网络基础之IP地址与子网划分

IP地址
Ipv4地址格式：点分十进制
IP地址的分类
A类
B类
C类：
D类：组播
E类：
公共IP地址
私有IP地址
特殊地址
保留地址
子网掩码
什么是子网掩码
CIDR表示法
子网划分
为啥要划分子网
划分超网
跨路由通信
路由分类
路由表的构成
DHCP的工作过程

IP地址

　　他们唯一标识IP网络中的每一台设备，包括每台主机（计算机，网络设备，外围设备）必须具有唯一的地址。

IP地址由两部分组成：

网络号

作用：标识网络

每个网段非配一个网络ID

主机号

作用：标识单个主机

有组织分配给各个设备

Ipv4地址格式：点分十进制

IP地址的分类

1 网络主机数=2^(主机ID位数)-2=2^(32-网络ID位数)-2

2 网络数=2^可变网络ID位数

A类:

　　0 000 0000 - 0 111 1111: 1-127

　　网络数： 126, 127

　　每个网络中的主机数： 2^24-2

　　默认子网掩码： 255.0.0.0

　　私网地址： 10.0.0.0

　　前8位网络ID，24位主机ID

　　0XXXXXXX.A.B.C

　　1-126.A.B.C

　　主机数=2^24-2=16777214

B类:

　　10 00 0000 - 10 11 1111： 128-191

　　网络数： 2^14

　　每个网络中的主机数： 2^16-2

　　默认子网掩码： 255.255.0.0

　　私网地址： 172.16.0.0-172.31.0.0

　　前16位网络ID，16位主机ID

　　10XXXXXX.XXXXXXXX.B.C

　　10000000

　　10111111

　　128-191.A.B.C

　　网络数：2^14

　　主机数=2^16-2=65534

C类：

　　110 0 0000 - 110 1 1111: 192-223

　　网络数： 2^21

　　每个网络中的主机数： 2^8-2

　　默认子网掩码： 255.255.255.0

　　私网地址： 192.168.0.0-192.168.255.0

　　前24位网络ID，8位主机ID

　　110XXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.C

　　11000000

　　11011111

　　192-223.A.B.C

　　主机数=2^8-2=254

　　网络数=2^21=2M

D类：组播

　　1110 0000 - 1110 1111: 224-239

E类：

　　240-255

公共IP地址

什么是公网IP地址

互联网组织分配的地址，世界唯一。

私有IP地址

什么是私有IP地址。

用在局域网。

特殊地址

0.0.0.0

　　0.0.0.0不是一个真正意义上的IP地址。它表示一个集合：所有不清楚的主机和目的网络。（未知地址）

255.255.255.255

　　限制广播地址。对本机来说，这个地址指本网段内(同一广播域)的所有主机

127.0.0.1～127.255.255.254

　　本机回环地址，主要用于测试。在传输介质上永远不应该出现目的地址为"127.0.0.1"的数据包。

224.0.0.0到239.255.255.255

　　组播地址， 224.0.0.1特指所有主机， 224.0.0.2特指所有路由器。224.0.0.5指OSPF 路由器，地址多用于一些特定的程序以及多媒体程序。

169.254.x.x

　　如果Windows主机使用了DHCP自动分配IP地址，而又无法从DHCP服务器获取地址，系统会为主机分配这样地址。

保留地址

子网掩码

什么是子网掩码

　　子网掩码(subnet mask)又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。

子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。

CIDR表示法

CIDR表示法就是使用一个数字来表示子网掩码的位数，在划分子网中起着重要的作用，是很们很容易区分网络号和主机号而不必在通过子网掩码一步一步的计算查看。格式：IP/cidr

例如:192.168.111.124/23

表示有23位子网掩码，进而计算出网段：192.168.110.0/23

子网划分

为啥要划分子网

　　当我们对一个网络进行子网划分时，基本上就是将它分成小的网络。比如，当一组IP地址指定给一个公司时，公司可能将该网络"分割成"小的网络，每个部门一个。这样，技术部门和管理部门都可以有属于它们的小网络。通过划分子网，我们可以按照我们的需要将网络分割成小网络。这样也有助于降低流量和隐藏网络的复杂性。

