2019年11月26日，世界上最后一个IPv4地址也被用完了。并且它都被用尽了，居然还有人不晓得它是个哪些东西呢？明天小编带什么“网工盲人”了解一下曾今享誉天下的IPV4地址。
IPv4地址
IPv4地址宽度为32位。像所有其他网路层地址一样，IPv4地址也包括网路号和主机号两部份。网路号部份惟一地标识了一条数学链路或逻辑链路，对于与该链路相连的所有设备来说网路号部份是共同的。而主机号部份惟一地标识了该链路上联接的具体设备。
有几种方法可以表示IP地址的32位。举例来说，32位的IP地址0000101011010110010110000011可以用十补码表示为181819267.
由此可见用二补码表示IP地址非常麻烦，而全部32位数字用十补码格式表示估算上去又很历时。图1-4给出了一种更好的表示方式。32位的地址包含4个字节，每位字节均可以用0~255之间的十补码数表示，而每位十补码数之间用点号分隔。在图14中，将32位的地址映射到用点分十补码法表示的地址上。
在使用IPv4地址时须要记住一点，点分十补码表示法以便人们阅读和书写,而路由器更适宜使用32位的二补码串，而不是根据4个八位组的形式读取地址。谨记这一点可以防止许多易犯的错误。假如读者没有接触过二补码数，非常是二补码与十补码之间的转换方式，这么建议读者在继续学习这一章的内容之前可以阅读一下附表A的内容IP地址与众不同的特点可能就是,IPv4地址不像其他网路层地址的网路号和主机号是固定不变的，IP地址的网路号和主机号可以在32位的界线内发生变化。也就是说，IP地址的网路号和主机号都有可能抢占32位中的多数位，也可能二者平分32位。诸如NetWare和AppleTalk合同，因为它们主要用于相对较小的网路，所以合同的网路层地址的网路号和主机号宽度是固定。这样的安排的确促使工作愈加容易，援收设备可以从地址中读入固定的位来获取网路号，剩下的位便是主机号。
但是，TCP/P从最初设计下来到现今可以灵活地应用于任何网路，从很简单的几个功能发展成为一个庞大的合同簇。TCP/P这些适应性促使IP地址的管理愈加困难。
首个八位组字节规则
假如不对网路作太过精确的界定，这么网路可以根据主机数目分为3类:小型网路、中型网路和大型网路。
●大型网路——可以定义为包含大量主机的网路。小型网路的数目相对极少。
●小型网路——作为小型网路的对照，它仅仅包含极少数目的主机，但大型网路的数量好多。
●中型网路——相对于小型和中型网路来说，包含的主机数目中等，但是小型网路的数目也中等。
对于这3种规模的网路，高层的地址界定要求有3种类型的网路地址。面向小型网路的地址须要有能力为大量的主机编址，并且因为小型网路的数目有限，所以小型网路仅须要少量的网路地址。
而对大型网路来说情况又颠倒过来了，由于大型网路数目庞大，所以须要大量的大型网路的网路地址。并且大型网路主机有限，所以仅须要少量主机地址。
点分十补码表示法只用于IPv4地址。IPv6地址的表示法完全不同。
对于中等规模的网路来说，网路地址和主机地址的需求量均趋向中等水平。图1-5显示了3类IPv4地址的网路号和主机号是如何界定的。
迄今为止，对于所描述的小型、中型和大型网路，是根据如下形式映射到各种地址的:
●A类地址——用于小型网路，第1个八位组是网路号，后3个八位组是主机号。8位的网路号最多可以表示256个网路，而每位网路地址的主机号可以提供的主机数目为224或167777216.
