IP编址

一：IP报文的结构

IP编址
IP报文头部信息用于指导网络设备对报文进行路由和分片。同一个网段内的数据转发通过链路层即可实现，而跨网段的数据转发需要使用网络设备的路由功能。分片是指数据包超过一定长度时，需要划分成不同的片段使其能够在网络中传输。
IP报文头部长度20-60字节。根据源和目的IP地址可以判断目的端是否与发送端位于同一网段。如果二者不在同一网段，则需要路由机制进行跨网段转发。

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二：IP编址

IP编址
IP地址为分为网络号和主机号
IPV4地址为32比特的二进制数，通常用点分十进制表示。IP地址用来标识网络中的设备，具有IP地址的设备可以在同一个或跨网段通信。IP地址包括两部分，第一部分是网络号，标识IP地址所属的网段，第二部分是主机号，用来唯一标识本网络上的某台设备。
要注意的是每个网段上都有两个特殊的地址不能分配给网络设备。第一个是该地址的网络地址，该IP的主机位全是0，表示一个网段，第二个地址是改网段中的广播地址，目的地址为广播地址的报文会被该网段的所有网络设备接收。广播地址的主机位全是1.除网络地址和广播地址以外的其他IP可以作为网络设备的IP地址。
IP编址
二进制和十六进制是常用的编码方式

三：IP分类

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IPv4地址被划分为A、B、C、D、E五类，每类地址的网络号包含不同的字节数。A、B、C类地址可分配IP地址，每类地址支持的网络数和主机数不同。比如A类地址可支持126个网络，每个网络支持2^24个主机地址，另外每个网段中的网络地址和广播地址不能分配给主机。C类地址支持200多万个网络，每个网络支持256个主机地址，其中254个地址可以分配给主机使用。
D类地址为组播地址。主机收到以D类地址为目的地址的报文后，且该主机是改组播组成员，就会接收并处理该报文。各类IP地址可以通过第一个字节中的比特位进行区分。如A类地址第一字节的最高位固定为0，B类地址第一字节的高两位为10，C类地址的第一字节的高三位固定为110，D类地址第一字节的高四位固定为1110，E类地址的一字节的最高四位固定为1111。
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IPv4中的部分IP地址被保留用作特殊用途。为节省IPv4地址，A,B,C类地址字段中都预留了特定范围的地址作为私网IP。为主机分配私网地址节省了公网地址，可以缓解IP地址短缺的问题。企业网络中普遍使用私网地址，不同企业网络中的私网IP可以重叠。默认情况下网络中的主机无法使用私网IP与公网通信，当需要与公网通信时，私网IP必须转化为公网IP。
还有一些特殊的IP地址，如127.0.0.0网段中的地址为回环地址，用于诊断网络是否正常。IPv4中的第一个地址0.0.0.0表示任何网络，IPV4中的最后一个地址255.255.255.255是网络中的广播地址。

四：子网掩码

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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。一表示网络位，0表示主机位。

默认子网掩码

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A类地址的缺省子网掩码为8位，即第一个字节表示网络位，其他三个字节表示主机位。B类地址的缺省子网掩码为16位，因此B类地址支持更多的网络，但主机位数也变少了，C类地址的缺省子网掩码为24位。

变长子网掩码（VLSM）

有类IP编址的缺陷：在设计网络是使用有类IP地址会造成地址浪费。
VLSM：采用VLSM可以解决上述问题，通过改变子网掩码，可以将网络划分为多个子网。VLSM缓解了使用缺省子网掩码导致的地址浪费的问题，同时能够为企业网络提供更为有效的编址方案。
例子：
160.200.0.0/16 将其划分为16个子网
a.划分子网的netmask
2^n=16 n=4
255.255.240.0
b.每个子网的主机数？
2^(32-20)=4094
c.最小，最大的子网的网络ID？
160.200.0.0/20
160.200.240.0/20
d.最大的子网的的IP范围。
160.200.240.1/20
160.200.255.254/20
e.对最大的子网划分32个子子网。还是以上4个要求
160.200.240.0/20
e.1 划分子网的netmask
2^n=32 n=5
255.255.11111111.1 0000000
255.255.255.128
e.2 每个子网的主机数？
2^7-2=126
e.3 最小，最大的子网的网络ID？
160.200.240.0/25
160.200.255.128/25
e.4 最大的子网的的IP范围。
160.200.255.129/25 160.200.255.254/25
公式：
1.计算网络数：2^可变的网络ID
2.计算网络中的主机最大数量：2^主机ID位-2
3.划分子网的数量=2^网络ID向主机ID借的位数

无类域间路由（CIDR）

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优点：CIDR突破了传统IP地址的分类边界，将路由表中的若干调路由汇聚为一条路由，减少了路由表的规模，提高了路由表的可拓展性。（可以将其理解为主机位向网络位借位，网络数减少，主机位增加。是VLSM的反向。）

五：网关

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报文转发过程中，首先需要转发路径以及通往目的网段的接口，然后将报文封装在以太帧中通过指定的物理接口转发出去。如果目的主机与源主机不在同一网段，报文需要先转发到网关，然后通过网关将报文转发到目的网段
网关是指接受并处理本地网段主机发送的报文并转发到目的网段的设备。为实现此功能，网关必须知道目的网段的IP地址。网关设备上连接本地网段的接口地址即为该网段的网关地址。

六：IP包分片

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如果报文长度超过了数据链路层所支持的最大长度，则报文需要分隔成若干个较小的片段才能在链路上传输。将报文分割成多个片段的过程叫做分片。接收端根据分片报文中的标识符，标志，片偏移字段对分片报文进行重组。

标识:占16位,它是一个计数器,通常，每发送一个报文，改值会加1
，也用于数据包分片，在同一个包的若干分片中，该值是相同的
标志(flag):占3位,目前只有后两位有意义
DF： Don‘t Fragment，中间的一位，只有当 DF=0 时才允许分片
MF： More Fragment，最高位， MF=1表示后面还有分片。 MF=0
表示最后一个分片
片偏移:占12位,指较长的分组在分片后，该分片在原分组中
的相对位置.片偏移以8个字节为偏移单位

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