分類的IP地址
有關(guān)IP最重要的文檔就是互聯(lián)網(wǎng)的正式標準RFC 791
IP地址及其表示方法
整個互聯(lián)網(wǎng)就是一個單一韭赘，抽象的網(wǎng)絡(luò)拾氓，IP地址就是給互聯(lián)網(wǎng)上的每一臺主機（或者路由器）的每一個接口分配一個在全世界范圍內(nèi)都是唯一的32位的標識符。IP地址的出現(xiàn)是為了我們更方便的尋址杀饵。 IP地址現(xiàn)在是由ICANN進行分配莽囤。
IP地址編碼三大階段:
- 分類的IP地址：是最基本的編址方法。
- 子網(wǎng)的劃分：對最基本的編址方法進行改進切距。
- 構(gòu)建超網(wǎng)：比較新的無分類的編址方法朽缎。
所謂的分類的IP地址就是將IP地址劃分為若干個固定類，每一類地址都由兩個固定長度的字段組成谜悟。第一個字段為網(wǎng)絡(luò)號饵沧，第二個字段為主機號，一個網(wǎng)絡(luò)號在整個互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)必須是唯一的赌躺，一個主機號在某一個網(wǎng)絡(luò)區(qū)間內(nèi)必須是唯一的狼牺。
由此可見，一個IP地址在整個互聯(lián)網(wǎng)范圍都是唯一的礼患。
這種兩級的IP地址可以記為：
IP地址不僅僅指明一臺主機是钥，還指明該主機所連接到的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
注意這里A類缅叠，B類悄泥，C類都是單播地址（一對一通信），且是最常用的肤粱。D類地址用于多播（一對多通信）弹囚，E類地址保留為以后使用。
常見的三種類別的IP地址
A類地址：網(wǎng)絡(luò)號字段占1個字節(jié)领曼，只有7位可以使用(該字段的第一位已經(jīng)固定為0)鸥鹉，可以指派的網(wǎng)絡(luò)號是-2=126個蛮穿。-2的目的是：
- IP地址中的全0表示的是"這個",網(wǎng)絡(luò)號字段全為0的IP是個保留地址，意思是本網(wǎng)絡(luò)毁渗。
- 網(wǎng)絡(luò)號位127(0111111)作為本地軟件環(huán)回測試(loopback test),本主機進程之間的通信使用践磅，意思就是若主機發(fā)送了一個目的地址為環(huán)回地址例如127.0.0.1的IP數(shù)據(jù)包，主機并不會發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上灸异。環(huán)回地址永遠都不會出現(xiàn)在任何網(wǎng)絡(luò)上府适，因為網(wǎng)絡(luò)號位127根本就不是一個網(wǎng)絡(luò)地址。
A類地址主機號占3個字節(jié)（24位）,因此每一個A類網(wǎng)絡(luò)中最大的主機數(shù)位-2=16777214,-2的原因是
- 全0的主機號字段表示該IP地址是“本主機”所連接到的單個網(wǎng)絡(luò)地址(例如肺樟，一個主機的IP地址是5.6.7.8檐春，那么該主機所在的網(wǎng)絡(luò)地址為5.0.0.0)
- 全1表示所有的(all)，因此全為1的主機號字段表示的是該網(wǎng)絡(luò)上的所有主機么伯。
B類地址：網(wǎng)絡(luò)號字段有2個字節(jié)16位喇聊，但前兩位(1 0)已經(jīng)固定了，只剩下14位可以進行分配蹦狂。因為網(wǎng)絡(luò)號字段后面的14位不論如何取值也不可能出現(xiàn)使整個2字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)號字段變?yōu)槿?或全1誓篱，因此這里網(wǎng)絡(luò)書-2的問題。但實際上B類網(wǎng)絡(luò)地址128.0.0.0是不指派的凯楔，而可指派的B類最小網(wǎng)絡(luò)地址是128.1.0.0.因此B類地址可指派的的網(wǎng)絡(luò)數(shù)為-1,即16383窜骄，B類地址的每一個網(wǎng)絡(luò)上最大的主機數(shù)是
-2,即65534，這里減2的目的是因為要扣除全0和全1的主機號摆屯。
C類地址：網(wǎng)絡(luò)號3個字節(jié)24位邻遏，網(wǎng)絡(luò)號前必須是110，因此還有24-3=21位可以進行分配虐骑，C類地址可指派的網(wǎng)絡(luò)總數(shù)是-1准验，即2097151個。C類地址主機位占1個字節(jié)廷没，即8位糊饱，每一個C類地址的最大主機數(shù)為
-2,即254個。
這樣我們就得出了如圖4-2所表示的IP地址的指派范圍：
圖4-3給出了一般不使用的特殊IP地址颠黎，這些地址只能在特定的情況下使用:
IP地址具有如下特征
-
每個IP都是由網(wǎng)絡(luò)號和主機號兩部分組成另锋。從這個意義上來說，IP地址是一種分等級的地址結(jié)構(gòu),分兩個等級的好處是:
IP地址管理機構(gòu)在分配IP地址時只分配網(wǎng)絡(luò)號（第一級）狭归，而剩下的主機號（第二級）則由得到該網(wǎng)絡(luò)的單位自行分配夭坪。這樣就方便了了IP地址的管理；
