因特网的寻址方案

1 标识一台主机

名字 -> 对象是什么
地址 -> 对象在哪里
路径 -> 如何到达对象
（通过IP地址来进行标识）

2 早期的IP地址方案

有类别的地址方案

长度 32bit -> 对应一个32位的整数（网络号+主机号）

地址分类：ABCDE，D类为广播地址，E类为保留地址

定义的是主机和一个网络的连接，（例如多接口主机需要多个IP地址）

IP地址不是指定具体一台地址，而是连接到网卡的一条路径

具体表示：点分十进制，
类别低地址高地址
A 1.0.0.0 127.0.0.0
B 128.0.0.0 191.255.0.0
C 192.0.0.0 223.255.255.0
D 224.0.0.0 239.255.255.255
E 240.0.0.0 255.255.255.254

地址的特殊类别：

1 单播：（不能作为目标地址来使用）
hostid全为零：本网的网络地址
2 广播：（不能作为源地址来使用）
netid确定情况下hostid全为1：定向广播地址
32位全为1：本网有限广播。（在系统启动时若还没得到网络号可以使用此地址进行广播，若得到网络号则用定向广播地址）
32位全为0：保留地址（在初始化时节点还未获取IP地址则如此表示）
3 多播：（多播是将分组传送到一个指定的主机集合
loopback（不能上线，逻辑分配的地址，仅在主机内部做测试）

地址方案缺陷：

一台主机从一个网络移动到另一个网络，则它的地址需要重新分配。
网络地址数量太多。
分类地址规模固定。
主机由多个接口时，通信报文传输路径由多条

3 网络字节顺序

大端存储和小端存储
因特网中的传输规则：
多个字节的整数，采用大端的形式

4 IPv4子网地址

子网划分（将原来两部分的地址划分成了三部分的地址，是一个分层的结构）

网络号：因特网部分
主机号：本地部分
取其中一部分bit出来来区分本地的不同的物理网络，可以将这一部分看成网络的子网号，剩余部分为主机号

可变长的子网划分 VLSM

背景问题：一个机构内部的网络规模不一样，不同局域网中的主机数量不同。此时，固定长度的子网划分的方法不适用。所以使用可变长的子网划分方法，大的网络的主机号多一些子网号部分少一些，小的网络号反之。
缺点：管理员设计不当可能导致地址重复使用
优点：可以支持大小网络混合的环境，可以提高地址的利用率

注：VLSM中全0全1地址是可用的，区别于单纯的子网划分

子网掩码（用于指定子网划分）

长度：32bit
设定规则：对应IP地址子网部分的bit取1，对应主机地址的部分取0
说明：子网掩码和IP地址的类别无关

记法：（两种表示方法）
1 三元组（网络号，子网号，主机号）
缺点：无法得知子网号与主机号的位数
优点：屏蔽底层细节
2 as/24 (CIDR)：整数值为网络号与子网号的位数

5 目标：最小化网络数量

1 对于一个路由表，网络数量增加路由表项也会增加，当增加到一定数量之后路由器无法承受
2 地址的消耗问题，尤其是B类地址

解决方案：

无类别的寻址方案：CIDR -> 无类别域间路由
1 减少路由表的表项数量
2 分配不均

CIDR的最初应用：

超网分配方案：以多个连续用的C类地址的块来连成一块B类

CIDR记法：

斜杠记法，例如 128.211.168.0/21，其中/21表示掩码的21位

CIDR和VLSM的区别

在使用CIDR聚合地址时，将原来有类IP地址中的网络位划出一部分作为主机位使用。
在使用VLSM划分子网时，将原来有类IP地址中的主机位按照需要划出一部分作为网络位使用。
CIDR是把几个有类网络合成一个大的网络（超网），用于路由地址聚合。
VLSM是把一个有类网络分成几个小型网络（子网），用于更高效划分子网。

IPv6寻址方案

IPv6记法：

采用冒号分十六进制记法
将128位地址平均分成8组，每组16位
全为零的一组可以直接记成0
零压缩记法：连续全零组记为 :: ，在一个地址中最多只能出现1次
CIDR表示：例如 FF05::03/60

IPv6地址空间

前缀地址类型地址空间分片
010 全局单播地址 1/8
1111111010 本地链路单播地址 1/1024
11111111 多播地址 1/256

从IPv4到IPv6的迁移

高64位全零，中间两个16位为0000和FFFF，低32位是IPv4地址

IPv6单播地址

高N位为全球路由前缀，中间（64-N）位是子网号，最后64位是接口号

IPv6接口标识和MAC地址

将MAC地址映射成64位接口ID：格式命名为EUI-64

将48位MAC地址映射成EUI-64：
（MAC地址：高24位代表厂家，表示一个机构的唯一标识符，低24位为厂家分配，是接口地址）
1 在MAC地址的高24位和低24位之间插入一个16位的，15个1和1个0（FFFE）
2 将Bit6从原来的0改成1
Bit1：G/L位，表示地址是local的还是global的，一般情况下使用的是global地址为0，所以将此0改为1
Bit0：I/G位，用来表示地址是单播地址还是组播地址
全局地址：48位地址
局部地址：16位地址

IPv6多播和任播地址

IPv6中没有广播，通过多播的方式来解决

广播的缺点：
1 浪费的资源多
2 广播一般情况下不跨网
所以IPv6采用多播来取代广播

协议中预先定义的一些保留的多播组：
all routers ：网上的所有路由器节点
all hosts ：网段上的所有主机节点
all nodes ：所有节点

IPv6 Anycast地址

本质上是一个单播地址
作用：处理多服务器的情况（handle server replication）
这些服务器以一个逻辑的整体对外提供服务；服务器所有的配置、提供的功能和对外提供的任播地址都是一样的。当用户在访问这些服务器的时候，使用Anycast地址去访问，最后解析出来的地理位置上距离最近的服务器上进行通信。

典型应用例如：DNS服务器

IPv6 Link-Local 地址

用于本地局部使用，不是一个全局地址
节点在初始启动时，自动得到一个Link-Local地址

Link-Local地址的类别：
由最高的10位来决定： 1111 1110 10

分组中带有Link-Local地址，报文不会被转发到不同的网络上去。Link-Local地址只局限在接口所在的网段中。

IPv6中接口自动获取地址

1 OS启动激活接口
2 构造Link-Local地址
3 从48位转换为EUI-64得到接口ID，作为低64位，高10位是Link-Local地址，中间54位全为0
4 得到此接口上的linklocal地址，接口可以通过此地址与本地链路上的其他节点进行通信
5 本地链路中的路由器向外发送一条路由恳求，路由器返回通告包括：全局单播地址的前缀
6 全局前缀加上接口ID最终得到全局单播地址

参考资料：

INTERNETWORKING WITH TCP/IP PRINCIPLES, PROTOCOLS, AND ARCHITECTURE Vol1 (6th Edition). DOUGLASE E. COMER
Understanding IPv6 ,Your Essential Guide to IPv6 on Windows Networks 3rd(2012) . Joseph Davies.