计算机网络-网络层（IPV4地址，网络转化技术NAT，子网划分和子网掩码，无分类编址CIDR，构成超网，最长前缀匹配）

1. 分类IP地址

IP地址：全世界唯一的32位/4字节标识符，标识路由器主机的接口。

IP地址=网络号+主机号

各种网络的差异比较大，所以根据IP地址共分为5类

如果IP首位为0，直接去A类网络找下一个子网，不需要从其他类找，提高了检索效率。

类似的区分其他不同类网络，根据下一个比特位来确定。

eg：A类网络IP中还有7位网络号，说明在A类网络下最多还可以有2^7个局域网。

A类网络：0.0.0.0——127.255.255.255
B类网络：128.0.0.0——191.255.255.255
C类网络：192.0.0.0——223.255.255.255
D类网络：224.0.0.0——239.255.255.255
E类网络：240.0.0.0——247.255.255.255

特殊网络IP地址：

• 0.0.0.0：只可以作为IP地址源地址，不能作为IP地址的目的地址。本网范围内表示主机，路由表中用于表示默认路由(表示整个Internet网络)
• 网络号为0，主机号为任意：表示本网内某个特定主机（只可以作为IP地址源地址，不能作为IP地址的目的地址）
• 255.255.255.255：本网广播地址（受限地址，路由器不转发)，不能作为源地址，只能作为目的地址。
• 网络号为特定值，主机号全0：表示一个网络，网络地址。既不能作为源地址，也不能作为目的地址。
• 网络号为特定值，主机号全1：直接广播地址，对特定网络上的所有主机进行广播（可以作为目的地址，不能作为源地址，可以对其他网络的主机进行广播）
• 网络号127，主机号任意：用于本地软件环回测试，称为环回地址。既可以作为源地址也可以作为目的地址。（127.0.0.1）

私有IP地址：

私有IP不能直接在网络上通信，需要NAT技术才可以进行通信。

2. NAT技术

首先：路由器对目的地址是私有IP地址的数据报一律不进行转发。

网络地址转换NAT：专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址。

NAT路由器中有个NAT转化表，主要分为两列（WAN（广域网），LAN（局域网））

局域网的内网ip在经过NAT路由器之后，将源IP地址和端口号替换为NAT表所对应的NAT路由器公网IP和端口，这样局域网内的主机就可以向外部发送信息。

同样外部的信息首先需要先传给NAT路由器，NAT路由器根据端口号和NAT表确认这个信息是发给局域网的那台主机。

3. 子网划分和子网掩码

首先分类IP地址有其自己的缺陷

1. IP地址的空间利用率低
2. 申请IP地址不方便

IP地址=网络号+主机号。
子网划分的核心是拿出主机号的一部分作为子网号。

注意：

• 子网划分是某个企业或单位的视角。某单位划分子网后，对外仍表现为一个网络，即本单位外的网络看不见本单位内子网的划分。
• 主机号能是全0或全1，所以主机号至少有两位，这对应的是子网号位数最多的情况。
• 子网号能否全0全1要看情况，根据题干分析。CIDR技术下，子网号可以全0全1

子网掩码：

子网掩码是由连续的0或连续的1构成的一组二进制数。

（网络号+子网号）有几位，子网掩码就有几个1 。主机号有几位，子网掩码就有几位0。

子网掩码与IP地址逐位相与，就得到子网的网络地址。

eg：

已知IP地址是141.14.72.24，子网掩码是255.255.192.0，求网络地址。

根据子网掩码前两字节255.255可知子网掩码和IP地址向与，前两个字节与IP地址相同，最后一个字节肯定是0，所以只需要看第三个字节即可

IP地址：141.14.(0 1 0 0 1 0 0 0)B.0
子网掩码： 	  (1 1 0 0 0 0 0 0)B.0

两式相与可得子网的网络地址为：
141.14.64.0
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需要注意的是，不同的子网掩码可能会计算出相同的子网网络地址，但是虽然相同，但是子网划分的方式不同

eg：上面的例题，如果子网掩码为255.255.224.0的话算出的子网网络地址相同，但是明显子网掩码的255.255.224.0的划分方式，子网号比上面的立体要大，划分的子网主机数较少。

首先，路由器中的路由表在划分了子网和设置了子网掩码后有下面的内容

1. 目的网络地址
2. 目的网络子网掩码
3. 下一跳地址

路由器转发分组的算法:

1. 路由器提取目的IP地址。
2. 判断目的IP地址是否在这个路由器的局域网内
3. 路由器会将目的的IP地址和所有的子网掩码进行相与，找子网地址。
4. 如果找到了对应子网的IP地址，就会把这个数据发给这个子网。
5. 如果没找到，就会查找特定主机路由。
6. 检测路由表中有无路径
7. 最后，还是没有找到路径，直接将数据发给默认路由处理。默认路由的IP为全0.0.0.0（在TTL生存时间之内），超时丢弃并报错。

4. 无分类编址CIDR

1. 消除了传统的A类，B类和c类地址以及划分子网的概念。

2. 融合子网地址与子网掩码，方便子网划分。

CIDR记法：IP地址后加上/，然后写上网络前缀（可以任意长度）的位数。
IP地址=网络前缀+主机号

eg：128.14.32.0/20（前20bit位是网络前缀）

CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个CIDR地址块。
128.14.32.0/20代表的CIDR地址块为：
最小地址: 10000000 00001110 0010 / 0000 00000000
					128.14.32.0
最大地址: 10000000 00001110 0010 / 1111 11111111
					128.14.47.255
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子网掩码：网络前缀位数的1，其他用0补充。

构成超网：

将多个子网聚合成一个较大的子网，叫做构成超网，或路由聚合。

方式：将网络前缀缩短（所有网络地址取交集）。这样就可以减少路由表的长度，方便维护。

对于同一个路由器有多个目的网络地址通过路由器的同一个接口，那么这些网络就可以路由聚合在一起。
eg：网络1和网络2。计算合体网络：

206.1.0.0/17
206.1.128.0/17
求这两个网络的交集即可
206.1.00000000(B).0
206.1.10000000(B).0
206.1是这两个网络公共部分，最后将主机号设置为0，代表这个网络的网络号
206.1.0.0/16是这两个网络的交集。
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划分子网可以看作将大网络切成小网络。构成超网可以看作将小网络合并成大网络。

最长前缀匹配：

使用CIDR时，查找路由表可能得到几个匹配结果（跟子网掩码按位相与)，应选择具有最长网络前缀的路由。前缀越长，地址块越小，路由越具体。

1. 首先将目的IP和子网掩码进行按位与，看是否和自己的子网匹配。
2. 最后的数据发给所有匹配的项中，网络前缀最长的子网