前言

今天分享的是IP地址的知识点。

IP报文头部
IP编址
进制转换
IP地址分类
子网划分

上节课学的以太帧结构，以太网帧中的Type字段值为0x0800，表示该帧的网络层协议为IP协议。
IP报文头部格式

Version:长度占4bit,值为4时代表IPV4；值为6时代表IPV6。
HL：长度4bit，首部长度，如果不带Option字段，则为20，最长为60，该值限制了记录路由选项。以4字节为一个单位。
Total Length：长度占16bit,代表总长度
Identification:长度占16bit，标识，主机每发一个报文值会加1，分片重组时会用到该字段。
Flags：标志位
Fragment Offset：片偏移：分片重组时会用到该字段。
Time to Live：生存时间
Protocol：下一层协议
Header Checksum：首部检验和，只检验数据包的首部，不检验数据部分
Source Address：源IP地址
Destination Address：目标IP地址
IP option:选项字段

IP编址（IPv4）

IP地址由32个二进制位组成，分为网络位和主机位（网络号，表示IP地址所属的网段；主机号，用来唯一标识本网段上的某台网络设备。），通常用点分十进制形式表示。如图：

每个网段上都有两个特殊地址不能分配给主机或网络设备。第一个是该网段的网络地址，该IP地址的主机位为全0，表示一个网段。第二个地址是该网段中的广播地址，目的地址为广播地址的报文会被该网段中的所有网络设备接收。广播地址的主机位为全1。除网络地址和广播地址以外的其他IP地址都可以作为网络设备的IP地址。

进制转换

网络中的数据可以采用二进制、十进制或十六进制来表示。如下图所示：

数据进制转换如下图所示：

IP地址的十进制与二进制转换如下图所示：

IP地址分类
IPV4地址分为五类，如下图所示：

A类，B类和C类地址为可分配IP地址，每类地址支持的网络数和主机数不同。
D类地址为组播地址。主机收到以D类地址为目的地址的报文后，且该主机是该组播组成员，就会接收并处理该报文。
E类地址第一字节的高四位固定为1111。
私有地址范围：10.0.0.0~10.255.255.255
172.16.0.0~172.31.255.255

192.168.0.0~192.168.255.255
特殊地址：127.0.0.0~127.255.255.255
0.0.0.0
255.255.255.255

IP子网掩码

子网掩码：网络位全为1，主机位全为0的IP地址，标识这着不同网段，每类IP地址都有一个默认子网掩码，如图所示：

子网划分
网络中希望通过规划多个网段来隔离物理网络上的主机，使用缺省子网掩码就会存在一定的局限性（造成IP地址资源浪费等）。这个时候就需要通过划分子网来解决。

缺省子网掩码可以进一步划分，成为变长子网掩码（VLSM）。通过改变子网掩码，可以将网络划分为多个子网。本例中的地址为C类地址，缺省子网掩码为24位。现借用一个主机位作为网络位，借用的主机位变成子网位。一个子网位有两个取值0和1，因此可划分两个子网。

该比特位设置为0，则子网号为0，该比特位设置为1，则子网号为128。将剩余的主机位都设置为0，即可得到划分后的子网地址；将剩余的主机位都设置为1，即可得到子网的广播地址。每个子网中支持的主机数为27-2（减去子网地址和广播地址），即126个主机地址。

无类域间路由CIDR（Classless Inter Domain Routing）突破了传统IP地址的分类边界，将路由表中的若干条路由汇聚为一条路由，减少了路由表的规模，提高了路由器的可扩展性。

网关用来转发来自不同网段之间的数据包。
报文转发过程中，首先需要确定转发路径以及通往目的网段的接口，然后将报文封装在以太帧中通过指定的物理接口转发出去。

如果目的主机与源主机不在同一网段，报文需要先转发到网关，然后通过网关将报文转发到目的网段。

网关是指接收并处理本地网段主机发送的报文并转发到目的网段的设备。为实现此功能，网关必须知道目的网段的IP地址。网关设备上连接本地网段的接口地址即为该网段的网关地址。