IP地址的规划和设计方法(一)
分类：网络技术
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一，IP地址的概念和划分地址新技术的研究
(1)标准分类的IP地址
第一阶段是在IPv4协议制定的初期，时间大致在1981年左右。那时候网络的规模比较小，用户一般是通过终端，
经过大型计算机或中小型计算机接入ARPANET。
IP地址是由网络号与主机号组成的，长度是32bit，用点分十进制方法表示，这样就构成了标准分类的IP地址。常
用的A类、B类、C类IP地址采用包括“网络号-主机号”的两层结构层次（RFC1812）。A类地址的网络号长度是7bit，
实际允许分配A类地址的网络只能有126个。B类地址的网络号长度是14bit，因此允许被分配B类地址的只能有16384
个。
(2)划分子网的三级地址结构
第二阶段是在标准分类的IP地址基础上，增加子网号的三级地址机构。
人们认为A类与B类IP地址设计不合理，对IP地址的匮乏表示强烈的担忧。1991年研究人员提出了子网subnet和
掩码mask的概念。构成子网就是将一个大的网络划分成几个较小的子网络，将传统的“网络号-主机号”的两级结构，
变为“网络号-子网号-主机号”的三级结构。
(3)构成超网的无类域间路由（CIDR）技术
第三个阶段是1993年提出了无类域间路由（ClasslessInterDomainRouting,CIDR）技术（RFC1519）
无类域间路由的出现是希望解决Internet扩展中存在的两个问题：
a)32位IP地址空间可能在第40亿台主机接入Internet前就耗尽。
b)随着越来越多的网络地址出现，主干网的路由表增大，路由器负荷增加，服务质量下降。
无类域间路由CIDR技术也被称为超网技术。构成超网的目的是将现有的IP地址合并成较大的、具有更多主机地
址的路由域。例如，可以将一个组织所属的C类网络合并到一个更多的地址范围的大的路由域中。
(4)网络地址转换（NAT）技术
第四个阶段是1996年提出的网络地址转换（NAT）技术(RFC2993、RFC3022)。
网络地址转换设计的基本思路：为每一个公司分配一个或少量的IP地址，用于传输Internet的流量。在公司内部的
每一台主机分配一个不能够在Internet上使用的保留的专用IP地址（RFC1918）。
专用IP地址是Internet管理机构预留的，任何组织使用都不需要向Internet管理机构申请，所以网络管理人员都应
该知道这些地址是为专用网络内部使用的。这类地址在专用网络内部中是唯一的，但是在Internet中并不是唯一的。
专用IP地址用于内部网络的通信，如果需要访问外部Internet主机，必须由运行网络地址转换的主机或路由器将内
部的专用IP地址转换成全局IP地址。
二,标准分类的IP地址
IPv4的地址长度为32bit，用点分十进制（dotteddecimal）表示。通常采用x.x.x.x的方式来表示，每个x为8bit，每
个x的值为0~255,例如，202.113.29.119。
标准分类的IP地址：
(1)A类地址
A类地址网格号（netID）的第一位为0，其余的各位可以分配。因此A类地址共被分为大小相同的128块,每一块的
netID不同。
第一块覆盖的地址为：0.0.0.0~0.255.255.255（netID=0）
第二块覆盖的地址为：1.0.0.0~0.255.255.255（netID=1）
第一块覆盖的地址为：0.0.0.0~0.255.255.255（netID=0）
第二块覆盖的地址为：1.0.0.0~0.255.255.255（netID=1）
……
但是，第一块和最后一块地址留作特殊用途，另外netID=10的10.0.0.0~10.255.255.255用于专用地址，其余的
125块可指派给一些机构。因此能够得到A类地址的机构只有125个。每一个A类网络可以分配的主机号hostID可以是2
的24方-2=16777214个，主机号为全0和全1的两个地址保留用于特殊目的。
(2)B类地址
B类地址的网络号长度为14位，网络号总数为16384。B类地址的主机号长度为为16位，因此每个B类网络可以有
2的16次方=65536个主机号。但是，主机号为全0和全1的两个地址保留用于特殊目的，因此实际上一个B类IP地址允
许分配的主机号位65534个。
(3)C类地址
