IP协议

IP地址

概述

• IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。
• 每个IP地址都包含两部分：网络ID和主机ID，网络ID标识在同一个物理网络上的所有宿主机，主机ID标识网络上的每一个宿主机，运行TCP/IP的每个计算机都需要唯一的IP地址。

IPV4 VS IPV6

• IPV4：IPV4有一个32位的连接地址，由4个8位字段组成，8位字段称为8位位组，每个8位位组之间用点号隔开，用于标识TCP/IP宿主机。
• IPV6：IPv6的地址长度为128位，是IPv4地址长度的4倍，采用十六进制表示。IPv6有3种表示方法，主要使用冒分十六进制表示法。格式为X:X:X:X:X:X:X:X，其中每个X表示地址中的16b，以十六进制表示，例如：ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789

IPV4和IPV6的区别

IPv4和IPv6是是目前使用的两种Internet协议版本，IPv4和IPv6协议之间存在各种差异，包括它们的功能，但关键的一点是它生成的地址（地址空间）的数量的区别。

1. 协议地址的区别
   1. 地址长度：IPv4协议具有32位（4字节）地址长度；IPv6协议具有128位（16字节）地址长度。
   2. 地址的表示方法：IPv4地址是以小数表示的二进制数。 IPv6地址是以十六进制表示的二进制数。
   3. 地址配置：IPv4协议的地址可以通过手动或DHCP配置的。IPv4协议需要使用Internet控制消息协议版本6（ICMPv6）或DHCPv6的无状态地址自动配置（SLAAC）。
2. 数据包的区别
   1. 包的大小：IPv4协议的数据包需要576个字节，碎片可选 ；IPv6协议的数据包需要1280个字节，不会碎片。
   2. 包头：IPv4协议的包头的长度为20个字节，不识别用于QoS处理的数据包流，包含checksum，包含最多40个字节的选项字段。IPv6协议的包头的长度为40个字节，包含指定QoS处理的数据包流的Flow Label字段，不包含checksum；IPv6协议没有字段，但IPv6扩展标头可用。
   3. 数据包碎片：IPv4协议的数据包碎片会由转发路由器和发送主机完成。IPv6协议的数据包碎片仅由发送主机完成。
3. DNS记录：
   • IPv4协议的地址（A）记录，映射主机名；指针（PTR）记录，IN-ADDR.ARPA DNS域。
   • IPv6协议的地址（AAAA）记录，映射主机名；指针（PTR）记录，IP6.ARPA DNS域
4. IPSec支持：IPv4协议的IPSec支持只是可选的；IPv6协议有内置的IPSec支持。
5. 地址解析协议：
   • IPv4协议：地址解析协议（ARP）可用于将IPv4地址映射到MAC地址。
   • IPv6协议：地址解析协议（ARP）被邻居发现协议（NDP）的功能所取代。
6. 身份验证和加密：Pv6提供身份验证和加密；但IPv4不提供。

IP分类

Intenet委员会定义了五种地址类型以适应不同尺寸的网络。地址类型定义网络ID使用哪些位,它也定义了网络的可能数目和每个网络可能的宿主机数目．

IP地址根据网络号和主机号来分，分为A、B、C三类及特殊地址D、E。 全0和全1的都保留不用。

注：只有A,B,C有网络号和主机号之分，D类地址和E类地址没有划分网络号和主机号。

255.255.255.255

该IP地址指的是受限的广播地址。受限广播地址与一般广播地址（直接广播地址）的区别在于，受限广播地址只能用于本地网络，路由器不会转发以受限广播地址为目的地址的分组；一般广播地址既可在本地广播，也可跨网段广播。例如：主机192.168.1.1/30上的直接广播数据包后，另外一个网段192.168.1.5/30也能收到该数据报；若发送受限广播数据报，则不能收到。
注：一般的广播地址（直接广播地址）能够通过某些路由器（当然不是所有的路由器），而受限的广播地址不能通过路由器。

0.0.0.0

常用于寻找自己的IP地址，例如在RARP，BOOTP和DHCP协议中，若某个未知IP地址的无盘机想要知道自己的IP地址，它就以255.255.255.255为目的地址，向本地范围（具体而言是被各个路由器屏蔽的范围内）的服务器发送IP请求分组。

169.54.0.0

无法自动获得网络地址，window自动生成的错误临时地址。

回环地址

127.0.0.0/8被用作回环地址，回环地址表示本机的地址，常用于对本机的测试，用的最多的是127.0.0.1。
A、B、C类私有地址

私有地址

私有地址(private address)也叫专用地址，它们不会在全球使用，只具有本地意义。
A类私有地址：10.0.0.0/8，范围是：10.0.0.0~10.255.255.255，被企业或学校使用。
B类私有地址：172.16.0.0/12，范围是：172.16.0.0~172.31.255.255
C类私有地址：192.168.0.0/16，范围是：192.168.0.0~192.168.255.255

