目录

网段划分 

引入

ip地址的组成

同一网段内

不同的网段

路由器

ip地址的分配

DHCP技术

分类划分法

分组

弊端

CIDR（无类域间路由）

变长子网掩码

数据包转发

子网地址范围计算 

两个特殊的ip地址 

网络号

广播地址

作用

其他解决方法

DHCP(动态分配ip)

NAT技术(网络地址转换)

ipv6

申请网络

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网段划分 

引入

网段划分的方法对公有/私有ip都是一样的

 

ip地址的组成

ip地址分为两部分:

• 
• 

同一网段内

这就类似于我们之前举的学号的例子 -- 传输层和网络层的关系,ip协议+ip地址+ip报头字段介绍(4位TOP字段,8位生存时间(ttl)),ip地址和端口号的作用-CSDN博客

• 如果你是计算机院的学生,那么院内学生的学院号相同,而个人编号不同

不同的网段

同样的:

• 不同学院对应的学院号自然不同,而各自学院内学生的个人编号可以相同

路由器

ip地址的分配

路由器也是一个子网内的一台主机

• 所以它有os,也会配置ip地址

路由器支持跨网络(准确说是网段)转发报文

• 所以它至少要连接2个子网(也就是同时在多个子网的范围中)
• 而每个子网都有一个网络标识,那么它就配置了多个ip地址
• (对于这个,我们简单认为它有多张网卡即可)

路由器一般是子网中的第一台设备

• 所以,一般它的ip地址是网络标识.1,并不绝对 

DHCP技术

路由器不仅能转发ip报文,还能构建子网(局域网)

• 当我们购买了无线路由器,你和你家人的设备都连接了这个路由器提供的wifi,然后就可以上网 -- 本质上就是路由器构建了子网,为连接它的设备分配了ip地址 
• 每次新增主机需要上网时,都需要连接wifi -- 本质上就是在让路由器分配ip
• 因为这些设备的ip地址都是由路由器维护的,所以可以做到主机标识不重复

以上被称为DHCP技术(动态主机配置协议)

• 
• DHCP分配的IP地址通常是暂时的，有一个租约期。租约到期后，设备可以请求续租或获取一个新的IP地址
• 一般路由器都带有该功能,所以可以将路由器看作是一个DHCP服务器

分类划分法

分组

弊端

虽然有这么多的分组,每个类型的网络号/主机号长度都不一样

• 但大部分组织都去申请b类网络地址,导致b类很快就被分配完了

而且,即使申请到了也用不到这么多的主机号(2^16)

• 所以这些都被浪费了
• 更不用提a类提供的主机号个数更多,浪费的更多

但因为以前入网人数不多,按照这个方式,也还是够分的,等慢慢发展起来后,就分配不足了

• 本来就不够,还浪费一堆,这个方案肯定就不可行了
• 所以,在原来的基础上,提出了新的划分方案 -- CIDR

CIDR（无类域间路由）

变长子网掩码

CIDR不再进行固定的网络划分，而是使用变长子网掩码（VLSM），根据需求分配IP地址块

• 引入一个额外的子网掩码,以1开始,以0结尾,1的个数可以随意定,但必须连续 -- 也就是若干个1+若干个0 -> 掩码

通过子网掩码,可以得到网络标识号(网络标识=IP地址&子网掩码)

• 所以,1越多,主机号越少
• 比如:111.111.111.111 & 255.255.255.0 -> 111.111.111.0

可以根据需要,来调整子网掩码

• 1的部分是网络号,0的部分是主机号

子网掩码的书写方式 -- ip/n

• n表示保留高n位(也就是子网掩码中1的个数)

数据包转发

这就是为什么我们可以按照目的ip来决定数据包的转发路径

• 子网掩码和划分方法是被配置进路由器的
• 每个携带ip地址的报文到达路由器后,都会根据当前子网掩码得到目标网络号:
• 
• 然后与其路由表中记录的每一条路由进行对比,路由表中的每条路由都有一个网络号和对应的子网掩码
• 若[目的网络]和[当前路由网络]匹配,则根据这条路由的下一跳地址将数据包转发出去

