嵌入式基础知识-IP地址与子网划分

本篇介绍IP地址与子网划分的一些基础知识，在嵌入式开发，使用网络功能时，需要了解网络的一些基础知识。

1 IP地址

1.1 IPv4与IPv6

1.2 IPv4地址详解

IPv4地址分4段，每段8位，共32位二进制数组成。

1.2.1 地址分类

这32位又被分为网络号和主机号两部分，根据网络号占用位数的不同，又可分为以下几类：

• A类地址：网络号占8位
• B类地址：网络号占16位
• C类地址：网络号占24位

对于十进制与二进制的转换，可用利用如下对照表方便手动换算：

1.2.2 IPv4数据报

IPv4报文结构如下：

IPv4报文中各字段含义：

1.2.3 特殊含义的IP地址

一些特殊含义的IP地址：

例如：当网络连接不可用时，为测试编写的网络程序，通常使用目的IP为127.0.0.0用于测试。

1.3 IPv6地址详解

IPv6地址分由冒号分为8段，每段是4个16进制数（即每段占16位），总计128位。

相比IPv4，地址空间增加了2^96倍。

1.3.1 IPv6其它表示形式

一个IPv6地址中间如果包含很长的一段0，可以把连续的一段0压缩为“::”，但为保证地址解析的唯一性，地址中”::”只能出现一次。

例如：2002:0000:0000:0000:0000:0000:c0a8:0564 可表示为：2002::c0a8:0564

此外，为了实现IPv4与IPv6互通，IPv4地址会嵌入IPv6地址中，此时地址常表示为：“X:X:X:X:X:X:d.d.d.d”：

• 前96b采用冒分十六进制表示
• 后32b地址则使用IPv4的点分十进制表示

1.3.2 IPv6数据报

IPv6报文的整体结构分为IPv6报头、扩展报头和上层协议数据三部分。

• IPv6报头：必选，长度固定为40字节，包含该报文的基本信息
• 扩展报头：可选，可能存在0个、1个或多个， IPv6通过扩展报头实现各种丰富的功能
• 上层协议：是IPv6报文携带的上层数据，可能是ICMPv6报文、TCP报文、UDP报文或其他可能报文

IPv6报文中各字段含义：

2 子网划分

2.1 基础概念

对于A、B、C类地址，将主机号拿出几位作为子网号，可进一步实现更小的网络划分，从而实现更加合理的网络IP分配。

经过子网划分后的IP地址组成位：网络号+子网号+主机号。

子网掩码：网络号和主机号都为1，主机号都为0，这样的地址为子网掩码

子网掩码可使用CIDR(Classless Inter-Domain Routing)法进行表示

对于子网掩码的计算，可看下面这张图：

2.2 一些题目

题目一：把网络117.15.32.0/23划分为117.15.32.0/27，求得到的子网个数以及每个子网中可用地址的个数。

分析：网络号从23变为了27，即拿出了4位作为子网号，可划分2^4=16个子网；

主机号还剩32-27=5位，子网中的可用地址为2^5-2=30个地址。

题目二：对于IP：192.168.50.10，子网掩码：255.255.192.0，求其网络号和主机号。

分析：根据子网掩码的特点（相同部分为1，不同部分为0），可以只分析第3段，如下图：

由上图分析可知，网络号为192.168.0.0，主机部分就是50.10。

题目三：某用户得到的网络地址范围为110.15.0.0至110.15.7.0，求其CIDR表示法，以及可分配的主机数。

分析：可画图分析，可知CIDR表示法为110.15.0.0/21，主机位剩余11位，可分配的主机数为2^11-2=2046个。

3 总结

本篇介绍IP地址与子网划分的基础知识，先介绍了IPv4与IPv6的的基础知识与区别，然后结束了子网划分的一些概念，并通过一些实际的例子进行讲解分析。