網路協議 7 IP位址的分配原理

在計算機網路中有著名的osi七層協議體系結構，概念清楚，理論完整，但是它既複雜又不實用。tcp/ip體系結構則不同，得到的廣泛的應用。最終結合osi和tcp/ip的優點，採用了一種只有五層協議的體系結構，本文的講述的ip都是基於五層協議模型中的網路層。

tcp/ip體系結構

五層體系結構

7 應用層

應用層5 應用層

6 表示層

5 會話層

4 傳輸層

傳輸層4 傳輸層

3 網路層

網路層3 網路層

2 資料鏈路層

網路介面層

2 資料鏈路層

1 物理層

1 物理層

ip位址就是給英特網上的每個主機（路由器）的每個介面分配乙個在全世界範圍內是唯一的32位的識別符號。其組成第乙個欄位是網路號，第二個欄位是主機號。乙個主機號在前面的網路號所指明的網路範圍內必須是唯一的，所以乙個ip位址在整個網路中都是唯一的。目前分為a、b、c、d、e 五類ip位址。

因此我們一般使用的就是abc三類網路位址，ip位址是32位的二進位制**，為了提高可讀性，把32位的ip位址中的每8位用等效的十進位制表示出來（點分十進位制），於是我們日常生活中常見的ip位址就出現了。

主機號指派範圍

總結ip指派範圍

綜上網路號和主機號的指派描述可知，ip位址空間共有232個位址。

所有a類位址共有（27-2）∗∗（224-2）個，大約231，佔50%；

所有b類位址共有（214-1）∗∗（216-2）個，大約230,佔25%；

所有c類位址共有（221-1）∗∗（28-2）個，大約229,佔12.5%；

最大可分配網路數

首個可分配網路號

最後乙個可分配網路號

每個網路中最大主機數

a126（27-2）

1126

16777214

b16383（214-1）

128.1

191.255

65534

c2097151（221-1）

192.0.1

223.255.255

254

從層次角度來看，硬體位址是資料鏈路層和物理層使用的位址（常稱作mac位址），而ip位址是網路層和以上各層使用的位址，是一種邏輯位址。在網路層我們進行資料報文從ip1傳輸到ip2，無論我們中間經過多少次**，從網路層來看，源位址始終是ip1，目的位址始終是ip2。但是從資料鏈路層來看，顯然就不是這樣了，這些是實體地址，很有可能從源節點經過多次中間節點的實體地址的轉變才能到達目的節點。

而ip位址和實體地址的之間的轉化則需要依靠兩個重要的協議arp（位址解析協議），rarp（逆位址解析協議）。ip位址通過arp轉化成實體地址，實體地址可以通過rarp轉化成相應的ip位址。

簡單的來說就是如何來管理乙個ip位址下的多台主機

現在假設這樣乙個場景，乙個資料報起目的位址是145.13.3.10（在子網 145.13.3.0中），已經到達路由器r1（145.13.0.0），那麼這個路由器怎麼將它**到145.13.3.0呢？

我們並不知道目的位址是否進行了子網的劃分。

這就引出了子網掩碼的概念了，子網掩碼也是32位，由一串1和0組成，子網掩碼中的1對應於ip位址中的網路號位置+子網網路號位置，子網掩碼中的0對應與ip位址中現在的主機號位置。

我們只要將ip位址和子網掩碼進行「與」運算，如果進行子網的劃分，就立刻得出要找的子網的網路位址，如果沒有進行子網劃分（有預設的子網掩碼），則直接能夠得出該ip位址的網路位址出來。

無分類編址cidr，使用變長的子網掩碼，可以進一步提高ip位址的資源利用率。有兩個特點

第一，消除了傳統的abc類位址及劃分子網的概念，cird把32位的ip位址劃分成為兩個部分，網路字首和剩下的部分，表示方法為，在ip位址後面加上「/」，然後寫上網路字首所佔位數。

第二，把網路字首相同的ip位址組成乙個cidr位址塊，例如，ip位址 128.14.35.7/20 用二進位制表示 100000000 00001110 00100011 00000111，所以我們很容易可以得出這塊位址中最小位址為128.14.32.0,即 100000000 00001110 00100000 00000000，最大位址為128.14.47.255，即 100000000 00001110 00101111 11111111.

為了更加方便進行路由選擇，cidr使用32位的位址掩碼，1的個數就是網路字首的長度，如上面所舉例中的/20的位址塊的位址掩碼是 11111111 11111111 11110000 00000000

因此可以看出，網路字首越短，其位址塊所包含的位址就越多，這樣可以根據實際情況更加有效的分配ipv4的位址空間。而由很多個cidr位址快構成的龐大的網路就就被稱為「超網」。

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