IPv4地址和下一代IP地址

IPv4地址的基本概念
互联网依靠TCP/IP协议实现全球范围内不同硬件结构、不同操作系统、不同网络系统的互联。在互联网上，每个节点依靠唯一的IP地址来相互区分和联系。每个IP地址包含两部分:网络ID和主机ID。网络ID标识同一物理网络上的所有主机，主机ID标识物理网络上的每台主机，因此整个互联网上的每台计算机都由其唯一的IP地址来标识。IP地址构成了整个互联网的基础。考虑到网络的层次结构，一个IP地址必须表明两点:
1。属于哪个网络
2。它是这个网络中的哪个主机
。所以IP地址的格式是:网络号和主机号。
一、IP地址的类型和表示方式
目前互联网上使用的地址都是32位的IPv4地址，通常用小数点后四位表示，如202.112.14.1。主要由两部分组成:一是用于标识所属网络的网络地址；另一部分是主机地址，用于标识给定网络中的特定主机。为了给不同规模的网络提供必要的灵活性，IP设计者将IP地址空划分为几个不同的地址类别，针对不同规模的网络划分地址类别。
A类网络:网络号为1字节，定义位为0，剩余7位为网络号，主机号用24位寻址。用在超大型网络中，每个网络有16，777，216 (224)台主机(边号全为“0”或全为“1”的主机有特殊含义，此处不考虑)。全球共有128(27)个A类网络，早已瓜分完毕。
B类网络:网络号为2个字节，定义位为10，其余14位为网络号，主机号可以用16位寻址。B类网络为中型网络，共有16，384 (214)个网络，每个网络有65，536 (216)台主机(边数也忽略)。
C类网络:网络号为3个字节，3位定义为110，剩余21位为网络号，主机号寻址只有8位。C类地址适用于较小的网络，总共有2097152(221)个网络号，每个网络有256(28)台主机(忽略边号)。
D类网络:不考虑网络号和主机号，四位定义为1110，表示一个组播地址，即多目的传输，可以用来标识一组主机。
如何识别一个IP地址的属性？只能用点分法最左边的小数来判断其归属。比如1 ~ 126是A类地址，128 ~ 191是B类地址，192 ~ 223是C类地址，224 ~ 239是D类地址。除了以上四类地址，还有E类地址，只是还没用过。
Internet IP地址中有特定的私有地址没有分配:
(1)所有主机地址都是“0”。无论是哪种网络，所有主机地址都是“0”，这意味着它们指向本地网络，常用于路由表中。
(2)所有主机地址都是“1”。主机地址的所有“1”表示广播地址，并向特定网络中的所有主机发送数据报。
(3)四个字节32位都是“1”。如果IP地址的所有4个字节和32位都是“1”，则意味着广播仅在该网络中发送。
(4)网络号127。TCP/IP协议规定网络号127不能用于任何网络。有一个特殊的地址:127.0.0.1，称为环回地址。它通过自己的接口发送信息，然后返回信息，这可用于测试端口状态。
二。ip地址与路由的关系
为了提高IP地址使用和路由的效率，IP地址分类也相应地进行了改进。
1。子网寻址
一般来说，32位IP地址分为两部分，即网络号和主机号。为了提高IP寻址的效率，子网寻址的思路是将主机号进一步分为子网号和主机号，也就是这种模式:网络号，子网号，主机号。
在原始IP地址模式下，网络号部分标识一个独立的物理网络。引入子网模式后，网络号部分加上子网号可以全局唯一标识一个物理网络。子网寻址使IP地址具有一定的内部层次结构，便于IP地址的分配和管理。其使用的关键在于选择一个合适的层次结构——如何适应各种物理网络规模，如何充分利用IP地址空，即在哪里分隔子网号和主机号。
2。子网路由
在子网寻址模式下，仅通过地址类别提取地址的网络号和主机号会不正确，但必须在路由表的每个条目中添加子网掩码，所以子网寻址模式下的路由表条目就变成了:{目的网络地址，子网掩码，下一个路由器地址}，可以用来区分不同的情况，使路由算法更简单。子网号的位数是可变的。为了反映子网号用了多少位，用子网掩码来区分。二进制表示的掩码是一系列连续的“1”后跟一系列连续的“0”。带有“1”的部分代表网络号，而带有“0”的部分代表主机号。我们以10.0.0.1为例。网络掩码为255.0.0.0，因此IP地址分为网络部分10和主机部分0.0.1。因此，每个A、B和C类地址都有一个自然掩码，它是由每个类地址的网络和主机部分的确切定义生成的掩码。可以根据掩码和IP地址计算子网:子网号=子网掩码和IP地址逻辑与运算的结果。
3。VLSM可变长度子网掩码
VLSM(可变长度子网掩码)是一种网络分配机制，可以生成不同大小的子网，这意味着网络可以配置不同的掩码。开发可变长度子网掩码的思想是在每个子网中保留足够多的主机，同时在将网络划分为多个子网时有更大的灵活性。如果没有VLSM，子网掩码只能提供给一个网络。这限制了所需数量的子网上的主机数量。
VLSM技术在高效分配IP地址(减少浪费)和减小路由表大小方面起着非常重要的作用。但需要注意的是，使用VLSM时，所采用的路由协议必须能够支持，包括RIP2、OSPF、EIGRP和BGP。
4。CIDR无类寻址
