基于IP協(xié)議的因特網(wǎng)，目前已經(jīng)發(fā)展成為當(dāng)今世界上規(guī)模最大、擁有用戶最多、資源最廣泛的通信網(wǎng)絡(luò)。IP協(xié)議也因此成為事實(shí)上的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，以IP協(xié)議為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為通信網(wǎng)絡(luò)的主流。
本文將結(jié)合筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院CCNA課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，就IP協(xié)議關(guān)于IP地址這部分內(nèi)容，進(jìn)行簡(jiǎn)要的闡述。
一、為什么要使用IP地址？
一個(gè)IP地址是用來(lái)標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)通信實(shí)體，比如一臺(tái)主機(jī)，或者是路由器的某一個(gè)端口。而在基于IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，也都必須使用IP地址來(lái)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，如同我們寫(xiě)一封信，要標(biāo)明收信人的通信地址和發(fā)信人的地址，而郵政工作人員則通過(guò)該地址來(lái)決定郵件的去向。
同樣的過(guò)程也發(fā)生在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)里，每個(gè)被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包也要包括的一個(gè)源IP地址和一個(gè)目的IP地址，當(dāng)該數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸時(shí)，這兩個(gè)地址要保持不變，以確保網(wǎng)絡(luò)設(shè)備總是能根據(jù)確定的IP地址，將數(shù)據(jù)包從源通信實(shí)體送往指定的目的通信實(shí)體。
目前，IP地址使用32位二進(jìn)制地址格式，為方便記憶，通常使用以點(diǎn)號(hào)劃分的十進(jìn)制來(lái)表示，如：202.112.14.1。
一個(gè)IP地址主要由兩部分組成：一部分是用于標(biāo)識(shí)該地址所從屬的網(wǎng)絡(luò)號(hào)；另一部分用于指明該網(wǎng)絡(luò)上某個(gè)特定主機(jī)的主機(jī)號(hào)。
為了給不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)提供必要的靈活性，IP地址的設(shè)計(jì)者將IP地址空間劃分為五個(gè)不同的地址類(lèi)別，如下表所示，其中A,B,C三類(lèi)最為常用：
A類(lèi)0－12708位24位
B類(lèi)128－1911016位16位
C類(lèi)192－22311024位8位
D類(lèi)224－2391110組播地址
E類(lèi)240－2551111保留試驗(yàn)使用
網(wǎng)絡(luò)號(hào)由因特網(wǎng)權(quán)力機(jī)構(gòu)分配，目的是為了保證網(wǎng)絡(luò)地址的全球唯一性。主機(jī)地址由各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理員統(tǒng)一分配。因此，網(wǎng)絡(luò)地址的唯一性與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主機(jī)地址的唯一性確保了IP地址的全球唯一性。
二、劃分子網(wǎng)
為了提高IP地址的使用效率，可將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為子網(wǎng)：采用借位的方式，從主機(jī)位最高位開(kāi)始借位變?yōu)樾碌淖泳W(wǎng)位，所剩余的部分則仍為主機(jī)位。這使得IP地址的結(jié)構(gòu)分為三部分：網(wǎng)絡(luò)位、子網(wǎng)位和主機(jī)位。
引入子網(wǎng)概念后，網(wǎng)絡(luò)位加上子網(wǎng)位才能全局唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。把所有的網(wǎng)絡(luò)位用1來(lái)標(biāo)識(shí)，主機(jī)位用0來(lái)標(biāo)識(shí)，就得到了子網(wǎng)掩碼。如下圖所示的子網(wǎng)掩碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制之后為：255.255.255.224
子網(wǎng)編址使得IP地址具有一定的內(nèi)部層次結(jié)構(gòu)，這種層次結(jié)構(gòu)便于IP地址分配和管理。
它的使用關(guān)鍵在于選擇合適的層次結(jié)構(gòu)--如何既能適應(yīng)各種現(xiàn)實(shí)的物理網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，又能充分地利用IP地址空間（即：從何處分隔子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)）。
小竅門(mén)--子網(wǎng)的計(jì)算
