网络层（三）IP编址
1.编址的对象
编址对象
我也不清楚不实现网络层功能的接口是些什么，比如供电电源接口？？
2.编址策略
如果编址无规律，每个接口随机分片一个IP标识，路由表需要存下网络内所有的IP，不适合Internet这种巨大的网络。因此将网络进行层次划分，将一个大的网络分成一个个子网，路由表只需记录子网即可。这个策略下，IP地址分成网络部分和主机部分。
编址策略
3.IPV4地址
image.png
通常写成点分十进制的形式
4.IP编址的三个历史阶段
- 有类IP地址。这是最基本的编址方法，1981年就通过了相应的标准协议。
- 子网划分。对有类IP地址的改进，1985年通过相关标准。
- 无类域间路由（CIDR）。IP地址不再分类，1993提出，很快得到推广应用。
1.有类IP地址
将32位IP地址资源，分成5类。IP地址是二级结构：网络号+主机号。当某个单位申请到一个IP时，实际上的获得了具有相同网络号的一块地址，其中的各台主机号由单位自行分配。
- A类：0xxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
范围：0.0.0.0~127.255.255.255
网络号：前8位 - B类：10xxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
范围：128.0.0.0~191.255.255.255
网络号：前16位 - C类：110xxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
范围：192.0.0.0~223.255.255.255
网络号：前24位 - D类：1110xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
范围：224.0.0.0~239.255.255.255
网络号：不区分网络号和主机号，特殊用途，用来标识一组主机，多播地址 - E类：1111xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
范围：240.0.0.0~255.255.255.255
网络号：不区分网络号和主机号，保留供研究使用
真正可以分配给主机使用的是ABC三类，但是其中仍有一些特殊的号不能
特殊IP地址
除此之外，还保留了一部分作为私有IP地址，只能在内部网络中使用
私有IP
这样，当路由器收到一个IP分组时，只需要看它的IP地址，就知道它是ABC哪类网络，进而知道其网络号，然后检索转发表，将分组转发至对应端口。
此时的路由表应该是下面这样：
路由表1
2.子网与子网划分
- 有类IP地址比较浪费资源。如某大学计算机系需要2000个IP，分配一个C类网络（256个）又不够，于是申请了一个B类（65536-2个）。之后电子工程系需要500个IP，又申请了一个B类，但是明明计算机系申请的还空出62534个。
- 如果只有这ABC三类子网络，整个网络划分将十分粗暴。比如下图中左侧直接是一个A网，内部的所有主机将在其中直接通信（广播），效率会很低。
- 给每一个物理网络分配网络号，路由表会很大，转发效率也会很低。
- 不灵活。比如某单位需要紧急开通一个网络，但是申请新的需要时间，不能快速利用原来的空闲资源。
假如只有ABC类网络?
因此，将有类网络进一步划分成更小的子网，对外仍然表现为一个网络。方式是在原来的网络号基础上，再增加一个子网号。子网号是借用一部分高比特的主机号来充当。二级IP地址变为三级IP地址。
子网划分
下面的例子是将一个C类网络划分成4个子网
将一个C类网络划分成4个子网
3.子网掩码
有了子网划分之后，问题来了，现在路由器该如何确定一个分组的转发？
子网掩码
一个IP地址，和它的掩码地址按位“与”运算，就能得到它的所属的网络。因为IP分组里没有目的主机的掩码这个字段，所以路由器需要记录的除了网络号和转发端口，现在还要加上每个子网的掩码。
确定转发端口时，目的IP地址要依次和每条记录的掩码进行与运算，然后再看得到的网络号和当前记录的网络号是否一致。结果一致的那条记录就是正确的转发端口。
路由表2
假如有个路由器R，它的转发表就是上图。现在R收到一个分组，其目的主机是193.193.255.255。经过比对，发现端口2对应的网络号一致，所以就从端口2转发。
4.无类域间路由（CIDR）
有了子网划分之后，IP编址仍然存在一些问题。到了1992年，一些问题日渐凸显：
- B类网络即将用尽。出于某种原因，申请IP时还是只能申请一整个ABC类网络，而不能申请ABC的子网（我猜的），只是自己可以内部把它划分几个子网。所以大小适中的B类，消耗的很快。
- 主干网络的路由表中的项目急剧增长（从几千涨到几万）
- IPV4空间即将耗尽
CIDR不再对IP地址进行分类，IP地址再次变成二级结构。每个IP地址仍然由网络部分+主机部分构成，只是网络部分称网络前缀，其长度可以任意长度。
CIDR
- 提高IPV4地址空间分配效率
组织和单位可以自由选择更适合自己的网络大小 - 提高路由效率
路由器也可以将多条路由信息整合在一起，称为路由聚集（其实有类+子网也可以路由聚集）。比如下面三条可以聚合成一条：
路由聚集
几个连续的子网可以聚集成一个较大的子网，比如：
200.23.16.0/23
200.23.18.0/23
200.23.20.0/23
...
200.23.30.0/23
可以聚集成200.23.16.0/20
路由聚集
但由于历史原因，一个ISP可能恰好有个子网不属于它，此时这些子网不再连续，但依然可以聚集。此时路由器按最长前缀匹配即可。
路由最长前缀匹配
比如上图中，恰好200.23.18.0/23不属于上方的ISP，现在右侧路由器收到一个分组，目的主机是在200.23.18.0/23内。那应该将该分组交给上下哪个ISP的路由器呢？如果交给上方，就会出现路由黑洞现象。所以需要应该按照最长前缀匹配，交给下方。
