9网络层-IP协议（一）

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IP

IP就是给互联网上每个主机或路由器的每个接口分配一个在全世界范围内唯一的32位标识符。IP地址结构使我们可以在互联网上很方便的进行寻址。IP地址由互联网名字和数字分配机构ICANN进行分配。

IP地址分类

IP地址分类的编址方法经历过三个阶段：

1）分类的IP地址。这是最基本的编址方法

2）子网的划分。对最基本方法的改进

3）构成超网。较新的无分类编址方法。

IP地址分类就是将IP地址划分为若干固定类，每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中第一个字段是网络号，它标志主机或路由器所连结到的网络。第二个字段是主机号标志该主机或路由器。一台主机在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。由此一个ip地址在整个互联网范围内是唯一的。

这种两级的IP地址和可即为

IP地址：={，}

式中：=表示定义为。

IP地址分类如下图

其中A,B,C三类位单播地址，是最为常用的。

由图看出：

A,B,C类地址的网络号字段分别为1，2，3个字节。在网络号最前面有1-3位类别位其数值分别为0，10，110

A,B,C地址的主机号字段分别位3，2，1个字节

D类地址（前四位为1110）用于多播

E类地址（前4位是1111）保留以后使用

目前更多使用的是无分类的IP地址进行路由选择，A，B，C类地址的区分已经成为历史。

从结构看IP地址不仅仅指明一台主机更是指明主机所连结到的网络。

将地址分类是为了满足不同用户的要求。

常用的三类地址：

A类地址网络号占一个字节，故网络号分配只有7位可用，但可指派的网络号位（2^7-2）减2是因为第一IP地址全0表示“这个this”。网络号全为0的ip地址是保留地址表示“本网络”；第二，网络号127保留作为本地软件环回测试本主机的进程之间的通信之用。

若主机发送一个目的地址位环回地址的IP数据报，则本主机中的协议软件就处理数据报中的数据，而不把数据发送到任何网络。目的地址为环回网络的iP数据报永远不会出现在任何网络上，因为网络号为127的地址根本就不是一个网络地址。

A类地址主机号占3个字节，因此A类地址的最大主机数位2^24-2.减2是因为第一：全0的主机号表示该IP地址是本主机所连接到的单个网络地址（如，一主机的IP位5.6.7.8，则表示白主机所在的网络地址是5.0.0.0），第二全是1的主机号字段表示该网络上的所有主机。

IP地址空间共有2^32个，整个A类地址有2^31个。占整个IP地址空间的50%。

B类地址的网络号字段有两个字节，因此B类地址网络号指派数位2^14-1，-1是因为B类最小网络地址位128.1.0.0.B类每个网络上最大主机数位2^16-2个，-2是扣除全0和全1的主机号。B类地址共有2^30个占整个IP地址的25%

C类地址有3个字节的网络号字段，最前面是（110），还有21位可以划分C类地址192.0.0.0也是不可指派的所以C类最小网络地址是192.0.1.0，因此C类地址可指派最大网络总数是2^21-1。每个C类地址的最大主机数是2^8-2.同样去除全0和全1.

如下图：

IP地址的特点

1）每一类IP都由网络号和主机号两部分组成，从某种意义上说IP地址是一种分等级的地址结构。分等级的好处是第一，IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号（第一级）即可，剩下的主机号（第二级）由得到该网络号的单位自行分配。第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号进行分组，这样使路由表中项目数大幅度减少，从而减少了路由表所占的存储空间以及查找路由表的时间。

2）实际上IP地址标志一台主机或路由器和一条链路的接口，当主机同时连接两个网络时，该主机必须同时具有两个相应的IP地址，网络号必须是不同的。这种主机成为多归属主机。由于路由器至少连接两个网络因此路由器至少应当有两个不同的IP地址。

3）按照互联网观点，一个网络是指相同网络号的主机的集合因此，采用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络。具有不同网络号的局域网必须使用路由器进行互连。

4）在IP地址中所有分配的网络号的都是平等的。互联网等同对待每一个IP地址

IP地址与硬件地址

物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址（IP地址成为逻辑地址是因为IP地址是通过软件实现的）

IP地址与硬件地址的区别

1）在IP层抽象的互联网只能看到IP数据报。

2）在IP数据报首部有源站IP地址，但是路由器只根据目的站的IP的网络号进行路由选择。

3）在局域网的链路层只能看到MAC帧。

4）进互联在一起的网络的硬件地址体系不同，但是IP层抽象的互联网却屏蔽了下层这些很复杂的细节。只要我们在网络层讨论问题，就能够使用统一的抽象的IP地址研究主机和主机或路由器之间的通信。

IP地址与硬件地址映射

ARP地址解析协议，通过ARP地址解析协议能够进行IP地址对应的MAC地址