Internet地址结构

概述

IP地址–通用标识符

唯一标识互联网上的主机或路由器(唯一、通用、网络连接)

主机标识符

name：是什么，可读性强
address：在哪里，软件效率高
route：如何达到

IP地址表示

IPv4地址

长度为32 bit
采用所谓的点分四组或点分十进制表示法
每个数字是一个非负整数，范围为[0-255]，代表整个IP地址的四分之一

IPv6地址

长度为128 bit
IPv6地址的传统表示方法为采用称为块或字段的4个十六进制数，这些称为块或字段的数由==冒号==分隔

IPv6地址简化表示：

一个块中前导的零必须压缩
全零的块可以省略，并用符号::代替(::只能用于影响最大的地方，压缩最多的零)，一个IPv6地址中只能使用一次::符号
在IPv6格式中嵌入IPv4地址可使用混合符号形式，紧接着IPv4部分的地址块的值为ffff，地址的其余部分使用点分四组格式(IPv4映射的IPv6地址)【::ffff:10.0.0.1 –> 10.0.0.1】
IPv6地址的低32位通常采用点分四组表示法（IPv4兼容的IPv6）【::0102:f001 –> 1.2.240.1】
a到f的16进制数字应该用小写表示

IP地址结构

分类寻址

IP地址组成：网络部分和主机部分

网络部分：用于识别接口使用的IP地址在哪个网络中发现

主机地址：用于识别由网络部分给出的网络中的特定主机

地址中的一些连续位称为网络号，其余称为主机号。

用于表示通信节点的IP地址为A、B、C三类，用于为Internet(单播地址)中的接口分配地址

D：供组播使用

E：保留地址

特殊网络地址

特殊地址	Net id	Host ID	源/目的地址
网络地址	特定的	全0	都不是
直接广播地址	特定的	全1	目的地址
受限广播地址	全1	全1	目的地址
本网络上的本主机	全0	全0	源地址(0.0.0.0)
本网络上的特定主机	全0	特定的	目的地址
环回地址	127	任意	目的主机

网络地址：仅用于标识网络，而不标识网络内的任意节点，标识的是一个网络集合

直接广播地址：标识对特定网络的广播

受限广播地址(本地广播地址)：标识对本地网络的广播

本网络上的特定主机：仅可作为源地址，获取自己的IP地址而临时使用的IP地址

子网掩码

子网掩码是由一台主机或路由器使用的分配位，以确定如何从一台主机对应IP地址中获取网络和子网信息。

掩码由路由器和主机使用，以==确定一个IP地址的网络/子网部分的结束和主机部分的开始。==

表示网络或子网的大小
32 bits 二进制数
1表示一个IP地址的对应位与一个地址的网络/子网部分的对应位集合
0表示一个IP地址的对应位作为主机ID的一部分

可变长度子网掩码

VSLM(可变长度子网掩码)：用于分割一个网络号，使每个子网支持不同数量的主机。提高子网结构的灵活性

如何确定可变子网长度？

确定可变子网掩码长度的过程其实就是划分子网的过程。

当从主机位中借1位二进制位时，当前网络可划分出2个子网，每个子网主机数是原来的1/2-2；当从主机位中借2位二进制位时，当前网络可划分出4个子网，每个子网主机数是原来的1/4-2……当从主机位中借N位二进制位时，当前网络可划分为2N个子网，每个子网主机数是原来的2-N-2

192.168.10.0/24这个C类网络要划分出2个相等主机数的子网，则

网络号与子网掩码转为二进制

网络号  192.168.10.0  转为二进制 11000000 10101000  00001010 00000000
子网掩码 255.255.255.0  转为二进制 11111111 11111111  11111111 00000000

要把一个网络划分成两个相等子网，子网掩码要加1位，变成11111111 11111111 11111111 10000000
网络号从主机位借一位用于子网11000000 10101000 00001010 XYYYYYYY

X位代表借入的，用于表示子网号，7个Y代表剩余主机位，X有两个值0和1。

1）为0时：

11000000 10101000 00001010 0YYYYYYY

当Y全为0，表示划分出的这个子网的网络号，为11000000 10101000 00001010 00000000

其主机可用IP地址范围是：

11000000 10101000 00001010 0 0000001（192.168.10.1，掩码：255.255.255.128）

至

11000000 10101000 00001010 0 1111110（192.168.10.126，掩码：255.255.255.128）

2）为1时

11000000 10101000 00001010 1YYYYYYY

当Y全为0，表示划分出的这个子网的网络号，为11000000 10101000 00001010 10000000

其主机可用IP地址范围是：

11000000 10101000 00001010 1 0000001（192.168.10.129，掩码：255.255.255.128）

至

11000000 10101000 00001010 1 1111110（192.168.10.254，掩码：255.255.255.128）

综述，192.168.10.0/24要划分成两个相等主机数的子网，子网掩码要改为25位，划分出的两个子网情况是：

子网1：

网络号：192.168.10.0 子网掩码：255.255.255.128 广播地址：192.168.10.127

主机IP地址范围：192.168.10.1至192.168.10.126

子网2：

网络号：192.168.10.128 子网掩码：255.255.255.128 广播地址：192.168.10.255

主机IP地址范围：192.168.10.129至192.168.10.254

广播地址

定向广播地址

1. 通过子网掩码取反与IP地址按位或运算得到
2. 可作为一个单独的数据报通过Internet路由直至到达目标子网，再作为一组数据报发送给子网中所有主机
* 由于安全问题，其在Internet中被禁用

