目的主机的IP地址后才能将数据发送到目的地。源主机向其他目的主机发送报文之前，需要检查目的IP地址和源IP地址是否属于同一个网段。如果是，则报文将被下发到底层协议进行以太网封装处理。如果目的地址和源地址属于不同网段，则主机需要获取下一跳路由器的IP地址，然后将报文下发到底层协议处理。

        IPV6在实际的工程当中还处于科研或者实验网运行，不作为主流应用，因此暂时不做过多叙述！

       网络层位于数据链路层与传输层之间。网络层中包含了许多协议，其中最为重要的协议就是IP协议。网络层提供了IP路由功能。理解IP路由除了要熟悉IP协议的工作机制之外，还必须理解IP编址以及如何合理地使用IP地址来设计网络。

       国际上最初对IPV4地址的规划主要按照网络位字节数（管理范围）划分为5类，IP地址由网络位和主机位两部分组成，为什么必须使用网络位和主机位，或者说这两部分是用来干什么的？小编的个人理解：网络通信上万台主机必须进行分区分块管理，这和实际生活中邮局的工作很类似，比如说一个人(主机位)生在河南省，工作在河南，那么他的手机，它邮件来往90%是在河南省，那么就可以直接在河南省（同一网络位）建立直接通信，同一网络内的主机可以实现二层广播，组播通信，这样数据处理只要完成物理层和数据链路层，就可以了，大大节约网络设备资源消耗，加快通信速率，（跨网络位组播需要借助组播或者广播中继或者透传技术这里不在详细说明）所以IPV4必须能够区分网络位和主机位，即网络位相当于划区域管理，主机位是用

   小编建议：记住A类0.0.0.0-127.255.255.255，B类：128.0.0.0-191.255.255.255 ，C类：192.0.0.0-223.25.255.255就够用了，组播地址会在学习相关路由协议，组播技术中见到（组播技术会在广电行业，电视广播，视频会议中用到），保留地址在网络中更是基本不会遇到！

       IP地址的计算要能够灵活转换为二进制数据，网络通信借助网卡硬件是计算机底层处理采用二进制（网线中只能传输高低电平，电磁波借助电磁感应一样是电平状态采样），（而软件编程，程序处理是内存资源调用采用16进制（内存芯片一个单元可以锁定16个电平状态）），所以说学习计算机，信息化行业要把对10进制的概念变为2进制，16进制！

      十进制变二进制小编一般是采用：128 64 32 16 8 4 2 1对应转换为二进制1和0，这个需要练正常需要花费一周的时间才能熟悉这种转换！

      区分主机位和网络位是靠子网掩码实现的：

        子网掩码用于区分网络部分和主机部分。子网掩码与IP地址的表示方法相同。每个IP地址和子网掩码一起可以用来唯一的标识一个网段中的某台网络设备。子网掩码中的1表示网络位，0表示主机位。

通过子网掩码可以判断主机所属的网段、网段上的广播地址、以及网段上支持的主机数。下图中这个例子，主机地址为192.168.1.7，子网掩码为24位（C类IP地址的缺省掩码），从中我们可以判断该主机位于192.168.1.0/24网段。将IP地址中的主机位全部置为1，并转换为十进制数，即可得到该网段的广播地址192.168.1.255。网段中支持的主机数为2n, n为主机位的个数。本例中n=8，28=256，减去本网段的网络地址和广播地址，可知该网段支持254个有效主机地址。

可用主机数为什么减2：地址的第一个192.168.1.0是代表网络地址，用于判断同网段通信，就是上面所说的通信原则！而最后一个地址：192.168.1.255是192.168.1.0的广播地址，采用该地址传输的数据本网段所有主机都要进行数据处理，这就是为什么要减2

       IPV4的地址划分受国际组织APNIC（亚太地区互联网信息中心）统一规划和管理，但是一个组织不可能管理亚太地区每一个终端，因此定义了私有IP的概念，允许企业单位个人进行非接入互联网的以太网通信时候可以采用私网IP不必经过国际组织注册，在需要接入互联网时候可以借助NAT技术转换为国际定义的注册过的公网IP,比如我们上网给联通，移动，电信缴纳的网费就含有使用公网IP的花销！而进行企业网络规划和网络设计的时候是以私网IP为主：

