【网络协议栈】网络层（中）IP地址的网段划分、CIDR划分以及网络层概念（内附手画分析图 简单易懂）
绪论
“坚持的意义是，以后回想起来的时候，你会庆幸“真好，我撑过来了”，而不是后悔“要是当初再……就好了”。本章主要写道网络层中非常重要的概念，了解了网络中ip地址的由来，以及ip地址不够的如何的处理方法，后面将继续写到网络层内容敬请期待。
话不多说安全带系好，发车啦（建议电脑观看）。
网段划分
IP地址分为两个部分, 网络号和主机号
- 网络号: 保证相互连接的两个网段具有不同的标识;
- 主机号: 同一网段内, 主机之间具有相同的网络号, 但是必须有不同的主机号;
（谈论的都是公网）
其中的相同的网段可以近似的理解成相同的子网（局域网）
- 不同的子网其实就是把网络号相同的主机放到一起。
- 如果在子网中新增一台主机, 则这台主机的网络号和这个子网的网络号一致, 但是主机号必须不能和子网中的其他主机重复。
路由器
一个路由器至少要有两个主机，才能跨子网，路由器的主机标识往往是1
路由器一端一定链接着运营商的网络
路由器（在网络层）：能构建子网（局域网内IP地址的管理 通过DHCP实现）
DHCP（应用层的概念）能够自动的给子网内新增主机节点分配IP地址，避免了手动管理IP的不便。
一般的路由器都带有DHCP功能。因此路由器也可以看做一个DHCP服务器。
支持http协议+（浏览器中输入路由器背面的ip 就能进入到一个路由器的网页界面中）
划分网络号和主机号
需要知道的是运营商才需进行划分网络号和主机号
过去曾经提出一种划分网络号和主机号的方案, 把所有IP 地址分为五类, 如下图所示(该图出自TCP/IP)。
-
A类 0.0.0.0到127.255.255.255
-
B类 128.0.0.0到191.255.255.255
-
C类 192.0.0.0到223.255.255.255
-
D类 224.0.0.0到239.255.255.255
-
E类 240.0.0.0到247.255.255.255
随着Internet的飞速发展，这种划分方案的局限性很快显现出来，大多数组织（运营商）都申请B类网络地址（A类申请不到，C类主机不够），导致B类地址很快就分配完了，而A类却浪费了大量地址（因为24位的主机位就代表着这个子网中能连接2 ^ 24台主机，这对于一个子网来说是根本用不完的）。针对这种情况提出了新的划分方案，称为CIDR(Classless Interdomain Routing)：
CIDR
引入一个额外的子网掩码(subnet mask)，来区分网络号和主机号；
- 网络号 = IP地址 & 子网掩码
- 子网掩码和IP长度一样也是一个32位的正整数。
- 网络号和主机号的划分与这个IP地址是A类、B类还是C类无关；
- 子网掩码的作用就是将划分出来的多的网络号找出来，确定多划分后的网络号和主机号。
具体如下图
解释第二个例子，具体如下：
子网划分的优点：
通过下图理解：
上图学号也就对应着 ip
其中每个学院有专门的编号（计算机学院：000）也就是目标网络
子网划分：提高定位和查找主机的效率
根据上面的例子，我们通过子网划分后得到的目标网络也就是对应着每一个系的编号，这样可以先通过目标网络就能排除掉很多的可能性，直接找到对应的院系，也就是在确定某个院之前都是直接通过院编号来进行查找的，这样就能大大的缩小查找的范围，返回来就是先根据目标网络进行路由。
IP地址的数量限制
IP地址(IPv4)是一个4字节32位的正整数。那么一共只2的32次方个IP地址，大概是43亿左右。而TCP/IP协议规定，每个主机都需要有一个IP地址。这意味着, 一共只有43亿台主机能接入网络么？实际上，由于一些特殊的IP地址的存在，数量远不足43亿；另外IP地址并非是按照主机台数来配置的，而是每一个网卡都需要配置一个或多个IP地址。
CIDR在一定程度上缓解了IP地址不够用的问题(提高了利用率, 减少了浪费, 但是IP地址的绝对上限并没有增加), 仍然不是很够用。这时候有三种方式来解决：
- 动态分配IP地址: 只给接入网络的设备分配IP地址。因此同一个MAC地址的设备, 每次接入互联网中, 得到的IP地址不一定是相同的
- NAT技术(后面会重点介绍)
- IPv6技术: IPv6并不是IPv4的简单升级版. 这是互不相干的两个协议, 彼此并不兼容; IPv6用16字节128位来表示一个IP地址; 但是目前IPv6还没有普及。
常见特殊IP地址
- 将IP地址中的主机地址全部设为0,就成为了网络号, 代表这个局域网 0.0.0.0。
- 将IP地址中的 主机地址 全部设为1，就成为了广播地址, 用于给同一个链路中相互连接的所有主机发送数据包
- 例：设ip:192.168.1.0 它的子网掩码是255.255.255.0 ：
- 那么它的主机号就是最后8位，所以广播地址就是：192.168.1.255
- 127.*的IP地址用于本机环回(loop back)测试,通常是127.0.0.1
本章完。预知后事如何，暂听下回分解。
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