路由器僅僅根據(jù)目的主機所連接的網(wǎng)絡(luò)號來分組轉(zhuǎn)發(fā)（并不考慮主機號）這樣就可以使路由表中的項目數(shù)打大幅度減少过椎，從而減少了路由表所占的內(nèi)存存儲空間以及查找路由表的時間室梅。
實際上IP地址標志著一臺主機（或者路由器）和一條鏈路的接口，當一臺主機同時連接到兩個網(wǎng)絡(luò)上時，則該主機必須同時擁有兩個相應(yīng)的IP地址亡鼠，并且網(wǎng)絡(luò)號必須是不同的赏殃。這樣的主機稱之為多歸屬主機，由于一個路由器至少應(yīng)當連接到兩個網(wǎng)絡(luò)拆宛，因此一個路由器應(yīng)該至少有兩個不同的IP地址嗓奢，舉個簡單的例子：有一個建筑正好在北京路和上海路的交叉口上那么這兩個建筑可以同時擁有兩個門牌號碼:例如北京路4路和上海路37路讼撒。
按照互聯(lián)網(wǎng)的觀點浑厚，一個網(wǎng)絡(luò)指具有相同網(wǎng)絡(luò)號net-id的主機的集合，因此根盒，使用轉(zhuǎn)發(fā)器或者網(wǎng)橋連接起來的若干局域網(wǎng)仍為一個網(wǎng)絡(luò)钳幅，因為這些網(wǎng)絡(luò)具有相同的網(wǎng)絡(luò)號，具有不同網(wǎng)絡(luò)號的主機必須要通過路由器進行連接炎滞。
在IP地址中敢艰，所有分配到網(wǎng)絡(luò)號的網(wǎng)絡(luò)都是平等的--互聯(lián)網(wǎng)同等對待每一個IP地址。
IP地址與硬件地址
硬件地址與IP地址的區(qū)別
從層次上來看册赛，物理地址是數(shù)據(jù)鏈路層和物理層使用的地址钠导，而IP地址是網(wǎng)絡(luò)層及其上層使用的地址，因此也叫做邏輯地址(IP地址是用軟件實現(xiàn)的)森瘪。
在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候牡属，數(shù)據(jù)從高層下到低層，然后才能在通信鏈路上通信扼睬，使用IP地址的數(shù)據(jù)報一旦交給了數(shù)據(jù)鏈路層逮栅，就會被封裝成MAC幀。MAC幀在傳輸?shù)臅r候使用的源地址和目的地址都是硬件地址窗宇，這兩個硬件地址都寫入了MAC幀的首部中措伐。
連接在通信鏈路上的設(shè)備（主機或者路由器）在收到MAC幀的時，根據(jù)MAC幀首部中的硬件地址決定收下還是丟棄军俊。只有在剝?nèi)AC幀的首部和尾部才能把MAC幀的數(shù)據(jù)上交到網(wǎng)絡(luò)層后侥加，網(wǎng)絡(luò)層才能在IP數(shù)據(jù)報的首部找到源IP地址和目的IP地址。
當IP數(shù)據(jù)報放到鏈路層的MAC幀中粪躬，整個IP數(shù)據(jù)報就成了MAC的數(shù)據(jù)官硝，因此在數(shù)據(jù)鏈路層看不到數(shù)據(jù)報的IP地址。
如圖4-9(a)畫的是三個局域網(wǎng)使用兩個不同的路由器R1和R2互連起來《掏桑現(xiàn)在主機H1和H2進行通信氢架，這兩臺主機的IP地址分別是IP1和IP2，而它們的硬件地址分別為HA1和HA2朋魔。通信的路徑是：H1->經(jīng)過R1轉(zhuǎn)發(fā)->再經(jīng)過R2轉(zhuǎn)發(fā)->H2岖研。路由器R1因同時連接到兩個局域網(wǎng)上，因此它有兩個硬件地址，即HA3和HA4孙援，同理害淤，路由器R2也有兩個硬件地址HA5和HA6。
圖4-9(b)特別強調(diào)了IP地址與MAC地址之間的關(guān)系,表4-4歸納了這種區(qū)別拓售。
這里要強調(diào)幾點
在IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)上只能看到IP數(shù)據(jù)報窥摄，雖然IP數(shù)據(jù)報要經(jīng)過路由器R1和R2的兩次轉(zhuǎn)發(fā)，但在它的首部中的源地址和目的地址始終是IP1和IP2础淤，數(shù)據(jù)報中間經(jīng)過的兩個路由器的IP地址并不會出現(xiàn)在IP數(shù)據(jù)報的首部中崭放。
雖然在IP數(shù)據(jù)報首部有源IP地址，但是路由器只根據(jù)目的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號進行路由選擇鸽凶。
在局域網(wǎng)的鏈路層币砂，只能看到MAC幀，IP數(shù)據(jù)報在被封裝到MAC幀中.MAC幀在不同的網(wǎng)絡(luò)上傳輸時玻侥。其MAC幀首部的源MAC地址和目的MAC地址都要發(fā)送變化决摧，如上圖4-9(b)。
盡管互聯(lián)在一起的網(wǎng)絡(luò)的硬件地址體系各不同凑兰。但是IP層抽象的的互聯(lián)網(wǎng)屏蔽了下層這些很復雜的細節(jié)掌桩，我們只需要在網(wǎng)絡(luò)層上討論問題，就能夠使用統(tǒng)一的姑食，抽象的IP地址來研究主機和主機或者主機和路由器之間的通信波岛。