私有地址范围：

  • 10.0.0.0~10.255.255.255 (A类私有标 准子网掩码：255.0.0.0（后由可变子网掩码进一步划分）多用于高校)

  • 172.16.0.0~172.31.255.255（B类私有255.255.0.0）（多用于中小企业）

  • 192.168.0.0~192.168.255.255（C类私有255.255.255.0）（用于中小企业家庭网络，实验室网络等主机数量较少的网络等）

特殊地址：

  • 127.0.0.0 ~ 127.255.255.255

  • 0.0.0.0

  • 255.255.255.255

  • 169.254.0.0-169.254.255.255

     0.0.0.0主要用于缺省路由，代表所有未知的IP地址，目前所有的无线路由器，家庭宽带猫中都含有0.0.0.0地址的默认出口路由；

    127.0.0.0-127.255.255.255 主要用于测试：经典地址127.0.0.1用于回环测试检测网卡物理或者协议故障：

     255.255.255.255这个地址是一个广播地址用于三层广播查询（注意这不是子网掩码）。平常比较少见，数据抓包中会有。

     还有一个是169.254开头的地址是IANA（Internet AssingedNumbers Authority）保留的一个地址块用于DHCP无法自动获取地址时候由以太网协议栈软件自动分配一个169.254.0.1-169.254.255.254范围的地址：这个在国际上定义的标准APIPA:自动IP地址。

       由于IPV4在设计的时候只是想作为科研实验，没想到迅速得到了大规模的应用，但是按照原来IP地址的规划：在进行网络地址规划过程中，企业网络，特别是内联网工程，上网终端较多，每个终端需要一个IP地址，就出现IP地址浪费较大（采用标准A类地址占用一个10.0.0.0的网段可分配主机数为2^24-2,然而主机可能只用了255台，造成极大浪费），或者IP地址不够用（如实验室采用300台主机想让300台主机工作在一个网段采用B类浪费，采用C类就不够），于是针对在IP地址规划的过程中，在出现IP地址浪费的时候提出可变长子网掩码（VLSM）无类域间路由（CIDR）

       采用可变长子网掩码可解决上述问题。缺省子网掩码可以进一步划分，成为变长子网掩码（VLSM）。通过改变子网掩码，可以将网络划分为多个子网。本例中的地址为C类地址，缺省子网掩码为24位。现借用一个主机位作为网络位，借用的主机位变成子网位。一个子网位有两个取值0和1，因此可划分两个子网。该比特位设置为0，则子网号为0，该比特位设置为1，则子网号为128。将剩余的主机位都设置为0，即可得到划分后的子网地址；将剩余的主机位都设置为1，即可得到子网的广播地址。每个子网中支持的主机数为2^7-2（减去子网地址和广播地址），即126个主机地址。

  利用这种方法可以灵活控制可用主机数量，节省IP地址，充分利用IP地址资源！

无类域间路由CIDR（Classless Inter Domain Routing）由RFC1817定义。CIDR突破了传统IP地址的分类边界，将路由表中的若干条路由汇聚为一条路由，减少了路由表的规模，提高了路由器的可扩展性。

      如上图所示，一个企业分配到了一段A类网络地址，10.24.0.0/22。该企业准备把这些A类网络分配给各个用户群，目前已经分配了四个网段给用户。如果没有实施CIDR技术，企业路由器的路由表中会有四条下连网段的路由条目，并且会把它通告给其他路由器。通过实施CIDR技术，我们可以在企业的路由器上把这四条路由10.24.0.0/24，10.24.1.0/24，10.24.2.0/24，10.24.3.0/24汇聚成一条路由10.24.0.0/22。这样，企业路由器只需通告10.24.0.0/22这一条路由，大大减少了路由表的规模。

 个人感想：技术学习就是一个啪啪打脸的过程，很多东西灵活多变没有绝对，很多话说的太满容易后期打脸，比如现在的公网IP原则不能用于企业机构的私网，但实际上国内的金融，医疗，跨区域内联网工程中也利用国际定义的公有IP地址！这只是一个例子，后期再应用过程中会发现很多与课本与教材相违背的东西！



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