Oct 6, 2018

IP地址与CIDR

IP(v4)地址是一个4字节（共32bit），32位的二进制的数字，被分为4段，每段8位，段与段之间用.号分隔，为了便于表达和识别，IP地址是以十进制形式表示,例如：127.0.0.1。由网络ID和主机ID组成，网络中唯一标识一台计算机。网络ID标识计算机所处的网段，主机ID标识计算机在网段中所处的位置。

网络ID的是Internet上的一个子网，而主机ID的是子网中的某台主机。网际地址分解成两个域后，带来了一个重要的优点：IP数据包从网际上的一个网络到达另一个网络时，选择路径可以基于网络而不是主机。在大型的网际中，这一点优势特别明显，因为路由表中只存储网络信息而不是主机信息，这样可以大大简化路由表。

IP地址分类：

为了方便IP寻址分为A、B、C、D、E五类，每类IP地址对各个IP地址中用来表示网络ID和主机ID的位数作了明确的规定。

1. A类

A类地址用IP地址前8位表示网络ID（1字节），后24位表示主机ID（3字节）。A类地址用来表示网络ID的第一位必须以0开始，其他7位可以是任意值，当其他7位全为0是网络ID最小，即为0；当其他7位全为1时网络ID最大，即为127。完整的IP二进制：

00000000 . 000000000 . 000000000 . 000000000
   a           b           c          d
看a部分:
第一位为0，其他7位为0，那么a部分为00000000，转成十进制0*2^7+0*2^6+0*2^5+0*2^4+0*2^3+0*2^2+0*2^1+0*2^0 = 0
第一位为0，其他7位为1，那么a部分为01111111，转成十进制  0*2^7+1*2^6+1*2^5+1*2^4+1*2^3+1*2^2+1*2^1+1*2^0 = 127

网络ID不能为0，它有特殊的用途，用来表示所有网段，所以网络 ID最小为1. 网络ID不能为127；127用来作为网络环回测试用。

所以A类网络网络ID的有效范围是1-126共126个网络1.0.0.0~126.255.255.255,默认子网掩码/8,即255.0.0.0 (其中127.0.0.0~127.255.255.255为环回地址,用于本地环回测试等用途)。每个A类网络最多可以连接2^24-2台主机（2个保留地址）。

2. B类

B类地址用IP地址前16位表示网络ID（2字节），后16位表示主机ID（2字节）。B类地址用来表示网络ID的前两位必须以10开始，其他14位可以是任意值，当其他14位全为0是网络ID最小，即为128；当其他14位全为1时网络ID最大，即为191。完整的IP二进制：

10000000 . 000000000 . 000000000 . 000000000
   a           b           c          d
看ab部分:
前2位为10，其他14位为0，那么ab部分为10000000 00000000，转成十进制1*2^7+0*2^6+0*2^5+0*2^4+0*2^3+0*2^2+0*2^1+0*2^0 = 128
前2位为10，其他14位为1，那么ab部分为10111111 11111111，转成十进制  1*2^7+0*2^6+1*2^5+1*2^4+1*2^3+1*2^2+1*2^1+1*2^0 = 191

所以B类网络网络ID第一个字节有效范围是128-191，共16384个（2^14）B类网络128.0.0.0~191.255.255.255,默认子网掩码/16.每个B类网络最多可以连接2^16-2台主机（2个保留地址）。

3. C类

C类地址用IP地址前24位表示网络ID（3字节），后8位表示主机ID（1字节）。C类地址用来表示网络ID的前三位必须以110开始，其他21位可以是任意值，当其他21位全为0是网络ID最小，即为192；当其他21位全为1时网络ID最大，即为223。，完整的IP二进制：

10000000 . 000000000 . 000000000 . 000000000
   a           b           c          d
看abc部分:
前3位为110，其他21位为0，那么ab部分为11000000 00000000 00000000，转成十进制1*2^7+1*2^6+0*2^5+0*2^4+0*2^3+0*2^2+0*2^1+0*2^0 = 192
前3位为110，其他21位为1，那么ab部分为11011111 11111111 11111111，转成十进制  1*2^7+1*2^6+0*2^5+1*2^4+1*2^3+1*2^2+1*2^1+1*2^0 = 223

所以C类网络网络ID第一个字节有效范围是192-223，共个2^21C类网络192.0.0.0~223.255.255.255,默认子网掩码/24.每个C类网络最多可以连接2^8-2(254台)台主机（2个保留地址）。

4. D类

一般于用组播，没有网络ID和主机ID之分，D类IP地址的第一个字节前四位必须以1110开始，其他28位可以是任何值，IP范围224.0.0.0~239.255.255.255。

5. E类

一般用于研究用途，没有网络ID和主机ID之分，E类IP地址的第一字节前四位必须以1111开始，其它28位可以是任何值，240.0.0.0~255.255.255.255(其中255.255.255.255为全网广播地址)

CIDR(无类域间路由)

将子网掩码转换为二进制，就会发现网络ID部分全部是1、主机ID部分全部是0。

CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类域间路由选择）它消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空间。它可以将好几个IP网络结合在一起，使用一种无类别的域际路由选择算法，使它们合并成一条路由从而较少路由表中的路由条目减轻Internet路由器的负担。

CIDR技术用子网掩码中连续的1部份表示网络ID，连续的0部份表示主机ID。比如，网络中包含2000台计算机，只需要用11位表示主机ID，用21位表网络ID，则子网掩码表示为11111111.11111111.11100000.00000000，转换为十进制则为 255.255.224.0。此时，该网络将包含2046台计算机，既不会造成IP地址的浪费，也不会利用路由器连接网络，增加额外的管理维护量。

CIDR 还使用“斜线记法”，它又称为CIDR记法，即在IP地址后面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的比特数（这个数值对应于三级编址中子网掩码中比特1的个数）。

CIDR表示方法：IP地址/网络ID的位数，比如192.168.23.35/21，其中用21位表示网络ID。

网络ID相同的计算机称之为本地网络，本地网络中的计算机相互通信不需要路由器连接；网络ID不相同的计算机称之为远程网络，远程网络中的计算机要相互通信必须通过路由器连接。

{% alert warning %} 注意：为什么计算IP地址时要减2，而计算子网数目时不减2呢？IP地址减2的原因是主机ID不能全为0也不能全为1；子网就不存在这个问题。 {% endalert %}