IPv4協議及VLSM可變長子網劃分和CIDR無類域間路由
網際網路世界一切通訊都將IP化。IT行業無論你用哪種語音（C++，Java，PHP等），無論你偏軟體或偏硬體，最大公約數之一可能就有IP。國家在搞三網融合，即Internet，電話網，有線電視網將全用IP資料包傳輸資料。可以說IP是網路的基石。本篇是我對IP協議包括VLSM和CIDR的理解。
IP的責任簡單地說就是將資料從源傳送到目的地。IP協議被封裝在TCPIP 5層協議中的網路層上，具體格式如下：（以下是我個人對IP包頭的理解，權威的請查閱wikipedia或RFC791，另文中出現的IP均指IPv4）
1.版本（4位）：
4或6，表示IPv4還是IPv6
2.首部長度（4位）：
指明IP包頭部長度（不包含資料）。如沒有可選項長度是20 byte。可選項最大40 byte，因此IP包頭部最大長度是60 byte
3.優先順序與服務型別（8位）（直接RFC791上截圖了）：
4.總長度（16位）：
IP包的長度，總長度 - 首部長度 = 資料長度
5.識別符號（16位），標誌（3位），段偏移量（13位）：
三個結合在一起使用，用於資料分包。比如A->B->C，A的MTU是1500，B的MTU是1000，那B收到A的包轉發給C時就要分包：第一個包1000，第二個包500。
識別符號（16位）：分包後，每個包上標記相同的值，以便區分哪些包原本是同一個包拆開來的。
標誌（3位）：第一位固定是0。第二位DF（Don't Fragment）為1時不切片，這樣B收到MTU1500的包就不能分包，無法轉發給C只能直接丟棄。第三位MF（More Fragments）為1時表示後面還有切片。
段偏移量（13位）用於分包後合併時確定依次順序。
6.TTL（8位）：
TTL本是想用做統計時間的，後來變為跳數，最大255，一般為64，每過一個路由器減1，到達目的IP前如果減到0，路由器就將該包丟棄，再通過ICMP回傳time exceeded資訊，這樣可以避免無限環路。
7.協議號（8位）：
用於區分上層（傳輸層）資料。例如ICMP是1，TCP是6，UDP是17，EIGRP是88，OSPF是89
8.首部校驗和（16位）：
校驗一下除資料部分外的包頭資訊以防被篡改。因為TTL值每經過一個路由器都會減1發生變化，因此每經過一個路由器都要重新校驗，這很討厭，所以IPv6裡就沒有校驗和了。
9.源地址（32位），目標地址（32位）：
（顧名思義）
10.可選項：
有4個選項：鬆散源路由選擇，嚴格源路由選擇，記錄路由，時間戳
鬆散/嚴格源路由選擇：用於控制沿途路徑。比如A->B1->C也可以A->B2->C，具體走哪條你可以將B1或B2的地址寫到這裡。區別是：嚴格里必須規定沿途每個路由器，而鬆散可以只給出沿途必須經過的一些“要點”
記錄路由：記錄沿途的IP地址
時間戳：沒啥用，路由器轉發時可以打個時間，但除非所有路由器的時間精確同步，否則沒什麼用
11.資料：
（顧名思義，裡面包含了上一層傳輸層的TCP/UDP頭部）
上面IP協議裡，源地址和目標地址就是家喻戶曉的IP地址。
IP地址格式是由網路號和主機號（D類E類除外）合併而成，用點分10進製表示，共32位。分為ABCDE 5類IP地址：
A類地址：
前8位為網路號（首位固定0，後7位是網路地址），後24位是主機號。
A類地址範圍：1.0.0.0 ～127.255.255.255 掩碼：255.0.0.0（掩碼的作用是區分網路號和主機號）
網段中主機位全0的是該網段地址，主機位全1的是該網段的廣播地址。因此平時可用於單播的A類IP地址範圍：1.0.0.1 ～127.255.255.254
B類地址：
前16位為網路號（前2位固定10，後6位是網路地址），後16位是主機號。
B類地址範圍：128.0.0.0 ～191.255.255.255 掩碼：255.255.0.0
網段中主機位全0的是該網段地址，主機位全1的是該網段的廣播地址。因此平時可用於單播的B類IP地址範圍：128.0.0.1 ～191.255.255.254
C類地址：
前24位為網路號（前3位固定110，後5位是網路地址），後8位是主機號。
B類地址範圍：192.0.0.0 ～223.255.255.255 掩碼：255.255.255.0
網段中主機位全0的是該網段地址，主機位全1的是該網段的廣播地址。因此平時可用於單播的B類IP地址範圍：192.0.0.1 ～223.255.255.254
D類地址：用於多播，已經沒有網路號和主機號了，前4位固定1110，後28位用於多播地址
D類地址範圍：224.0.0.0 ～ 239.255.255.255
E類地址：
用於科研。。。太高階一般接觸不到。同樣已經沒有網路號和主機號了
D類地址範圍：240.0.0.0～ 255.255.255.255
有一些用於特殊用途的IP地址：
0.0.0.0：未指定IP
127.0.0.1：本地loopback測試地址
255.255.255.255：本地廣播地址
還有一些私有IP地址：
A類地址中：10.0.0.0～ 10.255.255.255（即10網段）
B類地址中：172.16.0.0～172.31.255.255（即172的後半網段）
C類地址中：192.168.0.0～192.168.255.255（即192.168網段）
私有IP地址無法在公網上被使用，但可以在本地被使用。可以用NAT將本地使用的私有IP地址轉換成公有IP地址來訪問公網，以達到節約IP地址的目的。如企業內部不必每臺主機都配一個公網IP，大家儘可使用私有IP地址，並共用多個公網IP來上網。
