涉及知识点

分类的IP地址，子网划分，CIDR和路由汇聚，IPV4数据报格式，IPV6协议，软考网络管理员常考知识点，软考网络管理员网络安全，网络管理员考点汇总。
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前言

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这个什么IPV4,IPV6对大家来说不陌生吧，一般在配置网络的过程中会经常遇到，今天我就重点和大家讲讲有关网际协议IP及其相关知识点哈，希望大家都能喜欢。

一、分类的IP地址

将32位的IP地址划分为2个字段，其中第一个字段是网络号，它标志着主机（或路由器）所连接到的网络。一个网络号在整个因特网范围内必须是唯一的。第二个字段是主机号，它标志着主机或路由器。一个主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。由此可见，一个IP地址在整个因特网上都是唯一的。网络号的位数直接决定了可以分配的网络数（计算方法为2网络号位数）；主机号的位数则决定了网络中最大的可用主机数（计算方法为2主机号位数一2）。其中按网络规模大小，Internet管理委员会定义了A、B、C、D、E五类IP地址，如图所示，地址范围如表所示，A、B、C三类是常用的单播地址，D类属于组播地址、E类属于保留地址。

二、子网划分与子网掩码

随着网络的应用深入，IPv4采用的32位IP地址设计限制了地址空间的总容量，出现了IP地址紧缺的现象。而IPv6(采用128位IP地址设计)还不能够很快地进入应用，这时需要我们采取一些措施来避免IP地址的浪费。以原先的A、B和C共3类地址划分，经常出现B类太大、C类太小的应用场景，因此就出现了“子网划分”和’'可变长子网掩码”(VLSM)两种技术。

1.子网划分

划分子网的思路如下：
(1)一个拥有许多物理网络的单位，可以将所属的物理网络划分为若干个子网。划分子网纯属于一个单位内部的事情。本单位以外的网络看不见这个网络是由多少个子网组成，因为这个单位对外仍表现为一个网络。
(2)划分子网的方法是从网络中的主机号借用若干位作为子网号。于是两级的IP地址变为三级IP地址：网络号、子网号和主机号。
(3)凡是从其他网络发给本单位某个主机的IP数据报，仍然是根据IP数据报的目的网络号找到链接到本单位网络上的路由器。但此路由器收到IP数据报后，再按照目的网络号和子网号找到目的子网，把IP数据报交付给目的主机。例如，我们可以将一个C类地址划分子网，如图所示

假如图中将最后8位的原主机号拿出2位进行子网划分，可以划分为4个子网，子网号分别是00、01、10、11

2.子网掩码

只根据IP地址本身无法确定子网号的长度，为了把主机号和子网号区分开来，就必须使用子网掩码。
子网掩码也是32位，由一连串的1和一连串的0组成，子网掩码中的1对应IP地址的网络号和子网号，子网掩码中的0对应主机号。路由器将子网掩码和收到数据报的目的IP地址逐位相“与”，得出了所要找的子网网络地址。
事实上，所有的网络都必须有一个子网掩码，如果一个网络没有划分子网，那么这个网络使用默认掩码。A类地址的掩码：255.0.0.0；B类地址的掩码：255.255.0.0,C类地址的掩码是255.255.255.0。
另外子网掩码的表示除了用上面的点分十进制方法外，还有一种位数表示法，也叫作斜线表示法：就是在IP地址后加一个/,然后写上子网掩码中1的位数即可，比如192.168.1.l/24o子网划分和子网掩码举例说明：假设现在有一个标准C类网络192.168.1.0/24,要分成3个子网，每个子网分配给一个部门，而且要满足每个子网支持的主机数目为50台以上。应如何对此C类地址进行子网划分？解答：此题晨要利用到两个公式：
公式1：2",该公式计算子网个数，n为需要扩展的网络位。
公式2：2m-2,该公式计算每个子网下有效的主机IP数，m表示主机位的位数。2"N3,所以nN2。
这个计算的我有一篇单独的文章做过详细的介绍，大家可以去看看哈。

三、无分类编址CIDR

虽然划分子网在一定程度上缓解了因特网在发展中的问题,但依然存在因特网主干网的路由表的项目数急剧增长等问题，所以IETF很快就研究出采用无分类编址的方法来解决。CIDR可以用来做IP地址汇总（或称超网）。在未作地址汇总之前，路由器需要对外声明所有的内部网络IP地址空间段。这将导致Internet核心路由器中的路由条目非常庞大（接近10万条）。采用CIDR地址汇总后，可以将连续的地址空间块总结成一条路由条目。路由器不再需要对外声明内部网络的所有IP地址空间段。这样，就大大减小了路由表中路由条目的数量。

