IP尋址技術     
1969年僅有四節(jié)點的ARPA網(wǎng)在美國實驗成功，有誰能想到由此演化的互聯(lián)網(wǎng)會成為世界
最大的數(shù)據(jù)網(wǎng)呢。隨著計算機的普及，上網(wǎng)人數(shù)的不斷增加，越來越多的企業(yè)把目光投
向互聯(lián)網(wǎng)。支撐Internet運轉的關鍵是IP技術，在此詳細講解其基本概念及IP的尋址過
程。

MAC地址(位于數(shù)據(jù)鏈路層)

介質訪問控制(Media Access Control)地址一般位于網(wǎng)卡中，用于標識網(wǎng)絡設備，控制
對網(wǎng)絡介質的訪問。例如，網(wǎng)絡設備要訪問傳輸電纜(網(wǎng)線，位于物理層)，必須具備一
個MAC地址，發(fā)送的數(shù)據(jù)要到達目的地，必須知道目的地的MAC地址。因為一個網(wǎng)卡具有
唯一的MAC地址，所以又叫做物理地址。

網(wǎng)絡地址(位于網(wǎng)絡層)

因為一個網(wǎng)絡地址可以根據(jù)邏輯分配給任意一個網(wǎng)絡設備，所以又叫邏輯地址。網(wǎng)絡地
址通常可分成網(wǎng)絡號和主機號兩部分，用于標識網(wǎng)絡和該網(wǎng)絡中的設備。采用不同網(wǎng)絡
層協(xié)議，網(wǎng)絡地址的描述是不同的，如IPX，以PAD.0134.02d3.es50為例，PAD為網(wǎng)絡號
，而0134.02d3.es50是標識該網(wǎng)絡中設備的主機號。IP協(xié)議則用32位二進制來表示網(wǎng)絡
地址，一般就叫做IP地址。MAC地址用于網(wǎng)絡通信，網(wǎng)絡地址是用于確定網(wǎng)絡設備位置
的邏輯地址。

IP地址

為了適應不同大小的網(wǎng)絡需求，所有的IP地址被分為不同的類別―Class A、B、C，這
就是有類IP地址。可用IP地址的前三位做區(qū)分。在計算網(wǎng)絡支持的主機數(shù)時要減2，是
因為全0的主機號用于標識該網(wǎng)絡，全1的主機號是該網(wǎng)絡的廣播地址。廣播地址用于標
識網(wǎng)絡的所有主機，數(shù)據(jù)發(fā)向廣播地址就相當于向全網(wǎng)絡主機廣播。

或者以網(wǎng)絡掩碼(netmask)作區(qū)分。網(wǎng)絡掩碼和IP一樣也是32位二進制數(shù)，把網(wǎng)絡掩碼
和IP地址邏輯與得出的結果就是主機號。

有類IP地址(Class IP)的局限

網(wǎng)絡的發(fā)展出乎設計者的想象。32位的IPv4(IP的第四版本)雖有232個IP地址，但是將
IP地址分類的方法，理想化地把網(wǎng)絡分為千萬級、萬級、百級，僵化的選擇導致了大量
的浪費。而隨著網(wǎng)上站點的增加，用于維持網(wǎng)絡間通信的路由器路由信息的不斷增長，
最終將導致路由器無法負荷，只能將部分站點的路由信息丟棄，造成不能訪問。

保留地址

在Internet中有部分IP地址是保留作內(nèi)部網(wǎng)絡使用的。采用保留地址，每個局域網(wǎng)都可
以為內(nèi)部網(wǎng)絡的眾多主機分配一個IP地址。通過NAT地址轉換，在訪問外部網(wǎng)絡時將保
留地址轉為真實地址，能夠滿足內(nèi)部網(wǎng)絡采用TCP/IP協(xié)議的同時，也保持了Internet上
的地址唯一性。

如果內(nèi)部網(wǎng)絡不連入Internet的話，實際上是可以使用任何一類地址。否則必須保證連
通網(wǎng)絡的地址唯一性。

子網(wǎng)化(Subnetting)

把一個網(wǎng)絡再細分成數(shù)個小網(wǎng)，就叫子網(wǎng)化。假設一家公司有一個B類地址130.5.0.0，
可是需要為各地的分公司分別建立網(wǎng)絡。130.5是其網(wǎng)絡號，把主機號(16位)分成子網(wǎng)
號(8位)和子網(wǎng)主機號(8位)兩部分，共有子網(wǎng)28-2個，這樣就可以為每個分公司分配一
個子網(wǎng)。