在思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院CCNA教學(xué)和考試當(dāng)中，不少同學(xué)在進(jìn)行IP地址規(guī)劃時(shí)總是很頭疼子網(wǎng)和掩碼的計(jì)算?，F(xiàn)在給大家一個(gè)小竅門(mén)，可以順利的解決這個(gè)問(wèn)題。
首先，我們看一個(gè)CCNA考試中常見(jiàn)的題型：一個(gè)主機(jī)的IP地址是202.112.14.137，掩碼是255.255.255.224，要求計(jì)算這個(gè)主機(jī)所在網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址。
常規(guī)辦法是把這個(gè)主機(jī)地址和子網(wǎng)掩碼都換算成二進(jìn)制數(shù)，兩者進(jìn)行邏輯與運(yùn)算后即可得到網(wǎng)絡(luò)地址。其實(shí)大家只要仔細(xì)想想，可以得到另一個(gè)方法：255.255.255.224的掩碼所容納的IP地址有256－224＝32個(gè)（包括網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址），那么具有這種掩碼的網(wǎng)絡(luò)地址一定是32的倍數(shù)。而網(wǎng)絡(luò)地址是子網(wǎng)IP地址的開(kāi)始，廣播地址是結(jié)束，可使用的主機(jī)地址在這個(gè)范圍內(nèi)，因此略小于137而又是32的倍數(shù)的只有128，所以得出網(wǎng)絡(luò)地址是202.112.14.128。而廣播地址就是下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址減1。而下一個(gè)32的倍數(shù)是160，因此可以得到廣播地址為202.112.14.159?？蓞⒄障聢D來(lái)理解本例：
CCNA考試中，還有一種題型，要你根據(jù)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)數(shù)量進(jìn)行子網(wǎng)地址的規(guī)劃和計(jì)算子網(wǎng)掩碼。這也可按上述原則進(jìn)行計(jì)算。比如一個(gè)子網(wǎng)有10臺(tái)主機(jī)，那么對(duì)于這個(gè)子網(wǎng)就需要10＋1＋1＋1＝13個(gè)IP地址。（注意加的第一個(gè)1是指這個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)所需的網(wǎng)關(guān)地址，接著的兩個(gè)1分別是指網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址。）13小于16（16等于2的4次方），所以主機(jī)位為4位。而256－16＝240，所以該子網(wǎng)掩碼為255.255.255.240。
如果一個(gè)子網(wǎng)有14臺(tái)主機(jī)，不少同學(xué)常犯的錯(cuò)誤是：依然分配具有16個(gè)地址空間的子網(wǎng)，而忘記了給網(wǎng)關(guān)分配地址。這樣就錯(cuò)誤了，因?yàn)?4＋1＋1＋1＝17，大于16，所以我們只能分配具有32個(gè)地址（32等于2的5次方）空間的子網(wǎng)。這時(shí)子網(wǎng)掩碼為：255.255.255.224。
三、IP地址的局限性
最初的因特網(wǎng)設(shè)計(jì)者沒(méi)有預(yù)想到網(wǎng)絡(luò)會(huì)有如此快速地發(fā)展，因此現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)面臨的問(wèn)題都可以追溯到因特網(wǎng)發(fā)展的早期決策上，IP地址的分配更能體現(xiàn)這點(diǎn)。
目前使用的IPv4地址使用32位的地址，即在IPv4的地址空間中有232（4,294,967,296，約為43億）個(gè)地址可用。這樣的地址空間在因特網(wǎng)早期看來(lái)幾乎是無(wú)限的，于是便將IP地址根據(jù)申請(qǐng)而按類(lèi)別分配給某個(gè)組織或公司，而很少考慮是否真的需要這么多個(gè)地址空間，沒(méi)有考慮到IPv4地址空間最終會(huì)被用盡。
因此，IPv4地址是按照網(wǎng)絡(luò)的大小（所使用的IP地址數(shù)）來(lái)分類(lèi)的，它的編址方案使用"類(lèi)"的概念。A、B、C三類(lèi)IP地址的定義很容易理解，也很容易劃分，但是在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，它們并不利于有效地分配有限的地址空間。對(duì)于A、B類(lèi)地址，很少有這么大規(guī)模的公司能夠使用，而C類(lèi)地址所容納的主機(jī)數(shù)又相對(duì)太少。所以有類(lèi)別的IP地址并不利于有效地分配有限的地址空間，不適用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。
在這種情況下，人們開(kāi)始致力于下一代因特網(wǎng)協(xié)議--IPv6的研究。由于現(xiàn)在IPv6的協(xié)議并不完善和成熟，需要長(zhǎng)期的試驗(yàn)驗(yàn)證，因此，IPv4到IPv6的完全過(guò)渡將是一個(gè)比較長(zhǎng)的過(guò)程，在過(guò)渡期間我們?nèi)匀恍枰贗Pv4上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的互連。而在90年代初期引入了變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼（VLSM）和無(wú)類(lèi)域間路由（CIDR）等機(jī)制，作為目前過(guò)渡時(shí)期提高IPv4地址空間使用效率的短期解決方案起到了很大的作用。
