了解IPv4/IPv6

前言

记得小时候家里牵网络时，工作人员拿着机器给你申请了一个IP地址，也就是说对于个人用户来说，这些地址是由ISP（网络服务提供商）分配的，最终在通过配置路由器就可以上网了，实际上每次访问互联网都是经由ISP，由它来帮助我们访问资源。因此，IP地址是网络的必修课，简单说说吧。

基本概念

192.168.1.0就是一个IPv4地址，采用点分四组表示法来展示十进制，简单而言就是用4个点分隔每一位（共有4位数字），每一位的范围是[0,255]，也可以使用二进制的方式展示，每一位有8个0或1组成（共有32位1或0）。5f05:2000:80ad:5800:0058:0800:2023:1d71就是一个IPv6地址，采用称为块的方式来展示十六进制，每一位使用冒号分隔（共有8位数字），也可以使用二进制的方式展示，每一个位有16个1或0组成（共有128位1或0），除此之外，它还有一些规则用来简化表示：

• 一个块的前导零可以不用写，比如前面的例子可以写成：5f50:2000:80ad:5800:58:800:2023:1d71。

• 全零的块可以省略，并使用::代替，比如：0:0:0:0:0:0:0:1可以简写为::1，再比如：2001:0db8:0:0:0:0:0:2可以简写为2001:0db8::2，为了避免歧义，在IPv6中符号::只能出现一次，其实可以想象如果有多个::的话，IPv6的地址会有多种情况。

分类

IP地址划分为若干个固定类，每一类地址都有两个固定长度的字段组成，其中第一个字段是网络号，它标识着主机所连接的网络，第二个字段是主机号，用于标识主机，一个主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。如下图所示：

可知ABC类地址的网络号分别为1、2、3个字节，也就是分别有8、16、24位，网络号字段最前面的数字表示类别位（处于哪一个分类），由此还可以知道ABC类地址所处的范围，，如下图所示：

类	地址范围	高序位	网络数	主机数
A	0.0.0.0 ~ 127.255.255.255	0	128	16777216
B	128.0.0.0 ~ 191.255.255.255	10	16384	65536
C	192.0.0.0 ~ 223.255.255.255	110	2097152	256

可知A类地址可使用的网络数是最少的，但可分配的主机数却是最多的，这就有可能会造成网络号和主机号的分配问题，因此也引出了子网的概念，实际上就是将原来的主机号在划分成一个子网号和一个新的主机号，如图所示：

B类默认的网络号、主机号都是16位，在主机号的基础上在划分出8位作为子网号，那么最终主机号只有8位，相当于网络号变成了24位，但请注意，对于外界来说，它仍然是一个只有16位网络号的IP地址，只有本地才知道它是划分了子网的。那么我们怎么才知道它是否有划分了子网，具体划分了多少位，这就需要提供一个子网掩码，由一些1后跟一些0组成，不能是1（0）交替，它也是32位，每一位也是使用点来分隔，举个例子：将子网掩码128.32.1.14转换成二进制，同时将IP地址也换算成二进制，然后将两者的结果进行&运算就可以得出网络号和主机号，比如：

    地址：100000000 00100000 00000001 00001110    128.32.1.14
    掩码：111111111 11111111 11111111 00000000    255.255.255.0（/24）
    结果：100000000 00100000 00000001 00000000    128.32.1.0

你会发现掩码和地址的对应位都是1时，其结果才是1。在上面的例子中，地址128.32.1.14的网络号是128.32.1.0/24（/24代表子网掩码中从左边起有24位连续1）。然而随着时间的推移，IP地址已经明显不够用了，虽然子网掩码的出现有所缓解该问题，但并不足以应对未来，于是专家们提出了CIDR概念（无类别域间路由），简单来说就是不在对IP地址划分网络号和主机号，自然也就没有ABC类别了，采用类似子网掩码的方式来划分范围，同时为了解决日益增长的路由数量（每个网络号对应一条），又提出了聚合的概念，简单理解就是在CIDR的基础上可以将IP地址进行合并（个人认为这里只需要简单理解其概念就可以了，《TCP/IP详解 卷一》描述的太泛了，只是点到为止）。

参考资料

《TCP/IP详解 卷一》
《计算机网络第六版 谢希仁编著》