1.CIDR的概念

CIDR最主要的特点有两个：
（1）消除了传统A、B、C类地址以及划分子网的概念。因此可以更加有效地分配IPv4的地址空间，并且可以在新的IPv6使用之前容许因特网的规模继续增长。CIDR把32位IP地址重新划分为两个部分。前面的部分就是“网络前缀”，用来指明网络。后面的部分用来指明主机。因此CIDR使IP地址从三级编址又回到了二级编址。CIDR使用“斜线记法”，即在IP地址后面加上斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数（也就是子网掩码中1的个数）。这个网络前缀可以有任何长度。
（2）CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”。我们只要知道这个CIDR地址块的任何一个地址，就可以知道这个地址块的起始地址和最大地址。例如128.14.32.0/20,其中前20位为网络前缀，后12位为主机号。另外我们还可以计算出这个地址块的最小可用地址和最大可用地址。
计算过程：
128.14.32.0/20=10000000000011100010000000000000
128.14.32.0/20地址块的最小可用地址：
10000000000011100010000000000001
128.14.32.0/20地址块的最大可用地址：
10000000000011100010111111111110
128.14.32.0/20地址块的最小可用地址：128.14.32.1
128.14.32.0/20地址块的最大可用地址：128.14.47.254
注意：主机号是全0或全1的地址一般并不使用，通常只使用这两个地址之间的地址。

2.路由汇聚

路由汇聚是用来解决路由表的内容冗余问题，使用路由聚合能够缩小路由表的规模，减少路由表的内存。提高路由器数据转发的效率。
例如本单位划分四个子网，分别对应172.18.129.0/24、172.18.130.0/24>172.18.132.0/24、172.18.133.0/24,那么对于本单位的上级路由器就没有必要学四个子网路由信息，而只需要学这四个子网路由汇聚而成的路由即可。
具体的汇聚算法：选择网络地址相同的最大位进行汇聚，不同的位划分至主机位，从而实现将多个网段汇聚成一个新的超网网段。解答：由于四个子网的前16位一致，所以我们关键比较第3段。
129==》10000001
130==》10000010
132==》10000100
133==》10000101
上下比较第3段的后三位发生变化，则视为主机位，因此新的网络位位数为：8+8+5=21位。汇聚后的网络地址即把主机位全部置0,为172.18.10000000.0/21,亦即172.18.128.0/21,也称之为超网网络地址。

3.最长匹配原则

在使用CIDR时，由于采用了网络前缀这种记法，IP地址由网络前缀和寺机号两部分组成，因此在路由表中的项目也要有相应的改变。这时，每个项目由"网络前缀”和“下一跳地址”组成。但是在查找路由表时可能会得到不『个匹配结果，这样就带来一个问题：我们应当从这些结果中选择哪一条路由呢？正确的答案是:应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由。这叫作最长前缀匹配,这是因为网络前缀越长，其地址块就越小，路由就越具体。

四、特殊的IP地址

特殊的IP地址包括私有地址、网络地址、广播地址、回送地址等。

1.网络地址

IP地址方案规定，网络地址包含了一个有效的网络号和一个全0的主机号。表示一个网络，例如192.168.1.0/24o

2.广播地址

IP广播有两种形式，一种称为直接广播(主机位全为1的地址)，另一种称为有限广播(255.255.255.255),广播地址只能作为目的地址。

3.私有地址

为了满足内网的使用需求，保留了一部分不在公网使用的IP地址，如下表所示。

4.回送地址

A类网络地址127.0.0.0是一个保留地址，用于网络软件测试及本地机器进程间通信，这个IP地址称为回送地址。无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，协议软件不进行任何网络传输，立即将之返回。因此，含有网络号127的数据报不可能出现在任何网络上。

5.不确定地址

不确定地址0.0.0.0代表本网络中的本主机，只能作为源地址临时使用。在路由表中，0.0.0.0代表任意网络，当路由表找不到具体匹配条g的时候使用。

五、IPV4地址的分类

IPV4地址分为单播地址、组播地址和广播地址三类。

1.单播地址

实现1对1通信的地址，典型的A、B、C类地址都属于单播地址。

2.组播地址

组播报文的昏的地址使用D类IP地址,D类地址不能出现在IP报文的源IP地址字段。在IP组播中，数据包的目的地址不是P个，而是一组，形成组地址。组中的所有成员都能接收到数据包。D类地址不能出现在IP报文的源IP地址字段。和IP单播相比，多播可以大大节约网络资源。比如视频服务器用单播方式向90台主机传送同样的视频节目，需要发送90个单播。如果改用多播的话，视频服务器只需要发送一次。

