6.4.4 IPv4地址体系
1. IPv4地址系统
在TCP/IP协议发展初期，人们认为整个网络中最多允许232台网络设备已经完全能够满足网络建设的需要。为此，人们规定以32bit数作为TCP/IP协议中网络设备的地址。这就是IPv4地址标准，此地址被简称为IP地址。在这个标准中，每个网络设备都必须被分配唯一的一个IP地址，即利用一个32bit的二进制数字作为这台网络设备的标志。
由于32bit的二进制数读写都极为不方便，人们习惯于把32bit数据按照8个bit为一组分隔，把32bit二进制数分隔为4个字节，然后把每个字节的二进制数变成十进制数的形式。这样人们对IP地址的读写都很方便。
因为每个字节表示十进制数的范围是0～255，所以合法的IP地址应该由四个在0～255间的整数组成，数据之间用英文圆点分隔。例如：202.112.94.39就是一个合法的IP地址，而202.112.268.22不符合IP地址规范，因为第三个数268超过了255，不可能是由8位二进制数转化过来的。地址202.112.94,39也不合法，因为94和39之间的分隔符不是英文圆点。
2. IPv4地址分类
为了使任何带有路由选择能力的协议高效地提供路由，识别网络中的两台网络设备的逻辑距离，人们一般把IP地址看成两部分：网络标记和主机标记，认为IP地址中网络标记相同的计算机属于同一个网络，在逻辑上具有比较亲近的关系。
一个32bit的IP地址是被如何分为两部分的呢？以16个bit作为网络部分，16个bit作为主机部分是最简单的办法。然而，世界上的网络千差万别，有的网络很大，包括很多台计算机；有的网络很小，仅包括几台计算机。以这种单一的方式划分IP地址必然偏颇。为此，TCP/IP体系对IP地址进行了分类，以便于适应不同规模的网络。如图6-3所示。
图6- 3 IP地址分类规范
(1)A类地址
A类地址适用于特别巨大的网络，TCP/IP体系规定32bit地址中最左边一位为0的地址通称为A类地址，A类地址最左边的8bit是网络标记，右侧的24bit是主机标记。也就是说，A类地址首字节的十进制范围是0～127，每个A类网络标记可组建一个A类网络，其中可包含224台主机。在IPv4中，一共可组建128个A类网络。
(2)B类地址
人们把IP地址的32bit中最左边两位为10的地址通称为B类地址，B类地址用左边的16bit作为网络标记，右侧的16bit是主机标记。也就是说，B类地址首字节的十进制范围是128～191，每个B类网络标记可组建一个B类网络，其中可包含216台主机。
在IPv4中，共有64×256个网络标记，一共可组建64×256个B类网络。
(3)C类地址
把IP地址的32bit中最左边三位为110的地址通称为C类地址，C类地址用左边的24bit表示网络部分，右侧的8个比特表示主机部分。也就是说，C类地址首字节的十进制范围是192～223，每个C类网络标记可组建一个C类网络，其中可包含28台(即256台)主机。
在IPv4中，一共可组建32×256×256个C类网络。
通过对IP地址网络部分和主机部分的不同分隔方法，使人们能够通过IP地址覆盖不同范围的网络。
3. 子网划分
在A类和B类地址中，由于每个网络中容纳的主机数目比较多，有时为了对同一网络中的主机分区域管理，还要把一个网络划分为若干个子网。
在TCP/IP协议中，划分子网主要通过子网掩码实现。对于网络中的两台计算机，系统如何识别他们是否处于同一子网呢？为此，对每一个IP地址都要首先划分出网络标记和主机标记，对网络标记相同的多台主机，可以认为这些主机处于同一个网络中。子网掩码的作用就是标出IP地址中的网络标记部分。子网掩码也是一个32bit的二进制数，此数的特点是左边的若干位都是1，右边的若干位都是0。从左向右看该数据，一旦出现0，则该位置右侧的数据一定全部是0。IP地址中与子网掩码中值为1的位对应的部分就是网络标记。例如，某网络的子网掩码为255.255.255.0，那么在IP地址202.112.94.81中，202.112.94就是网络标记，81就是主机标记。
从IP地址的特点和子网掩码的含义看，如果不划分子网，A类网络的子网掩码默认为：255.0.0.0，即子网掩码左侧有8个1，则IP地址的高8位（二进制）是网络标识，其余24位是主机标识；同理，不划分子网的B类地址的子网掩码为：255.255.0.0，即子网掩码左侧有16个1，则IP地址的高16位（二进制）是网络标识，其余16位是主机标识。如果某B类网络中，子网掩码为：255.255.255.0（二进制形式中有24个1），则意味着虽然IP地址是B类地址，但以IP地址左侧的24位作为子网的网络标记，即只有IP地址中左侧24位二进制数相同的计算机才处于同一个子网中。即子网掩码把一个B类网络被划分成了256个子网。
在每个子网中，必须选择一个设备作为网关，并为网关指定一个子网段内的IP地址，此地址就是网关地址。网关是子网之间进行数据交换的关键接口。