C类IP地址网络号长度为21位，主机号长度为8位。因为网络号长度为21位，因此允许有2的21次方=2097152个
不同的C类网络。由于主机号长度为8位，因此每个C类网络的主机号数最多为2的8、次方=256个。同样，主机号为全
0和全1的两个地址保留用于特殊目的，因此实际上一个C类IP地址允许分配的主机号为254个。
(4)特殊地址形式
特殊的IP地址包括：直接广播（directedbroadcasting）地址、受限广播（limitedbroadcasting）地址、“这个网络
上的特定主机”地址和回送地址（loopbackaddress）。
a)直接广播地址
在A类、B类、C类IP地址中，如果主机号是全1(二进制)，那么这个主机号为直接广播地址，它是用来使路由器将
一个分组以广播方式发送给特定网络上的所有主机。
在A类、B类、C类IP地址中，如果主机号是全1(二进制)，那么这个主机号为直接广播地址，它是用来使路由器将
一个分组以广播方式发送给特定网络上的所有主机。例如，主机要以广播方式发送一个分组给特定网络（网络地址为
201.161.20.0）上的所有主机，那么需要使用直接广播地址，这个直接广播地址为201.161.20.255。
b)受限广播地址
2位全为1的广播地址（255.255.255.255）为受限广播地址，用来将一个分组以广播方式发送给本网络中的所有
主机。路由器则阻挡该分组通过，将其广播功能限制在本网内部。
c)“这个网络上的特定主机地址”
当一个主机或一个路由器向本网络的某个特定的主机发送一个分组，那么它就需要使用“这个网络上的特定主
机”地址。“这个网络上的特定主机”的网络号位全0(二进制)，主机号为确定的值。这样的分组被限定在本网内部，由主
机号对应的主机接收。例如，主机要向本网络中的某个主机（IP地址为201.161.20.18）发送一个分组，那么需要使
用“这个网络上是特定主机地址”，这个地址为0.0.0.18。
d)回送地址
A类地址中的127.0.0.0是回送地址，它是一个保留地址。回送地址是用于网络软件测试和本地进程间通信。
TCP/IP协议规定：含网络号为127的分组不能出现在如何网络上；主机和路由器不能为该地址广播任何寻址信
息。“Ping”应用程序可以发送一个将回送地址作为目的地址的分组，以测试IP软件是否接收或发送一个分组。一个客
户进程可以使用回送地址来发送一个分组给本机的另一个进程，用来测试本地进程之间的通信情况。
三，划分子网的三级网络结构
(1)子网的基本概
标准分类的IP地址存在着两个主要的问题：IP地址的有效利用率问题和路由器的工作效率问题。为了解决这个问
题，人们提出了子网（subnet）的概念。RFC940对子网的概念和划分子网的标准做出了说明。
提出子网概念的基本思路是：允许将网络划分成多个部分供内部使用，但是对于外部网络，仍然像一个网络一样。
子网的划分有利于优化网络性能，改善网络管理。
(2)划分子网的地址结构
IP地址是层次型结构的，它的长度是32位。标准的A类、B类、C类IP地址是包括网络号（netID）与主机号
（hostID）的两层层次结构。划分子网技术的要点是：
a)三级层次是IP地址：netID——subnetID——hostID；
b)同一个子网中所有主机必须使用相同的子网号subnetID
c)子网的概念可以应用于A类、B类、C类中任意一类的IP地址中；
d)子网之间的距离必须很近；
e)分配子网是一个组织和单位内部的事，它既不要向ICANN申请，也不需要改变任何外部
的数据库；
f)在Internet的文献中，一个子网也称为一个IP网络或一个网络。
a)三级层次是IP地址：netID——subnetID——hostID；
b)同一个子网中所有主机必须使用相同的子网号subnetID
c)子网的概念可以应用于A类、B类、C类中任意一类的IP地址中；
d)子网之间的距离必须很近；
e)分配子网是一个组织和单位内部的事，它既不要向ICANN申请，也不需要改变任何外部
的数据库；
f)在Internet的文献中，一个子网也称为一个IP网络或一个网络。
(3)子网掩码的概念
当三级层次的IP地址提出后，一个很现实的问题是：如何从一个IP地址中提取出子网号。
人们提出了子网掩码或掩码的概念。子网掩码有时叫做子网屏蔽码。掩码的概念同样适用于没有进行子网划分的
A类、B类、C类地址。
A类，B类和C类地址掩码：
如果心胸不似海，又怎能有海一样的事业。