3.广播地址

255.255.255.255叫作受限广播地址，路由器收到目的IP地址为255.255.255.255的IP包，不会对此IP包转发。路由器都不转发目的地址为受限的广播地址的数据报，这样的数据报仅出现在本地网络中。还有一种是直接广播地址，直接广播地址包含一个有效的网络号和一个全“1”的主机号，用户将信息送到此地址，就是将信息送给此网络号的所有主机。

六、IPv4数据报格式

IP数据报的格式能够说明IP协议都具有什么功能。IPv4数据报格式如图所示。

版本号首部长度区分服务报文总长度标识°F分片偏移量生存时间协议首部校验和源IP地址目的IP地址（可选）IP选项与填充数据用户数据图6-3IP数据报格式一个IP数据报是由首部和数据两部分所组成的。首部的前一部分为固定长度，共20字节。是所有IP数据报都必须具有的。
1.版本
版本占4位，指的是IP协议的版本。目前广泛使用的IP协议版本号为4。
2.首部长度
首部长度占4位，可表示的最大十进制数值为15。因此首部长度的最大值是15个4字节长的字，即60佐节。当IP分组的首部长度不是4字节的整数倍的时候，必须利用最后的填充字段加以填充；典型的IP数据报不使用首部中的选项，因此典型的IP数据报首部长度是20字节，这个字段的值是5。
3.区分服务
区分服务占8位，用来获得更好的服务。这个字段在旧标准中叫作服务类型，但实际上一直没有使用过。
4.总长度
总长度指首部和数据之和的长度，单位为字节。总长度字段为16位，因此数据报的最大长度216-1=65535字节。在IP层下面的每一种数据链路层都有其自己的帧格式，其中包括帧格式中的数据字段的最大长度。这称为最大传送单元MTU,当一个IP数据报封装成链路层的帧时，此数据报的总长度一定不能超过下面的数据链路层的MTU值。当数据报长度超过网络所容许的最大传送单元MTU时，就必须把过长的数据报进行分片后才能在网络上传送。这时,数据报首部中的“总长度”字段不是指未分片前的数据报长度，而是指分片后的每一片的首部长度与数据长度的总和。
5.标识
标识占16位。IP软件在存储器中维持一个计数器，每产生一个数据报，计数器就加1,并将此值赋予标识字段。但这个’'标识”并不是序号，因为IP是无连接服务，数据报不存在按序接收的问题。当数据报长度超过MTU时就必须分片，这个标识字段的值就被复制到所有的数据报片后的标识字段中。相同的标识字段的值使分片后的各数据报片最后能正确地重装成为原来的数据报。
6.标志
标志占3位，但目前只有两位有意义。标志字段中的最低位记为MF。MF=1表示后面“还有分片”的数据报。MF=0表示这已是若干数据报片中的最后一个。标志字段中间的一位记为DF,意思是“不能分片”。只有当DF=0时，才允许分片。
7.片偏移
片偏移占13位。较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位置。相对于用户数据字段的起点，该片从何处开始。片偏移以8个字节为偏移单位。这就是说，每个分片的长度一定是8字节的整数倍。
8.生存时间
生存时间占8位，生存时间字段常用的英文缩写为TTL,表明数据报在网络中的寿命,由发出数据报的源点设置这个字段。其目的是防止无法交付数据报在因特网上兜圈子,白白消耗网络资源。TTL的意义是设置数据报在因特网至多可经过多少个路由器。数据报在网络中能经过的路由器的最大数值是255o若TTL的值为1,就代表这个数据报只能在本局域网中进行传输。因为这个数据报一传送到局域网的某个路由器，在转发前就将TTL值减小到0,因此这个数据报就会被路由器丢弃。
9.协议
协议占8位，用于指定数据部分携带的消息是由哪种高级协议建立的，例如ICMP为1,TCP为6,UDP为17o
10.首部校验和
首部校验和占16位。这个字段只检验数据报的首部，但不包括数据部分。
11.源地址
源地址占32位，指的是发送方的地址。
12.目的地址
目的地址占32位，指的是接收方的地址。
13.选项与填充
选项字段允许IP支持各种选项，如安全性。在使用选项的过程中，有可能造成数据包头部不是4字节的整数倍，那么则需要填充字段来凑齐。最后用全0的填充字段补齐成为4字节的整数倍。
14.数据
用于封装上层协议的数据，如TCP、UDP等。数据长度=总长度一报头长度，最长可为65515字节。

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总结

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