IP为什么要分类

根据IP地址访问终端是通过路由器，路由设备当中有一张路由表，该路由表记录了所有IP地址的位置，这样就可以进行包的转发了，如果我们不区分网络地址，那么这张路由表当中就要保存有所有IP地址的方向，这张路由表就会很大，就像下面说的那样：如果不分网络位和主机位，路由器的路由表就是都是32位的地址，那所有的路由器维护的路由表会很大，转发速度会变慢（因为查询变慢）。而且所有的路由器都要有全Internet的地址，所有人的路由器都要有足够的性能来存下全网地址。估计建造这样的Internet成本是现在的几万倍，甚至更高。
有了网络地址，就可以限定拥有相同网络地址的终端都在同一个范围内，那么路由表只需要维护这个网络地址的方向，就可以找到相应的终端了。

子网掩码

随着互连网应用的不断扩大，原先的IPv4的弊端也逐渐暴露出来，即网络号占位太多，而主机号位太少，所以其能提供的主机地址也越来越稀缺，目前除了使用NAT在企业内部利用保留地址自行分配以外，通常都对一个高类别的IP地址进行再划分，以形成多个子网，提供给不同规模的用户群使用。
这里主要是为了在网络分段情况下有效地利用IP地址，通过对主机号的高位部分取作为子网号，从通常的网络位界限中扩展或压缩子网掩码，用来创建某类地址的更多子网。但创建更多的子网时，在每个子网上的可用主机地址数目会比原先减少。
使用子网可以把单个大网分成多个物理网络，并用路由器把它们连接起来。
子网掩码(Subnet Mask)用于屏蔽IP地址的一部分，使得TCP/IP能够区别网络ID和宿主机ID。当TCP/IP宿主机要通信时,子网掩码用于判断一个宿主机是在本地网络还是在远程网络。
缺省的子网掩码用于不分成子网的TCP/IP网络，对应于网络ID的所有位都置为1，每个8位位组的十进制数是255，对应于宿主机ID的所有位都置为0。
用于子网掩码的位数决定可能的子网数目和每个子网的宿主机数目，子网掩码的位数越多，则子网越多，但是宿主机也较少。
例：假设A类地址子网数是14，则所需位数至少为4，用于子网的位为：11111111, 11110000, 00000000, 00000000, 子网掩码为255.240.0.0,每个子网的宿主机数目为2^20-2=1,048, 574个。

子网划分

将网段

网络号不能全为0或者权威1，全为0代表一个网段，全为1代表一个广播

利用子网数来计算子网掩码

在求子网掩码之前必须先搞清楚要划分的子网数目，以及每个子网内的所需主机数目。
(1) 将子网数目转化为二进制来表示;
如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成27个子网：27=11011；
(2) 取得该二进制的位数，为N；
该二进制为五位数，N = 5
(3) 取得该IP地址的类子网掩码，将其主机地址部分的的前N位置1即得出该IP地址划分子网的子网掩码。
将B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址前5位置 1，得到 255.255.248.0

利用主机数来计算子网掩码

如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成若干子网，每个子网内有主机700台：
(1) 将主机数目转化为二进制来表示700=1010111100；
(2) 如果主机数小于或等于254（注意去掉保留的两个IP地址），则取得该主机的二进制位数，为N，这里肯定 N<8。如果大于254，则 N>8，这就是说主机地址将占据不止8位；该二进制为十位数，N=10；
(3) 使用255.255.255.255来将该类IP地址的主机地址位数全部置1，然后从后向前的将N位全部置为 0，即为子网掩码值。
将该B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址全部置1，得到255.255.255.255，然后再从后向前将后 10位置0,即为：11111111.11111111.11111100.00000000，即255.255.252.0。这就是该欲划分成主机为700台的B类IP地址 168.195.0.0的子网掩码。

根据每个网络的主机数量进行子网地址的规划计算子网掩码

比如一个子网有10台主机，那么对于这个子网需要的IP地址是：10＋1＋1＋1＝13
注意：加的第一个1是指这个网络连接时所需的网关地址，接着的两个1分别是指网络地址和广播地址。
因为13小于16（16等于2的4次方），所以主机位为4位。而256－16＝240，所以该子网掩码为255.255.255.240。
如果一个子网有14台主机，不少人常犯的错误是：依然分配具有16个地址空间的子网，而忘记了给网关分配地址。这样就错误了，因为14＋1＋1＋1＝17，17大于16，所以我们只能分配具有32个地址（32等于2的5次方）空间的子网。这时子网掩码为：255.255.255.224