●B类地址——用于小型网路。前2个八位组表示网路号,后2个八位组表示主机号。网路号和主机号的数目均为26或65536个。
●C类地址——对应于A类IP地址。前3个八位组表示网路号，最后1个八位组表示主机号。
由于所有的IPv4地址都是32位二补码字符串，所以须要某种方式来分辨一个特定地址究竟是属于哪一类地址。表1-3所示的首个八位组规则提供了这些技巧，如下所述:
●对于A类地址，首个八位组的第1位，即32位字符串最右边的1位，总是被设置为0.为此，通过设置首个八位组的剩余位为0(最小)或为1(最大)，我们可以找到A类地址范围中的最小数和最大数，于是我们可以得到最小数和最大数分别为0和127,并且这儿有几个例外:0被保留作为缺省地址部份，127被保留为内部回送地址。剩下的十补码数则是1-126.因而任何首个八位组落在1和126之间的IP地址均属于A类地址。
●B类地址总是把右边的第I位设置为1,第2位设置为0.这么再度通过设置首个八位组的剩余位为0或为1,我们仍然可以找到最小数和最大数。在图14中，我们可以见到首个八位组落在!28和191之间的IP地址属于B类地址。
●在C类地址中，前2位均被设置为1,第3位被设置为0.这样设置的结果是首个八位组在192和223之间。
到目前为止,IPv4的编址看起来并不是非常困难。路由器和主机通过首个八位组字节规则就能很容易地确定IP地址的网路号。假如第I位是0,须要读取前8位能够获取网路地址:假如前两位是10，这么须要读取16位:假如前3位是110,则需求读取24位能够获取网路号。不幸的是，事情并不会这样简单。
地址掩码(AddressMask)
表示整个数据链路的地址——非特指某台主机的网路地址，可以用IP地址的网路部份来表示，其中主机位全部为0。诸如，IP地址管理机构可以将172.21.0.0分配给一个申请者。由于172在128和191之间，所以这是一个B类地址,其中后两个八位组作为主机位，全部被设置为0.其实前16位(172.21.)早已被指定，并且地址所有者有权决定后16位主机位的使用。
每一台设备和插口都将被分配一个惟一的、主机号明晰的地址，比如172.21.35.17.不管设备是路由器还是主机，其实都须要晓得自身的地址，并且它还须要才能确定它所属的网路c类网络ip地址主机数，在这个案例中，它属于172.21.0.0.这一任务一般由地址网段来完成。地址网段是一个32位的字符串，与IPv4地址的每一位相对应。网段也可以像IPv4地址一样用点分十补码表示。这些表示方式会成为个别初学者的试金石。其实地址网段可以用点分十补码书写，而且它并不是一个地址。表1-4给出了对应于3类IPv4地址的标准地址网段。
设备使用环回地址(典型的是127.0.0.1)向自己发送流量。发送到该地址的数据将会被直接送回给发送进程，面不会离开此设备。
对于每一位IPv4地址位，设备会拿它与地址网段的对应位进行布尔(逻辑)AND操作。AND函数叙述如下:
比较两位并得出结果。当且仅当两位全部为1时，结果为1。假如两位中任意一位为0,则结果为0。
对于一个指定的IPv4地址，图1-6给出了如何用地址网段确定网路地址。地址网段值为1的位对应于地址的网路位，值为0的位对应于主机位。由于172.21.35.17是B类地址，所以网段前两个八位组必须全部设置为I,后两个八位组，即主机号的所有位必须设置为0。参见表1-4,这个网段的点分十补码表示为55255.0.0。
在IPv4地址和地址网段的每一位上执行逻辑“与”(AND)操作，结果如图1-6所示。
在结果中，网路位不变，所有主机位则变为0.通过向插口分配地址172.21.35.17和网段255.255.0.0,设备将会晓得插口属于网路172.21.0.0.对IPv4地址和网段应用AND操作总还能得到网路地址。
!注意：
通过下边命令可以向Cisco路由器的插口分配地址和网段(本例中插口为E0)：
Smokey(config)Iinterfaceothernet0
Smokey(contig-if)#ipaddress172.21.35.17255.255.0.0
然而为何要使用地址网段?到目前为止，使用首个八位组字节规则看起来更简单一些。
子网和子网网段
首先，决不要忽视网路层地址的必要性。为了完成路由选择，每位数据链路(网路)都必须有一个惟一的地址；另外，数据链路上的每台主机也必须有一个地址，这个地址除了标示主机为一个网路成员，还可以把主机与网路上的其他主机区分开来。
到目前为止的定义中,一个A类.B类或C类地址仅仅能用在一个单一网路中:为了构建一个网路，每位数据链路都必须使用不同的地址，便于那些网路可以被唯一地标识。假如每一个数据链路都使用一个单独的A类、B类或C类地址，这么虽然耗尽所有的IPv4地址，也只能给多于1700万个数据链路分配地址。其实，这些方式是不切实际的，在上面的事例中,倘若充分地使用主机地址空间，这么在数据链路172.21.0.0中的设备数量可以超过65000!