CIDR于1992年推出，这意味着路由表级别的网络地址“类”的概念已经被废除，取而代之的是“网络前缀”的概念。互联网中CIDR无类域间路由的基本思想是取消地址的分类结构，取而代之的是允许通过变长分界来分配网络的数量。它支持路由聚合，并可以限制互联网骨干路由器中必要路由信息的增长。A类IP地址已经分配完毕，B类也快完成了。剩下的C类地址成了大家划分的对象。显然，对于一个国家、地区或组织，分配的地址是连续的。那么我们如何确保这一点呢？于是CIDR的概念被提出来了。CIDR是无类域间路由的缩写，意思是无类域间路由。“无类”意味着当前的路由决策基于整个32位IP地址的掩码操作。它的IP地址是A类、B类还是C类都没什么区别，它的思路是把很多C类地址组合起来进行B类地址分配。这种分配多个IP地址的方法使它能够将路由表中的许多条目合并成一个较小的数目。
5。私有地址和网络地址之间的转换(NAT)
为了减缓IP地址分配的过程，识别不同的通信需求并根据地面分配IP地址是很重要的。大多数组织的连接需求可以分为以下几类:全局连接和私有连接(全局或本地)。
1全球连通性。
全局连接意味着组织内的主机可以连接内部主机和Internet主机。在这种情况下，主机必须配置有组织内外都能识别的全球唯一IP地址，需要全球连接的组织必须向其服务提供商申请IP地址。
2专用连接。
专用连接意味着组织的内部主机只能连接到内部主机，而不能连接到Internet主机。专用主机在组织内需要唯一的IP地址，但在组织外不需要唯一。通过这种连接，IANA为所谓的“专用互联网”保留了以下三个IP地址空:10 . 0 . 0至10.255.255(单个A类网络号)
172.16.0.0至172。192.168.0.0到192.168.255.255(256个相邻的C类网络号)
企业可以在上述范围内自行选择地址，无需IANA或互联网注册中心的许可。具有专用IP地址的主机可以与组织中的任何其他主机连接，但如果不通过代理网关，它就不能与组织外部的主机连接。这是因为离开公司的IP包会有一个源IP地址，在公司外会混淆，所以外部主机很难应答。因为很多架设专网的公司都可以使用同一个IP地址，所以可以分配全球较少的唯一IP地址。
3网络地址转换器(NAT)
地址转换，即NAT功能，是指在一个组织的网络内部，可以根据需要使用私有IP地址(无需应用)。在组织内部，计算机通过私有IP地址进行通信。当组织内的计算机要与外部internet网络通信时，具有NAT功能的设备负责将其私有IP地址转换为公有IP地址。简单地说，NAT以某种方式转换IP地址。Cisco system提出了这种方法，作为在其路由器上运行的Cisco Internet Operating System(ISO)TM软件的一部分。
NAT设置可以分为静态地址转换、动态地址转换和复用动态地址转换。
静态地址转换
静态地址转换是将内部本地地址与内部合法地址一对一转换，需要指定使用哪个合法地址进行转换。如果内部网络具有可由外部用户共享的服务，如电子邮件服务器或FTP服务器，则这些服务器的IP地址必须采用静态地址转换，以便外部用户可以使用这些服务。
动态地址转换
动态地址转换也是本地地址和内部合法地址的一对一转换，但它从内部合法地址池中动态选择一个未使用的地址来转换内部本地地址。
复用动态地址转换
复用动态地址转换起初是一种动态地址转换，但它可以允许多个内部本地地址共享一个内部合法地址。在只申请了少量IP地址，但同时访问外网的用户往往多于合法地址的情况下，这种转换极其有用。
下一代IP地址(IPv6)
我们可以根据规范和经验申请更多的地址，合理分配IP地址，使用CIDR和NAT技术减缓IP地址的使用。然而，随着互联网的快速发展，无论是CIDR技术还是NAT转换技术，或者是加快申请地址的步伐，都无法阻止IPv4地址资源的枯竭。对于下一代IP协议中足够大的IP地址，为了满足互联网不断扩大的地址需求，IETF(互联网工程任务组)提出了下一版本的IP协议IPv6。这是时下的热门话题。Ipv6到底是怎么回事，与Ipv4相比优势在哪？IPv6地址为128位，地址空之间的准确地址数为3402823692093846374607431768211456。如此庞大的地址空足以给地球上的每一粒沙子分配一个独立的IP地址。如果投入使用，在可预见的时间内不会出现地址短缺的情况。除了巨大的地址空，与IPv4相比，IPv6协议可以为新的应用提供性能和安全性:相对较少的报头和固定的报头长度使得路由器的硬件实现更加简单，减少了路由负担，从而提高了网络效率；同时，IPv6有足够的长度将扩展报头放在基本报头之后，提供包括安全性在内的其他功能。
1。IPv6地址的表示方法
IPv6地址用十六进制表示法表示。将128位分成8组，每组16位，用4个十六进制数表示。每组之间用“:”分隔，每组的第一个0可以省略，但每组必须有一个数字。例如
fedca 9876543210 fedca 9876543210
1080008800200 c417 a
IPv6地址段中有时会出现连续的一组零，这些零可以用“”替换，但“”在一个地址中只能出现一次。例如:
1080008800200 c417a = 1080800200 c417a
ff 0100000101 = ff 0101
000001 = 1
在某些情况下，IPv6地址中需要包含IPv4地址。此时，后两组使用IPv4的十进制记数法，前六组同上，如:00000 61.1.133.1或61.1.133.1
2。IPv6地址的类型
和IPv4地址一样，IPv6也可以分为几种类型，主要有:
1单播地址(发往单播地址的单播包会被投递到地址指向的接口。
2任播地址
该地址标识属于不同节点的一组接口。发往任播地址的数据包将被传送到该地址所标识的接口，通常是路由协议计算出的最近的接口。