子網(wǎng)化是一種解決IP地址緊張的方案。此外，子網(wǎng)化還可以防止路由信息的無限制增
長。由于同一網(wǎng)絡不同子網(wǎng)的網(wǎng)絡號是一致的，所以Internet路由器到各個子網(wǎng)的路由
是一致的。

子網(wǎng)化的另一個好處就是無論該網(wǎng)絡的拓撲如何改變都不會影響到Internet的路由，
Internet路由器也就不用花費大量的資源去計算更新路由信息。

如前所述IP是用于尋址的，所以子網(wǎng)在此就相當于分級尋址。先由Internet路由器根據(jù)
網(wǎng)絡號定位到目的網(wǎng)絡，再由內(nèi)部的路由器根據(jù)擴展網(wǎng)絡號進一步定位到目的網(wǎng)絡中的
子網(wǎng)絡。

路由器與路由協(xié)議

路由協(xié)議分為內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議IGP和外部網(wǎng)關協(xié)議EGP兩種，各用于自治系統(tǒng)內(nèi)部和自治系
統(tǒng)之間，其中IGP又分為距離向量和鏈路向量。距離向量是定期向相鄰的路由器交流整
個路由表的信息，如RIPv1、IGRP。而鏈路向量只在鏈路狀態(tài)發(fā)生改變時向所有的路由
器交流鏈路狀態(tài)信息，如OSPF。而象EIGRP則同時具有兩種協(xié)議的特點。

可變長度子網(wǎng)掩碼(VLSM)

在使用有類別路由協(xié)議時，因為不能跨主網(wǎng)絡交流掩碼，所以必須連續(xù)尋址且要求同一
個主網(wǎng)絡只能用一個網(wǎng)絡掩碼。對于大小不同的子網(wǎng)，只能按最大子網(wǎng)的要求設置子網(wǎng)
掩碼，造成了浪費。尤其是連接路由器的網(wǎng)絡，明明只需要兩個IP地址，分配的地址卻
和最大的子網(wǎng)一樣。

無類別路由協(xié)議的提出為VLSM的實施提供了可能。對同一個主網(wǎng)絡采用不同的子網(wǎng)掩碼
，能節(jié)省大量的地址空間，允許非連續(xù)尋址則使網(wǎng)絡的規(guī)劃更靈活。

路由匯總(Route Summarization)

隨著企業(yè)上網(wǎng)工程的深入，路由器的增多不但讓路由表變大，增加查找的時間，而且加
大了數(shù)據(jù)處理轉發(fā)的過程。

路由匯總要求地址連續(xù)(是通配符掩碼的要求，只有通配符掩碼才能用一條路由標識多
個網(wǎng)絡，實現(xiàn)路由匯總)，減少了路由表的條目；在地址連續(xù)下，路由器可以根據(jù)IP地
址的前幾位決定將數(shù)據(jù)發(fā)向目的地，以加快路由轉發(fā)的處理過程。

路由器工作原理與第三層交換

第三層交換是在第二層交換機上插入一個路由模塊，利用交換機的高速背板路由模塊和
其它的交換模塊高速交換數(shù)據(jù)。在這種情況下，當A主機要向B主機發(fā)送數(shù)據(jù)時，A將B的
IP地址和自己的相比較。如果確認B與A是同一個子網(wǎng)，A將發(fā)送一個廣播ARP，B返回其
MAC地址；于是A用MAC封裝數(shù)據(jù)后，發(fā)向交換機，交換機通過查找MAC與端口對應表將數(shù)
據(jù)發(fā)向B主機的端口。如果A與B不在同一子網(wǎng)，A向預先設置的缺省網(wǎng)關(就是路由模塊)
發(fā)送ARP請求。路由模塊查找是否在以往的交換中已保存有B主機的MAC地址，有則返回
給A主機，否則對B所在子網(wǎng)廣播ARP，將獲得的MAC保存再發(fā)回給A。以后A要再發(fā)送數(shù)據(jù)
給B，就不用通過路由模塊，直接的MAC封裝，使子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)交換速度和同一子網(wǎng)的相
差無幾。

為了解決IP地址日愈緊張的情況，IPv6新一代的IP地址規(guī)范已經(jīng)推出，通過將IPv4的32
位二進碼升級到IPv6的128位，地址緊張的情況將一去不復返。