网工学习笔记

第十八课 IPV4

网工学习笔记

一、IPv4地址结构

IPv4总共约40亿个IP地址

Network ID：标识一个IPv4地址所在的网络
Host ID：标识一台主机或者一个节点在对应网络中的位置

二、IPv4地址基本概念

网络地址：IP地址中的网络ID部分不变，主机ID部分全为0，且必须是网络或子网中的第一个IP地址，代表整个标准网络或者整个子网，不可分配给主机使用
广播地址：IP地址中的网络ID部分不变，主机ID部分全为1的IP地址，且必须是网络或子网中的最后一个IP地址，是网络层用于向网络中所有主机发送广播包的地址，也不可分配给主机使用
子网掩码：IP地址中的网络ID部分全为1，主机ID部分全为0。IP地址与子网掩码进行逻辑“与”运算得到网络地址

【说明】“与”运算中1与仍合数相与，规则为全0出0，全1出1

三、注意事项

最后一个字节全为0的不一定就是网络地址。如192.168.0.0/16中的192.168.1.0/16、192.168.2.20/16等都不是网络地址
最后一个字节全为1的也不一定就是广播地址。如192.168.0.0/16中192.168.0.255/16、192.168.1.255/16等都不是广播地址
网络地址的最后一个字节不一定都为0.如192.168.1.128/25是192.168.1.128/25的网络地址
广播地址的最后一个字节也不一定都是255。如192.168.1.127/25是192.168.1.0/25的广播地址

四、IPv4地址分类

IPv4地址定义了五个累些A、B、C、D、E。第一个字节的固定位数依次为1、2、3、4、5位，且取值依次为0、10、110、1110、11110

A类地址
第一个字节最高一位固定为0，第一个字节的取值范围0~127（但最高0不可用，127为环回地址），子网掩码为255.0.0.0
B类地址

第一个字节的最高两位固定为10，第一个字节的取值范围为128~191，子网掩码为255.255.0.0
C类地址
第一个字节的最高三位为110，第一个字节的取值范围：192~223，子网掩码为255.255.255.0
D类地址（组播地址）
第一个字节的最高四位固定位1110，第一个字节的取值范围224~239
E类地址（保留使用）
第一个字节的最高五位固定位为11110，第一个字节的取值范围：240~247

【注意】可以分配给主机使用的单播地址第一个字节最大不超过223

五、IPv4地址表示形式

IP地址+子网掩码
192.168.1.1 255.255.255.0或者192.168.1.1 255.255.255.240
对于有类IPv4网络（自然网段），子网掩码没有意义，对于无类IPv4网络才有真正的意义
IP地址/掩码长度
192.168.1.1/24或者192.168.1.1/28

六、IPv4广播地址类型

IPv4广播地址就出了以下几种：

网络广播地址：对应有类网络的广播地址，可在整个对应标准网络中广播，仅在标准网络中有意义。广播的边界对应的标准网络，如192.168.1.255/24就是192.168.1.0/24网络的广播地址
子网广播地址：对应子网的广播地址，仅可在整个对应子网中广播，仅在划分的子网中有意义。广播的边界为对应的子网。如192.168.1.127/25是192.168.1.0/25子网的广播地址，192.168.1.255/25是192.168.1.128/25子网的广播地址
全子网定向广播地址：对应有类网络的广播地址，可以对应有类网络内所有子网中广播，与对应标准网络的广播地址一样，但仅在划分子网时有意义。广播的边界为对应的标准网络。如192.168.1.255/24是所有192.168.1.0/24网络划分子网的全子网定向广播地址，不管问主机ID借多少位划分出来的子网
有限广播地址：255.255.255.255，可在网络ID未知情况下在整个对应有类网络或子网中广播

七、IPv4子网划分的意义

子网划分：把一个大的网络划分成多个（必须是偶数个）拥有主机IP地址数相同、连续IP地址段，且子网掩码相同的小的网络

子网划分的意义：

减少广播影响，优化网络性能
节省IP地址，提高IP地址的利用率（主要针对ISP）
便于IP地址规划与管理，使各个部门拥有相对独立的IP地址段，各个部门间各子网又同处一个大的网络中，直接可通过聚合路由实现互通
便于针对不同部门或特定地址段用户部署各种策略（如访问控制策略，QoS流策略，用户权限策略等），因为这些策略基本上是要针对一个完整的网段（也可具体的IP地址）来配置和应用的

八、VLSM和CIDR基本技术原理

有类与无类IPv4地址
- 有类IPv4地址：以标准A、B、C类标准划分方式得到的IPv4地址，网络ID为连续的整数个字节。对应的网络称之为有类IPv4网络，或者标准IPv4网络，或者自然网段
- 无类IPv4地址：网络ID的位数不是整个字节数，是由标准IP网络或者IPv4子网划分出的小网络的IP地址
无类IPv4地址的子网掩码不是按照有类地址中第一个字节的值而固定，是根据具体的子网掩码长度（子网ID长度）而确定，这就是VLSM（Variable Length Subnet Masking，可变长子网掩码）带来的变化
VLSM基本技术原理
VLSM（Variable Length Subnetwork Mask，可变长子网掩码）：网络ID向主机ID部分借位，实现网络ID扩展，主机ID部分缩小，最终达到细分网络的目的
【注意】不仅可以针对标准网络进行子网划分，还可针对子网再次划分，但最终主机ID位数不能小于1
【示例1】192.168.1.0/26中最后一个字节的第1、2位当成了子网ID，共有4种取值，即可划分4个子网，该字节的子网ID取值分别为00xxxxxx、01xxxxxx、10xxxxxx、11xxxxxx。这样一来，划分后的子网共有24+2=26位网络ID，而主机ID由原来的8位变成了2位，每个子网只有64个IP地址了
【示例2】10.0.0.0/16中第二个字节的全部8为变成了子网ID，共有256个取值，即可划分256个子网
全0子网和全1子网
- 全0子网，子网ID（注意：不是指原来的网络ID）各位都是0的子网，是划分后的第一个子网
- 全1子网，子网ID各位都是1的子网，是划分后的最后一个子网
  【说明】RFC950规定，第一个子网（也就是全0子网）和最后一个子网（也就是全1子网）不可用。因为第一个子网的网络地址和没有划分子网时的网络地址是一样的：最后一个子网的广播地址和没有划分子网时的广播地址也是一样的。
  RFC1878中取消了该项规定，因为在CIDR支持下每个地址必须带有子网掩码，或前缀，已可明确区分不同网段的网络地址和广播地址
CIDR基本技术原理
CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类别域间路由）：主机ID向网络ID部分借位，实现主机ID扩展，网络ID部分缩小，最终达到聚合子网路由，精简路由表项的目的。但局和网络的网络ID位数不能小于8