子网地址范围计算 

• 这里的子网掩码中,0的个数是4,所以可表示的主机号为0000-1111
• 和得到的网络号拼在一起,就是我们可以表示的子网地址范围

两个特殊的ip地址 

虽然这里可表示的子网地址有256个,但实际允许的最大主机数是256-2个

• 因为其中有两个ip地址是不用的,也就是区间上的那两个,他俩有特殊用途
• 140.252.20.0 -- 子网的第一个ip地址,用于标识整个子网,也就是网络号
• 140.252.20.255 -- 子网的最后一个IP地址,用于用于向子网内的所有设备发送广播消息,是广播地址

网络号

这里的网络号就是用于上面所说的数据包转发的过程

• 当一个数据包到达路由器时，路由器会查看数据包的目标IP地址，并根据其网络号决定应该把数据包发送到哪个子网

并且,在进行子网划分时，网络号帮助确定每个子网的起始位置和范围

广播地址

• 当某个设备需要向子网内所有其他设备发送通知或请求时(比如在网络管理和故障排除时,发送广播消息来检查子网内所有设备的响应情况)，就会使用广播地址
• 在一些网络协议中，广播地址用于设备发现。例如，ARP协议使用广播地址来查找某个IP地址对应的MAC地址

作用

有了子网掩码,我们可以自主在内部对进行分类后的网络再次划分

• 以b类网络为例,它本身能提供的主机号有2^16个,但我们可能最多也就能连接十几台设备,也就是需要4位
• 所以,可以在内部进行划分,将16位主机号拆成12+4,拆出来的12位将它囊括进网络号里,这样网络号就有2^(14+12)个了
• 所以,子网掩码就应该前28bit是1
• 这样,我们可以构建出更多的最大主机数为14(别忘了-2)的子网

这种方法虽然没有提高ip地址数量的上限,但可以缓解ip地址的浪费问题

• 但节省也不足以解决当前面临的问题,因为数量本身就不够
• 所以,还需要引入新的方法

其他解决方法

DHCP(动态分配ip)

只给接入网络的设备分配

• 也就是说,在没有联网时(连接wifi),设备内是没有ip地址的
• 用的时候就给你,不用的时候就回收,相当于是局域网内设备共享ip
• 可以提高ip地址的利用率,以及上面在路由器那里提到的,可以简化网络管理(因为是自动分配)

NAT技术(网络地址转换)

NAT允许多个设备共享一个公共IP地址

• NAT在路由器或防火墙上实现，通过将内部网络的私有IP地址转换为公共IP地址，从而减少公共IP地址的需求
• 这种方法广泛应用于家庭和企业网络
• 

ipv6

真正的变革性技术,IPv6提供了一个几乎无限的地址空间，能够提供2^128个地址

IPv6不仅解决了地址短缺问题，还提供了更好的网络自动配置和安全功能

• 虽然技术比较成熟了,但还没有普及
• 如果要普及,就得更换所有人的操作系统(因为网络层在os内,需要让系统支持ipv6),并且要让硬件设备也支持ipv6,很困难

网络的大小取决于可入网设备的数量和人口数量

• 综合来看,中国的入网设备就特别多,经济很好人也很多
• 再加上,如果物联网技术普及开,入网设备只会越来越多
• 所以,未来中国的网络将会是世界上最大的,会创造非常大的价值,孵化更多的公司
• 如果其他国家也想要赚钱,就得主动更换成ipv6

目前中国正在逐步发展

• 首先就是规定国内的互联网公司在组建内网时都支持ipv6
• 所以自然网络相关设备都是会支持ipv6的,毕竟硬件不支持的话,软件硬上也没啥用
• 所以,一旦后面技术有所突破,都是可以直接支持的

申请网络

上面介绍了划分网段的方式,那么这些网络由谁申请呢?网络可是有限的资源

• 由特定组织/运营商申请

我们国家参与网络ip地址划分的,一般是运营商

• 比如中国移动,联通,电信等,由他们向世界公共组织申请网址供人们使用

会不会存在不公平的事情呢?

• ip地址本质上不赚钱,更多的人接入网络后才能赚钱(因为你得能上网,才能接触到互联网相关产品,才能为之付费)
• 所以分配还是比较公平的