使A类.B类或C类地址实用化的唯一方式是对主网地址进行界定，比如将172.21.0.0界定为子网地址。请追忆两个事实:
●IPv4地址的主机部份可以随便使用。
●IPv4地址的网路号由分配给插口的地址网段确定。
如图1-7所示，分配给网路的地址为B类地址172.21.0.0.5个数据链路将主机和路由器互连上去，每位数据链路都须要一个网路地址。依照目前的情况，172.21.0.0必须分配给其中的一个数据链路，这么另外4个数据链路还须要4个地址。
注意图1-7所示，地址网段并不是标准的16位B类地址网段:而是被扩充了8位，便于IP地址的前24位都被解释为网路位。换句话说，网段使路由器和主机把读取的前8位主机位作为网路地址的一部份。结果是，主网路地址应用于整个网路，而每一个数据链路则变为一个子网(subnet);一个子网是一个主A类、B类或C类地址空间的一个子集。
如今，IPv4地址包括3个部份:网路部份、子网部份和主机部份。地址网段如今变为子网网段，或比标准地址网段长的网段。地址的前两个八位组仍然是172.21,并且第3个八位组——主机位早已由子网位取代-的变化范围为0-255.在图1-6中的网路有子网1.2、3、4和5(172.21.1.0-17221.5.0)。在单-B类地址下最多可以有256个子网，对应的网段如图1-7所示。
1700万个数据链路看起来好多。并且你要考虑到。一个中等规模的企业就可能有许多数据链路。
下边给出两点劝告。首先,并不是所有路由选择合同都支持子网地址，即子网位全0或全1.由于这种合同是有类别化合同，它们不能分辨一个全0子网和主网路号。比如，在图1-7中子网0为172.21.0.0;而主网IP地址也为172.21.0.0.没有更多信息将难以分辨两者。
同样的，有类别路由选择合同也不能分辨全I子网的广播地址和:一个所有子网的广播地址。诸如，图1-7中的全1子网为172.21.255.0.对于这个子网，广播地址是12.21.255.255,但.是这也是在主网172.21.0.0的所有子网上所有主机的广播地址。没有更多的信息也难以分辨两者。第1版RIP合同和IGRP合同都是有类别路由选择合同:第7章将会介绍无类别路由选择合同，这些路由选择合同才可以真正地使用全0或全1子网。
其次是与子网及其网段的口头叙述有关。在图1-7中，对B类地址的第3个八位组进行子网界定是十分普遍的，但还经常看到人们这样叙述子网设计:“B类地址使用C类地址网段”，或则“将B类地址界定为C类地址”。这两种叙述都是错误的。它们往往会对子网设计造成误会或则是不确切的理解。对于图1-6中所示的子网界定图解的正确叙述应当是“一个使用8位进行子网界定的B类地址”或者“一个带有24位网段的B类地址”。
可以用以下3种格式中的任何一种表示子网网段:
点分十补码:255.255.255.0
位计数:172.21.0.0/24
十六补码:0FFFF0O
尽管位计数格式显得日渐流行上去，并且点分十补码暂时一段时期仍然常常使用在一些软件上面。与点分十补码相比，位计数格式更容易书写(地址旁边是1,前面紧跟随是网路部份的位计数)。另外，位计数格式可以更清楚地描述网段的实际作用，因此可以防止后面段落出现的语义误会问题。个别UNIX系统使用十六补码格式。
其实在Cisco路由器中必须使用点分十补码形式表示地址网段，然而在行配置模式下使用命令ipnetmask-format(decimalhexadecimalbit-count],可以设置使用3种格式中的任何一种格式显示网段。诸如，为使路由器以位计数格式显示网段，配置如下:
Gladys(config)#linevty04
Gladys(config-line)iipnetmask-fomatbit-count
所有主机的IP广播地址是所有位全为I:5.55.2555特定子网的广播地址是所有主机位全为1:比如，子网17221.1.0的广楼地址是12.1.255.最后，对于所有子网的所有主机来说，广播地址是子网为和主机位均为1:12.1255.255.