接下来，我们以一些实例来说明如何划分子网：

172.200.249.200/22 划分16子网,求：

每个子网络netmask

每个子网络的主机数

最小子网的netid

最大子网的IP范围

首先，我们得到的是一个有子网掩码位数的ip地址，因此，我们要先找到这个ip的网络号，如何求呢？

我们可以将ip和子网掩码位数化作二进制

10101100-11001000-11111001-11001000 IP地址

11111111-11111111-11111100-00000000 子网掩码

所以，我们可以得到网络号是：172.200.248.0/22

接下来，我们开始划分子网，我们需要十六个子网，也就是需要2^4个，我们就要向主机号借四位才足够我们的子网的网络地址：

10101100-11001000-11111000-00000000 IP地址

11111111-11111111-11111111-11000000 子网掩码

此时，我们的子网掩码是255.255.255.192

我们现在每个子网的主机数为2的（32-26）平方-2个主机，即62个主机

最小子网的网络号：172.200.248.0/22

最大子网的IP范围：172.200.251.193/26 ~ 172.200.251.254/26

接下来，我们再看一个示例：

10.0.0.0/8 划分32子网，第10个子网是河南省，对此子网划分64个子网

每个子网络netmask

每个子网络的主机数

最小子网的netid

最大子网的IP范围

由上面的示例我们可以得到第十个子网的10.72.0.0/13，即：

00001010-01001000-00000000-00000000 IP

11111111-11111000-00000000-00000000 子网掩码

我们要对此网络再划分64个子网，也就是说向主机位借6位才行，所以子网掩码应该是：

11111111-11111111-11100000-00000000

255.255.224.0

我们可以得到每个子网的主机数为：2^(32-19)-2=8190主机数

最小的子网的网络号：

00001010-01001000-00000000-00000000 IP

11111111-11111111-11100000-00000000 子网掩码

即：

10.72.0.0/19

最大子网的范围：10.79.224.1/19~10.79.2225.254/19

划分超网

　　超网(supernetting)是与子网类似的概念--IP地址根据子网掩码被分为独立的网络地址和主机地址。但是，与子网把大网络分成若干小网络相反，它是把一些小网络组合成一个大网络--超网。

　　超网创建用来解决路由列表超出现有软件和管理人力的问题以及提供B类网络地址空间耗尽的解决办法。超网允许一个路由列表入口表示一个网络集合，就如一个区域代码表示一个区域的电话号码的集合一样。

跨路由通信

路由分类

主机路由

目标主机是一个具体的到达主机的IP号

网络路由

目标主机是一个网段而不是一个具体的主机IP

默认路由

默认路由就是离源主机最近的路由器，由于它只有两端，一端连接主机，一端连接其他路由器，因此，所有源主机发送的报文只从默认路由通往外网。

路由表的构成

路由表是由多个路由记录组成的

每一个路由记录最关键的有四项内容

目标地址

子网掩码

接口

网关（gateway）

主机地址

网络地址

未知地址

netmask

接口interface ,发往目标，从哪个接口发出去

下一个路由器的邻近本路由器的接口的IP

我们以上表为例，看看每个路由表里的内容是什么：

路由器R1：

目标netID	netmask	interface	gateway
10.1.0.0	255.255.0.0	1
10.2.0.0	255.255.0.0	2
10.3.0.0	255.255.0.0	2	10.2.0.2
10.4.0.0	255.255.0.0	2	10.2.0.2

路由器R2：

目标netID	netmask	interface	gateway
10.1.0.0	255.255.0.0	3	10.2.0.1
10.2.0.0	255.255.0.0	3
10.3.0.0	255.255.0.0	4
10.4.0.0	255.255.0.0	4	10.3.0.2

路由器R3：

目标netID	netmask	interface	gateway
10.1.0.0	255.255.0.0	5	10.3.0.1
10.2.0.0	255.255.0.0	5	10.3.0.1
10.3.0.0	255.255.0.0	5
10.4.0.0	255.255.0.0	6

由于路由器具有相互学习，所以，我们新装上的路由器会相互之间发报文，将自己没有但是相临的路由器有的路由表内容进行学习，添加到自己的表中，以便使用。

DHCP的工作过程

第一步，客户端发DHCP广播报文，请求一个IP地址

第二步，当所有的DHCP服务器得到此报文后，也会发一个DHCP报文，告诉客户端，可以给它分配一个IP地址，并将客户端MAC地址记录下来

第三步，当客户端收到报文后，会向其中一个DHCP服务器发出确认报文，告诉它，需要一个IP地址。

第四步，DHCP服务器发一个DHCP广播，内容包括：

IP netmask gateway dns 租期

在给客户端分配的ip地址等信息中，租期一般是一天，客户端一般会在租期的最后八分之一的时间从新申请ip的使用，如果不成功，就会使用一个169.254.x.x的IP地址。

由于DHCP工作是基于广播的，如果与服务器之间隔有路由，需要在客户端设置中继代理。代理服务器会向DHCP 服务器转发（单播）代理服务器再把回来的消息发给客户端。