關于IP位址

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IP位址（Internet Protocol Address，又譯為網際協定位址）由4個位元組的32位二進制數表示，通常以點分十進制的方式表示，也就是之間用點隔開的4個十進制數。IP位址發展可分為4個階段。分别是：按照标準分類的IP位址、劃分子網的三級位址結構、無類别域間路由CIDR和網絡位址轉換NAT。下面介紹4個階段的詳細内容。

1. 标準分類的ip位址

ip位址由網絡号和主機号組成。分為A類位址、B類位址、C類位址和有特殊用途的D類和E類位址。

他們的關系如下圖：

(1) A類位址

A類位址的網絡号為8位，主機号為24位。第一位網絡号固定為0，之後的7位沒有限制，最後的24位表示主機号。是以，

A類位址的網絡号的範圍是：0~127。

網絡号的表示範圍是：0~2^24。

它的ip位址的範圍可以表示為：0.0.0.0~127.255.255.255

但是，網絡号為10 的ip位址有特殊用途，網絡号和或者主機号全為0或全為1的ip位址也是如此，是以可用的網絡号隻有125個，可用的主機号有2^24-2個。

A類位址的覆寫範圍：1.0.0.0~127.255.255.255

(2) B類位址

B類位址的網絡号為16位，主機号也為16位。網絡号前兩位固定為10，後面的14位沒有限制，最後16位為主機号。與A類位址類似，B類位址可用的網絡号為2^14個，可用的網絡号為2^16-1個。

B類的覆寫範圍是：128.0.0.0~191.255.255.255

(3) C類位址

C類位址的網絡号為24位，主機号為8位。網絡号的前三位為110，後面的21位無限制。最後的8位表示主機号。C類位址可用的網絡号有2^24個，主機号為2^8-2個.

C類的覆寫範圍是：192.0.0.0~223.255.255.255

(4) D類、E類位址

D類位址不辨別網絡。用于其他特殊用途。

E類位址暫時保留

2. 劃分子網的三級位址結構

子網的概念引用書上的介紹“标準分類的ip位址存在兩個主要的問題：ip位址的有效使用率與路由器的工作效率。由此人們提出了子網的概念(subnet)，子網劃分的基本思想是：借用主機号的一部分作為子網的子網号，劃分出更多的子網ip位址，而對外部路由器尋址沒有影響。”

子網的結構與ip略有不同，子網增加了一級子網号(subnet ID)。是以子網位址的結構是：網絡号+子網号+主機号。處在相同子網下的主機具有相同的子網号。子網的劃分方式對A類，B類，C類ip都有效。

說到子網就不得不提子網路遮罩(subnet mask)的概念,通過子網路遮罩就可以知道該網絡可以包含的最大子網數量。

子網号的位數決定了子網的數量，舉個例子，現在需要用1個ip分出100個子網，那麼設子網号的位數是x，則滿足如下關系：

2^x -2 >= 100

由此可得x>=7，當x=7時子網的位數為7，可以表示的的最大子網個數為128個，可以分出大于100個子網。子網路遮罩的表示方式為：将網絡位址的網絡号所有位數全部轉換為1，網絡号後面的x(子網位數)為也1，其餘位數一律為0。假如上面的例子的ip位址是156.26.0.0，那麼他的子網路遮罩就是255.255.254.0，表示成二進制如下：

11111111.11111111.11111110.00000000

　255 .　255 .　254.　　　0

那麼如何将ip位址轉換成子網位址呢，其實也很簡單。當我們知道了網絡位址和子網路遮罩後，将網絡位址與子網路遮罩采用與運算即可得出子網位址

10011100.00011010.00000000.00000000　　　　(156.26.0.0)

11111111.11111111.11111110.00000000　　　　　　(255.255.254.0)

與運算↓

10011100.00011010.00000000.00000000　　　　(156.26.0.0)　

3.無類别域間路由CIDR

CIDR将剩餘的ip位址按可變大小的位址來配置設定。CIDR與ip位址字面上的不同是CIDR後面有”/(數字)”,CIDR采用斜線記法，即<網絡字首><主機号>，例如 200.16.23.1/20表示前20位是網絡字首，後12位作為主機号，是以，主機的數量最多可以為2^12。

CIDR的用途

假如一個校園有200.24.16.0/20的位址塊，他希望分成8個較小的等長的位址塊，那麼為了區分8個不同的位址塊，我們需要至少3位來表示不同的位址塊，所可以從主機号中借3位來表示不同的位址塊，剩下的位數表示主機号。

200.24.16.0/20　　　1001000.00011000.00010000.00000000

200.24.18.0/23　　　1001000.00011000.00010010.00000000

200.24.20.0/23　　　1001000.00011000.00010100.00000000

…

由此可以将位址塊劃分為8個位址塊。

4.網絡位址轉換NAT

引用書上原文研究NAT出于兩個目的：一是由于IPv4向IPv6轉換的程序很慢，是以需要有一種短時間内有效解決ip位址短缺的方法。二是出于網絡安全的目的

NAT裝置需要同時儲存兩種位址，一種是内部ip位址，一種是全局ip位址，當内部主機發出資料請求時，NAt路由器需要按照某種關系将内部ip轉換為全局ip，轉換的方式有兩種：一種是靜态NAT，一種是動态NAT。

靜态NAT将一個或一組内部ip轉換成固定的全局ip位址，屬于多對一或者一對一的關系。

動态NAT将内部ip轉換成随機的全局ip，屬于多對多的關系