子网规划
如上面部份所述，在有类别地址环境中，子网位不能全部为0或全部为1。同样的，一个主机的IPv4地址也不能将主机位全部设置为0,这些用法是为路由器保留的，用于表示网路和子网自身。其实IPv4地址的主机位也不能全部被设置为1,由于它用于表示广播地址。所有这种限制无一例外地适用于IP地址的主机位，而且这也是子网规划的起点。不仅这种限制,网路设计人员还须要按照地址空间与网路详尽的匹配程度来选择最合理的子网界定方案。
在规划子网和子网网段时，可以使用相同的公式估算一个主网地址下可用的子网数以及每位子网内可用的主机数，公式为:2"-2,其中n表示子网位数或主机空间，2表示除以全0和全1两个不可用地址。诸如，给定一个A类地址10.0.0.0,子网网段10.0.0.0/16(255.255.0.0）意味着有8位子网空间，也就是可以形成2*-2=254个子网，每位子网可以有2*16次方-2=65534个主机地址。另一方面，网段10.0.0.0/24525.255.0)0表示有16位子网空间，可以形成65534个子网，其中8位主机空间可以在某个子网中形成254个主机地址。
下边是IPv4地址子网界定的步骤:
步骤1:确定须要多少个子网，每位子网须要多少台主机。
步骤2:为了满足第1步提出的需求，使用公式2*-2确定子网位数和主机位数。假如存在多个子网网段可以满足第1步需求，这么选择最才能符合未来需求的一个。诸如,倘若网路最有可能通过降低子网发展上去,这么选择子网位最多的网段;假如网路最有可能利用降低现有子网内的主机数发展上去，则选择主机位最多的网段。为了防止所选择的方案中的子网及子网内的主机地址被迅速地用完,
须要为将来的发展预留一些空间。
步骤3:使用二补码进行估算，在子网空间中确定所有的位组合形式。在每种组合形式中，将所有主机位都设置为0,将得到的子网地址转换为点分十补码格式。最终结果就是子网地址。
步骤4:对于每一个子网地址，再度使用二补码，在保持子网位不变的情况下写出所有主机位组合，并将结果转换成点分十补码格式。最终结果就是每位子网的可用主机地址。
这儿没有过于指出在最后两步中使用二补码的重要性。当进行子网界定时，最主要的唯一错误症结就是，在没有理解在二补码上会发生哪些的情况下企图使用点分十补码方式。据悉，点分十补码表示法对于人们读写IPv4地址非常便捷。并且路由器和主机却把地址看作32位二补码字符串:为了顺利地完成地址操作，必须采用路由器和主机处理地址的方法。
就目前给出的反例而言，作者在上面的段落中虽然有点多虑了。在没有限定必须使用二补码形式表示地址和网段的时侯，子网模式和主机地址看起来还是非常清楚的。
打破八位组界线
到目前为止，在给出的反例中，子网空间都是以八位组为界线的。但这并不总是最实用或最有效的选择。诸如，假如你须要对一个B类地址进行子网界定，并满足以下需求:数据链路数为500，每位数据链路内主机数不超过100台，应当怎样办?这样的需求很容易得以满足，只要使用9位子网位，就可以得到2-2=510个子网，剩下7位做主机位，每位子网的可用主机数为2-2=126.除此不再有其他位组合可以满足前面的需求。
请注意，假若还是以八位组为界线的话，这么将难以对C类地址进行子网界定。假如要这样做才会占用最后1个八位组，这么就没有更多主机位了。为此，如下边的事例所示，子网位和主机位必须共享最后1个八位组。
图1-8与图1-7中显示的网路不仅分配的地址是C类地址192.168.100.0之外,其他完全相同。
在这个网路中共有5条数据链路，因而起码须要界定出5个子网地址。图中还指明了每位子网须要分配的主机数(包括路由器插口)。其中两个以太网最多须要25个主机地址。所以完整的子网界定最小需求是5个子网，每位子网起码须要25个主机地址。
使用公式2"-2可以估算出，3个子网位和5个主机位即可以满足需求:2*-2=6,2*-2=30。带有3位子网位的C类地址网段可以用点分十补码表示为255255.255.224.
