只有 32 位的 IPv4，为何依然够用？

一、前言

我一直在强调，打好基础怎么变都不慌，但是一直也没有重点分享过这些基础技术。正好 2019 年了，决定再挖个大的新坑，准备开始写一些那些多年不变的基础技术，算法、数据结构、网络协议、设计模式、操作系统有时间都会写。先挖坑，挖完慢慢填，我尽量写的有趣一些，希望大家能够看下去。

今天就来讲讲网络协议中的 CIDR(无类型域间选路)，先来说说 CIDR 的背景。

二、CIDR 的背景

2.1 IPv4 和 IPv6

现存所有的网络设备硬件中，网卡是设备上网必备的硬件条件，网卡虽然有唯一(相对唯一)的 Mac 地址去标识，但是依然需要分配一个 IP 地址。有了 IP 地址，才能让世界知道你的位置。

简单来说，IP 地址是一个网卡在网络世界的通讯地址，这就相当于现实世界中，我们在网购时填的收货地址。可以帮助别人，从世界的任何位置，找到我们。

现存的 IP 协议有两套，就是我们常说的 IPv4 和 IPv6。IPv4 由于最初设计的"缺陷"，长度只有 32 位，大约只能提供 40 亿个地址。早期设计时，可能也想不到互联网会发展到现在这个地步，随便一个设备都需要联网。

这就造成了 IPv4 地址很快就不够用了，尤其是这样 32 位地址中，还被分为了 A、B、C、D、E 这五类地址，抛开一些特殊的 IP 地址，可供使用的就更少了。由此可见 IPv4 在当初设计时，是有多么奢侈。

随后 IPv6 就被设计出来。我们知道当容量不够的时候，扩容是一条短期正确，但是长期来看依然是存在隐患的事情，无论扩大到多少，如果没有合理的规划，用完其实也是迟早的事情。

IPv6 的长度增加到 128 位，可以提供更多的地址，但是 IPv4 和 IPv6 相互之间并不兼容，导致迁移困难。如今 IPv6 已经慢慢在被一些大厂所使用，例如在淘宝 App 的启动页底部，就可以看到 IPv6 的标识。即便如此，在未来很长的一段时间内，依然会保持两个协议并行支持。

IPv6 并不是本文的重点，再说回到 IPv4 的地址过少这个硬伤上。虽然地址确实不够用，但是设备需要联网确实是强需求，这也是必须要解决的问题，联网就需要 IP 地址，是不是感觉进入死循环了。

IPv4 这种 A、B、C 类为主要的分类的 IP 数量，到底少到什么地步呢?这里看一张表就知道了。

能够感受到 IPv4 的尴尬了吗?C 类地址能够包含的最大主机数量，是在太少了，现在随便一个网吧可能就不够用了，而 B 类地址包含的最大主机数量又太多了，大量用不到的地址，很容易造成地址的浪费。有句老话怎么说的，旱的旱死，涝的涝死。

于是就出现了一个折中的方案，那就是我们本文要聊的 CIDR，中文名为无类型域间选路。

2.2 子网的划分

现在还不到说 CIDR 的时候(就是不爱写这种基础技术，想写清楚会发现有太多需要前置交代)。在说 CIDR 之前，还有个背景需要交代，那就是子网。

互联网这个大网，中间被分割成一个个子网，而子网下又被进一步分割。

从我们上面的 IP 分类图中，可以看出，一个 IP 地址的 32 位中，还被分为两类，分别是网络号和主机号，将主机号都置为 0，得到的就是网络地址。

可以看出，这样很明显的两级划分，也被称为两级 IP 地址。而 IP 地址的利用率有时很低，这种两级划分的方式就显得不那么灵活，于是就出现了子网。

子网其实就在之前的两级 IP 地址中，又加了一层子网号，将其变成三级结构。虽然增加了子网号，但是 IP 地址的长度依然是 32 位，网络号肯定是无法变更的，所以这里的子网就只能从主机号想办法。此时的子网号，其实就是从主机号中借位，这样就等于是减少了主机数，将其分割到不同的子网中。

涉及到子网，还有一个重要的概念，就是子网掩码。子网掩码，就是为了区分识别对 IP 地址划分的子网的。子网掩码很简单，它就是将网络号和子网号，对应的位全部置为 1，将主机号对应的位都置为 0，这就是子网掩码了。