IP地址分類及範圍

前言：IP地址由網路號(netid)和主機號(hostid)兩個層次組成，IP地址的層次結構與網際網路的層次結構是相互對應的，IP地址常用的主流格式為IPV4與IPV6兩種。

一、IP地址的組成

IP地址的層次結構與網際網路的層次結構是相互對應的，網際網路使用的IP地址也採用了層次結構。IP地址由網路號(netid)和主機號(hostid)兩個層次組成。

因此，IP地址的編址方式明顯地攜帶了位置資訊。如果給出一個具體的IP地址，馬上就能知道它位於哪個網路，這給IP網際網路的路由選擇帶來很大好處。

由於IP地址不僅包含了主機本身的地址資訊，還包含了主機所在網路的地址資訊。因此，在將主機從一個網路移到另一個網路時，主機IP地址必須進行修改以正確地反映這個變化。

假如現在有一個IP地址202.113.100.81需要從網路一轉移到網路二，那麼當它加入網路二後，必須為它分配新的IP地址，否則就無法與網際網路上的其他主機正常通訊。

二、IPv4地址的分類與表示

一旦選擇了IP地址的長度並決定把地址分為兩部分，就必須決定每部分包含多少位。字首部分需要足夠的位數以允許分配唯一的網路號給網際網路上的每一個物理網路，字尾部分也需要足夠的位數以允許從屬於同一網路的每一臺計算機都分配到一個唯一的字尾。

但這不是簡單的選擇就可行的。因為一部分增加一位就意味著另一部分減少一位，選擇大的字首可容納大量網路，但限制了每個網的大小；選擇大的字尾意味著每個物理網路能包含更多的計算機，但限制了網路的總數。

IPv4協議規定，IP地址的長度為32位。這32位包括了網路號部分(netid)和主機號部分(hostid)。

那麼在這32位中，哪些位代表網路號，哪些代表主機號呢?

在網際網路中，有的網路具有成千上萬臺主機，而有的網路僅僅有幾臺主機。為了適應各種網路規模的不同，IP協議將IP地址分成A、B、 C、D和E五類，它們分別使用IP地址的前幾位加以區分。

原則上，n位字首允許2n個不同的網路，n位字尾允許在給定的網路上廢品2n臺主機，下面就是五類地址的範圍：

A類IP地址

一個A類IP地址是指，在IP地址的四段號碼中，第一段號碼為網路號碼，剩下的三段號碼為本地計算機的號碼。如果用二進位制表示IP地址的話，A類IP地址就由1位元組的網路地址和3位元組主機地址組成，網路地址的最高位必須是“0”。A類IP地址中網路的標識長度為7位，主機標識的長度為24位，A類網路地址數量較少，可以用於主機數達1600多萬臺的大型網路。

B類IP地址

一個B類IP地址是指，在IP地址的四段號碼中，前兩段號碼為網路號碼，B類IP地址就由2位元組的網路地址和2位元組主機地址組成，網路地址的最高位必須是“10”。B類1P地址中網路的標識長度為14位，主機標識的長度為16位，B類網路地址適用於中等規模的網路,每個網路所能容納的計算機數為6萬多臺。

C類lP地址

一個C類IP地址是指，在IP地址的四段號碼中，前三段號碼為網路號碼，剩下的一段號碼為本地計算機的號碼。如果用二進位制表示IP地址的話。c類IP地址就由3位元組的網路地址和1位元組主機地址組成，網路地址的最高位必須是“10”。C類IP地址中網路的標識長度為21位，主機標識的長度為8位。C類網路地址數量較多，適用於小規模的區域網路，每個網路最多隻能包含254臺計算機。

D類IP地址

D類地址用於在IP網路中的組播，D類組播地址機制僅有有限的用處，一個組播地址是一個唯一的網路地址它能指導報文到達預定義的IP地址組。D類地址空間和其他地址空間一樣,有其數學限制,D類地址的前4位恆為1110。

E類IP地址

E類地址被定義但卻為腓保留作研究之用，因此Intemet上沒有可用的E類地址。

只是一般國際網際網路資訊中心在分配IP地址時是按照網路來分配的。因此只有說到網路地址時我們才使用A類、B類、C類的說法。

但是隨著計算機網路的迅猛發展及人們日常生活的廣泛使用，歐洲網路協調中心（RIPE NCC）於2019年11月正式宣佈：全球所有 43 億個 IPv4 地址已全部分配完畢。這意味著現有的 IPv4 地址資源已無法再分配給 ISP（網路服務提供商）。

