IP编址
接口（interface）:
- 主机/路由器与物理链路的边界
- 路由器有多个接口
- 主机典型地有一个或两个接口（比如以太网接口、Wifi接口）
IP address:
- 每个网络接口对应一个IP地址
- IP地址是一个32位的二进制数，通常用点分十进制数表示
基于类的编址（早期）
单播地址结构
单播地址除类别标识外，其余比特被划分成网络号和主机号两部分：
- 网络号：在因特网范围内标识一个物理网络
- 主机号：标识该物理网络上的一个网络接口
根据该编址方法可知，同一个物理网络上的网络接口，它们的IP地址具有相同的网络号
地址分配
因特网中的每个接口必须具有唯一的IP地址
为在因特网范围内保证IP地址的全局唯一性：
- 网络号由ICANN统一分配
- 主机号由网络管理员统一分配
建立私有网络的组织可以自己选择网络号，但同样必须保证每个网络号在私有网络内的唯一性
特殊的地址
全0或全1的网络号及主机号是特殊地址，从不分配给特定的网络接口：
- 网络号有效、主机号全为0的地址：保留给网络本身。
- 网络号有效、主机号全为1的地址：保留作为定向广播，即在网络号指定的网络中广播（仅用作目的地址）
- 32位全1的地址：本地广播地址，表示仅在发送节点所在的网络中广播（仅用作目的地址）
- 32位全0的地址：指示本机（仅用作源地址）
- 网络号为0、主机号有效的地址：指代本网中的主机
- 形如127.x.y.z的地址：保留作为回路测试，发送到这个地址的分组不输出到线路上，而是送回内部的接收端。
网络数量与地址数量
A、B、C类地址对应不同规模的网络
一个A类、B类及C类地址可提供的接口地址数：
- A类地址： 2 24 − 2 = 16777214 2^{24}-2 = 16777214 224−2=16777214
- B类地址： 2 16 − 2 = 65534 2^{16}-2 = 65534 216−2=65534
- C类地址： 2 8 − 2 = 254 2^8-2 = 254 28−2=254
A类、B类、C类地址的个数：
A类地址： 2 7 − 2 = 126 2^7-2 = 126 27−2=126
B类地址： 2 14 − 2 = 16382 2^{14}-2 = 16382 214−2=16382
C类地址： 2 21 − 2 = 2097152 2^{21}-2 = 2097152 221−2=2097152
子网
子网（Subnet） 是对一个 IP 网络进行划分的技术。通过子网划分，能够将一个大的网络分割成多个更小的网络，这样可以提高网络的管理、性能和安全性。子网的划分是基于 IP 地址 和 子网掩码（Subnet Mask） 来进行的。
- 子网划分 ：通过调整 子网掩码，将一个大的网络地址空间划分为多个小的地址空间。每个子网都有自己的网络地址、广播地址和可用地址。
- 子网掩码（Subnet Mask） ：子网掩码是一个与 IP 地址一样长度的二进制数，用来确定 IP 地址中哪些位是网络位，哪些位是主机位。通过子网掩码，路由器可以判断一个 IP 地址是否属于本地网络。
- 子网掩码通常采用四个字节的格式（如
255.255.255.0）。 - 在二进制中，子网掩码的网络部分是连续的
1，主机部分是连续的0。
- 子网掩码通常采用四个字节的格式（如
如何从IP地址中获取子网地址？
- 将IP地址与子网掩码做"与"运算
- 例如：
128.10.1.1AND255.255.255.0=128.10.1.0 - 注意：子网地址 ≠ 子网号，子网地址包括主机号之前的所有比特
子网：更确切的含义
- 具有相同子网地址 、且不需要通过路由器就可以相互到达的网络接口构成一个子网
- 在因特网文献中，子网也称为IP网络或直接称为网络
- 子网内部的接口具有相同的子网地址
- 子网内部的通信不需要经过路由器
- 子网之间通信一定要经过路由器
IP数据报转发
网络层转发数据报的两种情形：
- 直接交付（direct delivery）：节点将数据包直接发送给目的主机（不需要其它路由器转发）
- 间接交付（indirect delivery）：节点将数据包转发给一个路由器去处理
判断使用直接交付还是间接交付
- 直接交付：数据包的目的地址与本节点的某一端口在同一个子网中
- 间接交付：数据包的目的地址不与本节点的任何一个端口在同一个子网中
间接交付的实现：
- 节点查找转发表，将数据包发送给下一个路由器
转发表
转发表记录目的地址到输出端口的映射
取决于目的地址类型的不同，有三类转发表项：
- 目的地址是一个子网地址：地址前缀表项
- 目的地址是一个特定的网络接口地址：特定主机表项
- 缺省项：不匹配所有其它表项的地址都被映射到一个默认的路由器端口
IP采用逐跳选路：
- 每个转发表项只记录去往目的地址的下一跳信息（下一个要到达的路由器端口），而不是一条完整的端到端路由
每个转发表项包括：
- 目的地址/掩码、下一跳地址、输出端口等
- 下一跳地址必须与输出端口在同一个子网中（不需要通过其它路由器就可以直接到达）
CIDR:Classless Inter-Domain Routing（无类域间路由）
CIDR 的核心思想是 不再依赖固定的类（A、B、C） ，而是使用 前缀长度 来灵活地划分地址空间。CIDR 使用类似于 IP地址/前缀长度 的表示方式来标识网络，前缀长度表示网络部分的位数，而剩余的部分则用于主机地址。
- IP 地址 ：通常表示为
a.b.c.d（四个字节），每个字节的取值范围是 0-255。 - 前缀长度 ：表示 IP 地址中网络部分的位数，后面跟着斜杠（
/），如/24，表示前 24 位是网络位。
CIDR地址分配的原则：
- 地址块的长度 L 必须是 2 的幂次
- 所有地址的前（32-log2L）位必须
地址聚合
转发表中符合以下条件的若干个表项可以合并成一个表项：
- 这些表项的目的地址可以聚合成一个前缀更短的地址
- 这些表项使用相同的下一跳
若个别(少数)表项不满足路由聚合的条件：
- 仍然可以在转发表中给出一条聚合表项： 200.23.16.0/20
- 同时给出不能被聚合的表项： 200.23.18.0/23
最长前缀匹配：
- 在所有匹配的路由表项中，选择前缀最长的表项
IP编址的小结
基于类的编址存在两个问题：
- 地址空间浪费
- 转发表空间爆炸
CIDR解决了这两个问题：
- 按需分配解决了地址空间浪费的问题
- 地址聚合解决了转发表空间爆炸的问题
CIDR引入的问题：
- 地址聚合要求采用最长前缀匹配的原则查找转发表
- 最长前缀匹配给转发表的快速查找带来了困难