平時常用ABC 3類IP地址，以A類IP地址為例，只有126個網路，但每個網路都有巨量的主機2^24=16777216。如果一個公司只需要100臺主機，那分配給該公司一個A類IP網段的話，將造成大量的IP地址浪費。因此通常只分配一個C類地址，C類地址的主機號是8位，可供2^8-2=254臺主機用（-2的原因上面說過了，主機號全0是該網段地址，全1是該網段廣播地址），雖然夠用，但該公司只需求100臺主機，仍舊造成IP地址浪費。所以需要VLSM（可變長子網掩碼）子網劃分來更合理地分配IP地址。
VLSM子網劃分的規則：
子網數= 2^子網位數（子網位數 = 掩碼 - 主類網路號，例如某B類IP的掩碼是27，則子網位數為27-16=11，因此子網數為2^11=2048）
主機數= 2^主機號-2（-2的原因上面說過了，主機位全0為網路地址，全1為廣播地址）
塊大小=2^八位組內主機號（例如192.168.10.0 掩碼：255.255.255.192。C類IP主機號是第四個8位組，現在掩碼是192=11000000，意思是問第四個8位組借了前2位作為網路號，因此第四個8位組內主機號是8-2=6位，塊大小為2^6=64）。得出塊大小後，用塊大小數字累加就能得到網路號。
一個C類IP地址子網劃分的例子：
例如192.168.10.0 掩碼：255.255.255.192 （這種寫法很麻煩，192=11000000，即第四個8位組前2位是網路號，總共網路號是26位，可簡寫為192.168.10.0/26）
子網數為2^2=4，主機數為2^6-2=62，塊大小為2^6=64（每個8位組來計算，發生在第三個8位組）。4個子網分別為：
192.168.10.0/26 （單播IP範圍：192.168.10.1 ~ 192.168.10.62）
192.168.10.64/26 （單播IP範圍：192.168.10.65 ~ 192.168.10.126）
192.168.10.128/26 （單播IP範圍：192.168.10.129 ~ 192.168.10.190）
192.168.10.192/26 （單播IP範圍：192.168.10.193 ~ 192.168.10.254）
一個B類IP地址子網劃分的例子：
172.16.0.0/18
子網數為2^2=4，主機數為2^14-2=16382，塊大小為2^6=64（每個8位組來計算，發生在第三個8位組）。4個子網分別為：
172.16.0.0/18 （單播IP範圍：172.16.0.1 ~ 172.16.63.254）
172.16.64.0/18 （單播IP範圍：172.16.64.1 ~ 172.16.127.254）
172.16.128.0/18 （單播IP範圍：172.16.128.1 ~ 172.16.191.254）
172.16.192.0/18 （單播IP範圍：172.16.192.1 ~ 172.16.255.254）
一個B類IP地址子網劃分的例子2：
172.16.0.0/27
172.16.X.0/27
172.16.X.32/27
172.16.X.64/27
172.16.X.96/27
172.16.X.128/27
172.16.X.160/27
172.16.X.192/27
172.16.X.224/27 （第三位可以從0變化到255）
上面這樣子網劃分，比ABC主類地址能更合理分配IP。下面再介紹一種更能節省IP地址的子網劃分方法：
例如172.16.0.0/16，要劃分成2個200臺主機，3個2臺主機，3個24臺主機，該怎麼劃分子網呢？遵從的原則是從大到小：
1.先算200臺主機：2^n-2 >= 200，n為8，即主機號為8，網路號為24
172.16.0.0/24變化發生在第3個8位組，因為第3個8位組全是網路位，因此塊大小為2^0=1，子網：
172.16.0.0/24 （可以任選2個供200臺主機用，例如選前2個。供200臺主機用）
172.16.1.0/24 （供200臺主機用）
172.16.2.0/24 （未分配）
......
172.16.255.0/24
2.算24個主機：2^n-2 >= 24，n為5，即主機位為5，網路位為27
在172.16.2.0/24基礎上劃分子網：172.16.2.0/27變化發生在第4個8位組，塊大小為2^5=32：
172.16.2.32/27 （供24臺主機用）
172.16.2.64/27 （供24臺主機用）
172.16.2.128/27 （未分配）
.....
172.16.2.224/27
3.最後算2個主機：2^n-2 >= 2，n為2，即主機位為2，網路位為30
在172.16.2.128/27基礎上劃分子網：172.16.2.0/30變化發生在第4個8位組，塊大小為2^2=4：
172.16.2.128/30 （這3個供2臺主機用）
172.16.2.132/30
172.16.2.136/30
通過上面若干VLSM的例子可用看出，VLSM是從右向左問主機號借用網路號，那CIDR就是網路號向左偏移，相當於主機數擴大了。更官方點說：
CIDR，就是忽略ABC類網路，自定義字首相同的一條路由。
如192.168.12.0/24
192.168.13.0/24
192.168.14.0/24
192.168.15.0/24
都通過路由器E連線路由器F。如果設4條路由很麻煩，希望彙總一下。如果彙總成主類地址192.168.0.0/16太不精確了，可以彙總成192.168.12.0/22一條路由。