本地网络广播(有限广播)

1. 特殊地址：255.255.255.255
2. 不会被路由器转发,链路层的广播机制用于支持它们
3. 广播地址可用于IPv4中，而IPv6仅使用组播地址

IPv6地址和接口标识符

IPv6特点：

一个IPv6地址范围指其可用的网络规模
节点本地(只用于同一计算机通信)
链路本地(只用于同一网络链路或IPv6前缀中的结点)
全球性(Internet范围)
IPv6中，大部分节点通常在同一网络接口上使用多个地址
一个IPv6节点需要一组地址，包括组播地址

链路本地IPv6地址使用接口标识符(IID)作为一个单播IPv6地址的分配基础。

IID的长度通常为64位，并直接由一个网络接口相关的链路层MAC地址形成，该地址使用修改的EUI-64格式或由其他进程随机提供的值形成，以提供可防范地址跟踪的某种程度的隐私保护。

EUI表示扩展唯一标识符

EUI-64标识符由一个24位的组织唯一标识符(OUI)+组织分配的40位可扩展标识符组成，并由前24位识别。

OUI由IEEE注册权威机构维护并分配。长度为24位，并占据EUI-48和EUI-64地址的前3个字节。该地址的第一个字节的低两位分别为u位和g位。当u位被设置时，表示该地址是本地管理，当g位被设置时，表示该地址是一组或组播类型的地址。

EUI-64计算方法：

由EUI-48地址形成
将EUI-48地址的24位OUI复制到EUI-64地址
EUI-64地址的4，5字节的16位替换为FFFE
复制由组织分配的剩余位

修改的EUI-64用于形成IPv6地址的IID，但需要对u位取反。

链路本地IPv6地址计算方法：

查看接口MAC地址：

eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:50:56:9d:a3:b4  
          inet addr:10.160.14.61  Bcast:10.160.14.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::250:56ff:fe9d:a3b4/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:147710806 errors:2 dropped:3659 overruns:0 frame:0
          TX packets:158983119 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000 
          RX bytes:9252586604 (9.2 GB)  TX bytes:35110783086 (35.1 GB)

变换为EUI-64，MAC地址前三节不变，第4，5节插入fffe(固定的)，并复制剩余位
00:50:56:ff:fe:9d:a3:b4

u位取反（第一节内容：0000 0000，后两位分别为0）

0000 0000:50:56:ff:fe:9d:a3:b4
u位取反：
0000 0010:50:56:ff:fe:9d:a3:b4

形成的IID为：02:50:56:ff:fe:9d:a3:b4
使用保留的链路本地前缀fe80:/10，形成完整地址，/64为标准长度，用于一个IPv6地址中识别子网/主机部分：
fe80:250:56ff:fe9d:a3b4

CIDR和聚合

前缀

无类别域间路由(CIDR)

单播/多播/广播地址

单播(Unicast)

通信：一对一，源或目的地址
因特网上的所有系统必须至少有一个唯一的单播地址
可以为A、B或C类

多播(Multicast)

通信：一对多，目的地址
因特网上的系统可以由一个或多个多播地址
只能是D类，本地级(本IP网络内的一组通信节点)或全局级

广播(Broadcast)

通信：一对所有，目的地址
受限广播或直接广播，本地级

类	地址范围	高序位	用途	百分比	网络数	主机数
A	0.0.0.0-127.255.255.255	0	单播/特殊	1/2	128（126）	1677216
B	128.0.0.0-191.255.255.255	10	单播/特殊	1/4	16384	65536
C	192.0.0.0-223.255.255.255	110	单播/特殊	1/8	2097152	256
D	224.0.0.0-239.255.255.255	1110	组播	1/16	N/A	N/A
E	240.0.0.0-255.255.255.255	1111	保留	1/16	N/A	N/A

专用网

不需接入Internet，但需要用TCP/IP通信
编址方案

申请，并使用A、B、C类地址(全局唯一)

不申请，直接使用A、B、C类地址(本组织唯一，全局不唯一)

不申请，直接使用专用地址(本组织唯一，全局不唯一)
专用地址(私有地址)

类	私有地址	总数
A	10.0.0.0-10.255.255.255	1 x A
B	172.16.0.0-172.31.255.255	16 x B
C	192.168.0.0-192.168.255.255	256 x C

术语

网络号：IP地址的一个组成部分

网络地址：一个IP地址