图1-9给出了子网位的推论过程。用二补码表示第2步估算出的子网网段，子网网段下边是IP地址。垂直线标记了子网空间，从二补码0开始计数，在这一空间中的所有位组合均被写出。
在图2-10中,不发生变化的网路位填写在子网空间的一侧，全部为0的主机位填写在子网位的右侧。结果被转换为点分十补码表示后，得到6个子网地址(记住，第一个和最后一个地址，即在子网空间中全部位为0和全部位为I的地址不能使用)。
最后一步是估算每位子网内的可用主机地址。这一步通过以下方法完成:首先选择一个子网地址，保持其中的网路位和子网位不变，从二补码0开始计数，写出主机空间中所有的位组合。图1-11给出了针对子网192.168.100.32的估算过程。
注意结果的模式:第一个地址所有主机位全部为0,这是子网地址。最后一个地址主机位全部为1,这是子网192.168.100.32的广播地址。主机地址从子网地址起到广播地址为止。依照次序，下一个子网地址是192.168.100.64.
现今，在二补码层次上理解子网界定的重要性就显而易见了。给出一个地址，如192.168.100.160，你不能确定它是否是一个主机地址、子网地址或广播地址。甚至在子网网段已知情况下，推论也并不总是显著的。
这儿我们鼓励读者估算事例中所有余下子网的主机地址，但是仔细观察形成地址的模式，理解这种模式对下一部份的内容会有帮助。
子网网段的故障确诊
在“解剖”一个给定的主机地址和网段时，往往须要确定地址属于那个子网。诸如c类网络ip地址主机数，假如在一个插口上配置了地址，一个挺好的实践就是首先验证对于按口联接的子网来说该地址是否合法。
使用下边的步骤逆推一个IP地址:
步骤1:用二补码写下一个给定的子网网段。
步骤2:用二补码写下一个主机IPv4地址。
步骤3:在晓得一个地址的类别后，网段的子网位便是其实的了。按照网段位，在最后网路位和第1个子网位之间画一条线，在最后子网位和第1台主机之间也画另一条线。
步骤4:写下地址的网路位和子网位，设置所有的主机位为0。最终的结果就是主机地址所属的子网地址。
步骤5:再度写下地址的网路位和子网位，此次设置所有主机位为1.结果就是本子网的广播地址。
步骤6:根据次序可以晓得第一个地址是子网地址，最后一个地址是广播地址。并且还可以晓得在这两个地址之间的所有地址都是合法的主机地址。
对于地址172.30.141/25,图1-.12给出了以上步骤的示例。
这个地址是B类地址，所以前16位是网路位，25位网段中的后9位是子网位。可以发觉子网地址是172.30.0.128,广播地址是172.30.0.255.在这两个地址之间的主机地址对于这个子网来说都是合法的，如对子网172.30.0.128来说，172.30.0.129-172.30.0.254都是主机地址。
在这个事例中，初次进行子网界定的人可能会遭到以F几种情况的干扰。一种是地址的第3个八位组所有位都为0.另一种是最后一个八位组仪一个子网位。一些人可能会觉得广播地址看起来不合法。所有那些不舒服的觉得都源自地址的点分十补码表示法。当使用二补码表示地址和网段时，这种忧虑会被打消，任何事看起来都一切正常，网段设定了9位子网空间一包括第3个八位组和第4个八位组的第1位。这个案例说明了假如使用二补码表示法时一切正常，这么就何必害怕看起来有些奇怪的点分十补码表示法。
