IP 地址的作用

为什么需要 IP 地址？

屏蔽各种物理网络的地址差异
每种物理网络都有各自的技术特点，其物理地址也各不相同
统一物理地址的表示方法不现实
互联网对各种物理网络地址的“统一”通过IP地址在IP层完成

IP 地址的作用

指定计算机到互联网的一个连接
与互联网有多个物理连接的主机有多个 IP 地址
多个 IP 地址可绑定到一条物理连接上

多宿主主机——多块网卡的计算机

IP 地址的组成

IP 地址的层次结构

IP 地址的组成

IP地址的长度为32位二进制数

网络号netid：标识互联网中一个特定网络

主机号hostid：标示网络中主机的一个特定连接

IP 编制的特点

优点：IP编址方式携带了位置信息

给出IP地址就能知道它位于哪个网络
路由简单

缺点：主机在网络间移动，IP地址须跟随变化

IP 地址的分类

书上144页

特殊的 IP 地址形式

网络地址

构成：一个有效的网络号和一个全“0”的主机号
例：IP地址为202.93.120.44的主机所处的网络为202.93.120.0，主机号为44

广播地址

直接广播：主机向其他网络的所有节点广播信息

构成：一个有效的网络号和一个全“1”的主机号
例：202.93.120.255
发送直接广播前需要知道目的网络的网络号

有限广播：将广播限制在最小的范围内

子网编址：广播被限制在本子网之中
构成：255.255.255.255
发送有限广播前不需要知道网络号

回送地址

127.0.0.0

作用：网络软件测试和本地机器进程间通信

含有网络号127的数据报不可能出现在网络上

编址实例

子网编址

IP地址可适应不同的网络规模

个人电脑普及使小型网络（特别是小型局域网络）越来越多

浪费IP地址（即使采用C类地址）

子网编址：克服IP地址浪费

编制方法

IP地址具有层次结构：网络号和主机号

子网编址方法

将IP地址的主机号部分进一步划分成子网部分和主机部分
从主机号部分“借”位并把它们指定为子网号部分
在“借”用时必须给主机号部分剩余2位
在“借”用时至少要借用2位

子网地址和子网广播地址

子网地址：以二进制全“0”结尾

子网直接广播地址：以二进制全“1”结尾

有限广播地址： 32比特全为“1”（广播被限制在本子网内）

RFC规定二进制全“0”或全“1”的子网号不应分配给实际的子网（但在实际应用中可以分配）

子网表示法—子网掩码法

子网掩码采用32位二进制数值

与IP地址的网络号和子网号相对应的位用“1”表示

与IP地址的主机号相对应的位用“0”表示

结合IP地址和其子网掩码可以判断IP地址的网络号、子网号和主机号

子网表示法—斜杠标记表示法

通过“IP地址/n”的方法表示，其中/n表示IP地址前n位为网络号和子网号

例如

IP：128.22.25.6、子网掩码：255.255.255.0 >> 128.22.25.6/24
IP：128.22.25.6，子网掩码：255.255.240.0 >> 128.22.25.6/20

无类别IP编址—子网编址的延伸

无类别IP编址抛弃了分类IP地址的概念

通过 “网络前缀”指定网络号部分

无类别IP编址可使用掩码或斜杠标记法表示

无类别IP编址方式是一种通用的IP编址方式：分类IP编址、子网编址都可通过其表示

优点：可按照网络的规模分配和申请IP地址、能在一定程度上减少路由表表项，提高路由转发速度

地址解析协议

IP地址屏蔽物理网络地址的差异，为上层用户提供“统一”的地址形式

IP地址屏蔽物理网络地址差异通过在物理网络上覆盖一层IP软件实现

互联网不对物理地址做任何修改

高层软件利用IP地址指定源地址和目的地址
低层物理网络利用物理地址指定源地址和目的地址

IP地址映射到物理地址的实现方法

物理网络可以根据自身的特点选择适合的实现方法：静态表格、直接映射、动态映射等

以太网采用的方法：地址解析协议ARP

ARP充分利用以太网的广播能力

ARP 协议的基本思想

书上153页

ARP 协议的改进

高速缓存技术

主机使用cache保存已知的ARP表项
主机获得其他IP地址与物理地址映射关系后存入该cache
发送时先检索cache，若找不到再利用ARP解析
利用计时器保证cache中ARP表项的“新鲜性”

其他改进技术

收到ARP请求后,目的主机将源主机的IP地址与物理地址的映射关系存入自己cache中
广播发送的ARP请求，所有主机都会收到。这些主机可将该映射关系存入各自的cache
主机启动时可主动广播自己IP地址与物理地址的映射关系

完整的 ARP 工作过程

书上154页