网络层：IPv4地址

笔记来源：
湖科大教书匠：IPv4地址概述
 湖科大教书匠：分类编址的IPv4地址
 湖科大教书匠：划分子网的IPv4地址
 湖科大教书匠：无分类编址的IPv4地址

声明：该学习笔记来自湖科大教书匠，笔记仅做学习参考

IPv4地址就是给因特网(Internet)上的每一台主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32比特的标识符。

二进制的地址用户不方便使用，所以采用点分十进制表示

IPv4的编址方法经历了三个阶段：
分类编址、划分子网、无分类编址

1.1 分类编址

A类地址

B类地址

C类地址

判断A类、B类、C类地址

例子：

1.2 划分子网的IPv4地址

给某一个公司局域网分配了一个B类IPv4地址，可供指派的主机数量65534个，给现存主机和一个路由器接口分配地址后仍存在大量剩余，而这些剩余网络只能在本局域网使用，其他局域网无法使用，造成了大量浪费

该公司又新增了一些主机，需要将该局域网划分为多个子网，若其中一个子网使用原先为这个局域网申请到的B类地址，而假设其他子网使用新增地址，则会造成路由器记录大量增加且申请地址花费较高。
如何解决上述问题？
让三个子网将原先B类地址中剩余的大量地址利用起来。
如何利用大量剩余地址？
从主机号部分借用一部分作为子网号，例如将B类IPv4地址的主机号中8位作为子网号
如何让计算机知道分类地址中主机号有多少位被作为了子网号？
子网掩码

子网掩码表明分类IP地址的主机号部分被借用了几个比特作为子网号

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IPv4地址 & 子网掩码 = IPv4地址所在子网的网络地址（&与运算）

子网划分例子

主机号全0和全1不可用于分配给主机，可用于分配的介于二者之间

默认子网掩码
在未划分子网情况下使用的子网掩码

1.3 无分类编址的IPv4地址

整个IPv4地址面临耗尽，提出了采用无分类编址的方法来解决IP地址紧张的问题
无分类域间路由选择CIDR消除了传统A、B、C类地址以及划分子网的概念，更加有效地分配IPv4的地址空间，且可在IPv6使用之前允许因特网规模继续增长
斜线后写网络前缀所占的比特数量

网络前缀都相同的连续IP地址组成一个CIDR地址块
只要知道CIDR地址块，就能知道该地址块的全部细节

路由聚合（构造超网）
网络前缀都相同的连续IP地址组成一个CIDR地址块
找到多个IP地址的共同前缀后其余比特位全部取0，完成路由聚合
网络前缀越长，路由越具体

1.4 IPv4地址的应用规划

给定一个IPv4地址块如何将其划分成更小的地址块？并将这些地址块分配不同的网络，进而给各网络中主机和路由器接口分配IPv4地址？两种方法
1.定长的子网掩码FLSM（Fixed Length Subnet Mask）
使用同一个子网掩码来划分子网
根据子网个数确定子网号的位数（从主机位借走几位），每个子网有相同的地址数量

子网号位数->主机号位数->每个子网内的地址数量 $2^{\text{主机号}}$ 个（即每个子网的地址数量都相同）用不完的浪费了

上述需要划分为5个子网，从主机号中借走3位比特作为子网号， $2^3=8$ 个子网，每个子网上的地址数量 $2^{8-3}=32$ （主机号5位）台主机

每个子网分配的地址数量相同，即便子网内只有几台主机，有时造成地址大量浪费。例：子网N5中只需要2个地址，却给它分配了32个地址。由此引出变长的子网掩码来划分子网。

2.变长的子网掩码VLSM（Variable Length Subnet Mask）
使用不同的子网掩码来划分子网
先确定每个子网中主机和路由器接口数量（地址数量），由此确定主机号的位数，进而得到子网号的位数（主机号剩余位数给子网）最终得到每个子网的地址块（ /网络前缀）

主机号位数 -> 子网号位数（主机号中剩余位给子网）-> 所有地址列出，每个子网需要多少地址就划分多少地址，剩余地址待分配，并未造成浪费

将218.75.230.0/24地址块包含的全部地址列出来，将这些地址依次分配给各个子网，子网需要多少地址就相应分配多少地址，分配时建议先给大的子块分配，剩余地址待分配