為了解決IPV4地址資源的耗竭，IETF小組在1998年規劃設計了相對完善的新一代地址資源—IPv6，並於當年提出了新的 IPv6 協議草案標準。至此新一代網際網路時代到來，新一代 IPv6 協議版本地址比 IPv4 協議版本地址容量更廣、資料格式更為簡潔、通訊效率更高。但當前網際網路社會所使用的裝置幾乎都是以 IPv4 地址協議來支撐，而 IPv4 與 IPv6 格式並不統一且協議內容並不相容，那麼兩者的區別到底在哪？ IPv6的格式又是如何規定與分類呢？

三、IPv6地址表示方法

IPV6的16位元組(128bit)地址採用如下記法：每2個位元組一組，共分8組，每組採用16進製表示方法，組與組之間用冒號“：”隔開。例如，8000：0000：0000：0000：1234：5678：90ab：defo．

當出現過多的0時可用雙冒號來代替，如上IP地址

可簡記為：8000：1234：5678：90ab：def0

支援IPv4地址。例如，0：0：0；0；0；0；202．119．224．80

在這個例子中，左邊6個16進位制數域以IPv6成組冒號分隔的，右面的4個位元組以IPv4地址的十進位制數格式予以表示，該地址格式也可寫成：：：202．119．224．80

四、IPv6地址的分類

IPv6在其地址前部加以不同的字首來表示不同的地址分類。

字首00000000：保留。

字首010：基於運營者的地址，分配給公司，使公司用來向使用者提供網路服務。

字首100：基於地理的地址，類似於IPv4地址。

字首1111111010：本地鏈路地址，用於單一鏈路或子網上定址，不能整合於全程定址體系。

字首1111111011：本地地區地址，只有區域性意義，適用採用防火牆防止資訊洩露。

字首11111111：多播地址，用於向一組地址傳送資料包。

五、IPV4與IPV6的報文區別

IPv4報頭各項功能

版本(version)：協議版本號，對於IPv4該欄位值設定為4。

報頭長度(Header length)：32位／字的資料包頭長度。

服務級別(Type 0f service)：指定優先順序、可靠性及延遲引數。

資料單位長度(Total lengch)：IP總的資料包長度。

識別符號(Fragrnent identification)：表示協議、源和目的的特徵。

標誌(Flags)：包括附加標誌。

分段偏移量(Flagment offset):分段偏移量（以64位為單位)。

生命週期(Time to live)：允許跨越的網路節點或gateway的數目。

使用者協議（ Protocolid):請求IP的協議層。

報頭校驗（Header checksum):只適應於報頭。

源地址( Source address〉和目的地址(Destination address):16位網路地址，48位網路內主機地址。

選擇項(Options):鑑定額外的業務。

填充區( Padding):確保報頭的長度為32位的整數倍。

IPv6報頭各項功能：

IPV6資料包格式由3部分組成：IP而資料包頭、擴充套件(下一個頭)和高層資料。IPv6資料包頭長度為40位元組，各項定義如下：

版本(Version)：標示版本號，IPV6該欄位值設定為6

優先順序((Priority)：當該欄位為0～7時，表示在阻塞發生時允許進行延時處理，值越大優先順序越高：當該欄位為8～15時表示處理以固定速率傳輸的實時業務，值越大優先順序越高。

流標識(Fldw label)：路由器根據流標識的值在連線前採取不同的策略。

負載長度(Payload length)：指扣除報頭後的淨負載長度。

下一個(擴充套件)頭(The next header)：如果該資料有附加的擴充套件頭，則該欄位標識緊跟的下一個擴充套件頭；若無，則標識傳輸層協議種類，如UDP、TCP。

跳的限制(Hop limit):即轉發上限，該欄位是防止資料包傳輸過程中無休止的迴圈下去而設定的。該項首先被初始化，然後每經過一個路由器該值就減一，當減為零時仍未到達目的端時就丟棄該資料包。

源地址（Source address）和目的地址(Destination address):提供收發雙方的IP地址。

另外，IPv6作為新一代的IP協議，新增了擴充套件頭，結構如下：

逐項選項頭(Hop—by—hop option head—er)：該欄位定義了途經路由器所需檢驗的資訊。

目的選項頭：含目的站點處理的可選資訊。

路由選項頭(Routing)：提供了到達目的地所必須經過的中間路由器。

分段(FragrrIentation)頭：IPv6對分段的處理類似於IPv4，該欄位包括資料包識別符號、段號以及是否終止識別符號。

認證(AutheIltication)頭：該欄位保證了目的端對源端的身份驗證。

載入安全負載(Secudty encrypted payload)頭：該欄位對負載進行加密，以防止資料在傳輸過程中發生資訊洩露。

所以IPV6與IPV4不管是從格式還是分類來說，都有很大不同。IP地址從32位變為128位，而且IPv4中一些低效率或很少使用的方面已經被廢除或修改。