[Linux]Subnetting
Subnetting
1 IPv4
在网络中，每个主机都有一个独一无二的地址，即IP地址，用于标识其在网络中的位置。IPv4地址的形式如下所示：
1 | |
此地址由两部分组成：网络部分和主机部分。网络部分指明了该地址所属的网络，而主机部分则标识了该网络中的具体主机。
IPv4地址被点号分隔为四个八位字节（octet）。每个八位字节包含8个比特，等于1字节。因此，IPv4地址也可以视为由4个字节构成。在处理子网和IP地址时，我们经常使用到比特的概念。
要查看IP地址，可以使用ifconfig -a命令：
示例输出如下：
1 | |
从上述输出可见，IPv4地址是：192.168.1.129。
2 子网
要判断是否与Patty位于同一网络，可以通过检查子网（subnetwork的简称）。子网是一组IP地址相似且通常地理位置相近的主机集合。在同一子网内的主机间传输数据更加简便。
例如，所有以123.45.67开头的IP地址都属于同一子网。如果我的主机IP为123.45.67.8，而Patty的为123.45.67.9，则共同的部分即为网络前缀，而末尾数字代表各自的主机标识。因此，我们的网络是相同的。
子网掩码
子网掩码用于区分IP地址中的网络部分和主机部分。一个典型的子网掩码可能如下所示：
1 | |
常用网络前缀后跟斜杠及子网掩码来表示子网：
1 | |
为何进行子网划分？
子网划分用于分割网络并控制网络内流量。同时，也可以缓解IPv4地址空间的压力。这样，不同子网之间的主机无法直接交互。但如果想要连接至其他子网上的主机，比如yahoo.com，则需要通过路由器实现互联。在大多数使用255.255.255.0作为子网掩码的网络中，路由器通常位于子网的第一个地址，如192.168.1.1。某些IP地址（私有网络）不可见于互联网，为此需要采用NAT等技术。
3 子网计算
理解子网掩码对于确定子网中可容纳的主机数量至关重要。以IP地址192.168.1.0和子网掩码255.255.255.0为例，将这些数值转换为二进制形式：
- IP地址：192.168.1. = 11000000.10101000.00000001.00000001
- 子网掩码：255.255.255.0 = 11111111.11111111.11111111.00000000
子网掩码标记了IP地址中的网络部分（对应位为1），而主机部分则由未被标记的部分表示（对应位为0）。在上述例子中，只有最后八位可以变化，代表可能的主机地址范围。
由于一个八位字节有256种组合（从00000000到11111111），理论上存在256个可能的地址。然而，在实际应用中，需要排除两个特殊地址——全0和全1的地址分别代表子网地址和广播地址。因此，有效的主机地址范围是254个。
例如，给定IP地址192.168.1.0与子网掩码255.255.255.0，有效主机IP地址范围是从192.168.1.1至192.168.1.254。
4 CIDR
无类别域间路由（CIDR，Classless Inter-Domain Routing）提供了一种更为紧凑的子网掩码表示方法。在CIDR记法中，一个如10.42.3.0/255.255.255.0的子网可简化写作10.42.3.0/24，这里不仅包括了子网前缀，也隐含了子网掩码的信息。
IP地址与CIDR
IP地址由4个字节组成，共计32位。CIDR值表明了用于网络前缀的位数。例如，123.12.24.0/23表示前23位用于网络部分。那么，这代表了多少主机呢？
计算可用主机数量的简易方法：
- 从整个IP地址的总位数（32位）中减去CIDR值（如23），剩余9位。
- 计算(2^9 = 512)，但需扣除两个特殊地址（子网地址和广播地址），故实际可用主机数为510。
通过CIDR记法，我们能更高效地进行IP地址规划与管理，同时准确计算出每个子网内的可用主机数目。这种方法对于优化网络配置和资源分配至关重要。
5 NAT
网络地址转换（NAT，Network Address Translation）使诸如路由器之类的设备充当互联网与私有网络之间的中介。这意味着只需要一个唯一的IP地址就可以代表整个计算机群组对外进行通信。
可以把NAT想象成大型办公室中的总机接待员。如果有人想要联系你，他们只知道整个办公室的电话号码，而接待员则根据这个号码找到你的分机号并转接来电。
工作流程示例：
- 假设Patty想要连接www.google.com，她的计算机会通过路由器发送请求。
- 路由器接收该请求，并自行建立与google.com的连接，然后在建立连接后转发Patty的请求。
- 在此过程中，路由器作为Patty和www.google.com之间的中介。Google服务器仅能看到路由器的信息，而无法识别Patty的设备。
通过采用NAT技术，不仅可以隐藏内部网络结构，保护内部网络安全，而且有助于节省公网IP地址资源，优化网络配置。
6 IPv6
每一台接入互联网的设备都会获得一个独立的IP地址。然而，在这个数字化时代，可用的IP地址数量是有限的，IPv6正是为了允许更多主机连接到互联网而设计的。它虽然带来了更多的改进，但其采纳过程却相对缓慢。IPv6的设计初衷并非是要替代IPv4，而是与之互补，共同存在。
IPv6和IPv4在协议层面非常相似，若已熟悉IPv4，则不难理解IPv6。两者间最显著的区别在于地址的书写方式。典型的IPv6地址格式如下：
1 | |
IPv6通过提供几乎无限的地址空间，解决了IPv4地址资源枯竭的问题。此外，IPv6还引入了诸如简化头部格式、支持无状态地址自动配置（SLAAC）、增强的安全性等特性，为互联网的发展提供了更强大的支撑。