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IP地址的分类
IP地址的分类
D
1.网络地址
当用户要表示一个网络时就要用到网络地址。
在IP地址编码方案中,网络地址由一个有效的网络号和全“0”的主机号构成。
如某主机的IP地址为168.36.12.55,这是一个B类地址,则此主机所在网络的地址为168.36.0.0。
2.直接广播地址
当用户想向互联网中某个网络中所有主机发送数据报,叫直接广播,具有这种特点的IP地址叫直播广播地址。
在IP地址编码方案中,直接广播地址由一个有效的网络号和全“1”的主机号构成。
如当互联网中的一台主机使用168.36.255.255为目标地址发送数据报时,则网络号为168.36.0.0的网络中所有主机都能收到该数据报。
3.有限广播地址
当用户想向本网中每一台主机发送数据报,叫有限广播。
有限广播将广播限制在最小的范围内,当采用标准的IP地址编码,有限广播将发生在本网络之中,若采用子网编址,有限广播将被限制在本子网中。
有限广播地址为255.255.255.255。
4.本网特定主机地址
当用户想与本网内部特定主机通信时,可通过将网络地址全部设为“0”进行简化(或不知道本网的网络地址)。
如某主机发送数据报时,其目标IP地址为0.0.136.32(B类地址),则表示该数据报要送到本网主机号为136.42的主机上。
5.回送地址
A类地址中,网络地址为127的地址用于网络软件测试或本机进程间通信。
发送到这种地址的数据报不输出到线路上,立即返回。
6.本网络本主机
全“0”的IP地址表示本网络上的本主机。
6.1.3子网掩码
IP地址使用网络号和主机号的两层地址结构,这样当大量个人用户或小型局域网接入互联网,即使分配一个C类网络地址也会造成IP地址的浪费。
因此出现了将网络进一步划分若干子网的设计,即把两层IP地址结构中的主机号细分为子网号和主机号,如图6.2所示。
图6.2子网IP地址结构
为了标识一个IP地址中的网络号、子网号、主机号,就设计了子网掩码。
子网掩码的长度也是32位,左边是网络位,用二进制数字“1”表示;右边是主机位,用二进制数字“0”表示。
如一个C类地址取主机号的两位为子网号,则掩码为11111111.11111111.11111111.11000000(255.255.255.192),子网可以产生64个可能的主机地址,但全0用于标识子网自身,全1用于子网广播,只有62个地址可用,如网络号为192.168.7,则子网IP地址范围为:
192.168.7.193~192.168.7.254。
子网掩码不能单独存在,它必须结合IP地址一起使用。
子网掩码只有一个作用,就是将某个IP地址划分成网络号和主机号两部分。
6.2子网编址
本节主要讲述子网编址的方法,通过学习,读者能够根据IP地址和子网掩码,明确一个IP地址的具体组成,哪些位是网络号,哪些位是子网号,哪些位是主机号。
6.2.1子网编址方法
对一个标准IP地址,通过将主机号的高位“借”出做为子网号,子网借用的主机号位数应至少2位,借出后至少要剩余2位。
B类地址最多只能用14位去创建子网,C类最多只能借用6位去创建子网。
划分子网的步骤一般为:
1.确定哪些组地址归我们使用。
比如我们申请到的网络号为“166.73.0.0”,该网络地址为B类IP地址,网络标识为“166.73”。
2.根据我们现在所需的子网数以及将来可能扩充到的子网数,用主机号的一些位来定义子网。
比如我们现在需要12个子网,将来可能需要16个。
用第三个字节的前四位确定子网,则在子网的主机号可用12位表示。
3.把对应的网络号各个位都置为“1”,标识主机号的置为“0”,则子网掩码的间断二进制形式为:
“11111111.11111111.11110000.00000000”
4.把这个数转化为间断十进制形式为:
“255.255.240.0”,这个数为该网络的子网掩码。
6.2.2子网地址和子网广播地址
与标准的IP地址一样,子网编址也保留了子网网络和子网广播的地址编号。
在子网编址中,以二进制全“0”结尾的IP地址表示子网,二进制全“1”结尾的IP地址表示子网广播。
如有一个C类网络:
200.110.26.0,可以借用主机号的3位来划分子网,其中子网号、主机号范围、可容纳的主机数、子网地址、子网广播地址如表6.2所示:
表6.2一C类网络的子网划分
子网
子网号
子网IP
主机号
标准IP
主机号
可容纳
主机数
子网地址
广播地址
第1个子网
001
00001~11110
.33~.62
30
200.110.26.32
200.110.26.63
第2个子网
010
00001~11110
.65~.94
30
200.110.26.64
200.110.26.95
第3个子网
011
00001~11110
.97~.126
30
200.110.26.96
200.110.26.127
第4个子网
100
00001~11110
.129~.158
30
200.110.26.128
200.110.26.159
第5个子网
101
00001~11110
.161~.190
30
200.110.26.160
200.110.26.191
第6个子网
110
00001~11110
.193~.222
30
200.110.26.192
200.110.26.223
为了与标准IP编址一致,二进制全“0”或全“1”的子网号也不能分配给实际的子网,所以在规划子网时应去掉这两个号。
在标准IP编址中全为“1”的IP地址(255.255.255.255)为有限广播地址,若在子网中使用该广播地址,广播将被限制在本子网中。
6.2.3子网表示方法
标准的IP地址,通过网络号就能确定网络类别,对子网编址,我们则采用子网掩码来标识。
前面已经讲过,子网掩码的长度与IP地址长度一样,也是用32位二进制表示。
在子网掩码中,与IP地址的网络号和子网号对应的位用“1”表示,与主机号对应的位用“0”表示。
将IP地址与子网掩码相结合,就可以判断出一个IP地址中哪些位表示网络号和子网,哪些位表示主机号了。
如我们通过查看一台主机的连接属性,看到图6.3:
图6.3主机IP地址
IP地址为192.168.7.21,子网掩码为:
255.255.255.240。
将IP地址和子网掩码转换为二进制后如图6.4所示
图6.4子网掩码
通过比较IP地址和子网掩码,借用了IP地址第4个字节的前4位表示子网,后4位表示主机,所以其网络号为:
192.168.7,子网号为:
1(0001),主机号为:
5(0101)。
6.3子网编址实例分析
本节主要讲述如何根据实际需求对网络进行子网规划和配置,并提出在子网规划中应注意的事项。
6.3.1子网规划
在网络规划中,子网的规划和IP地址分配占有举足轻重的地位。
当选择子网号和主机号时,要考虑到子网号能产生足够的子网,每个子网中能够容纳足够的主机。
如用户申请到一个C类网络地址193.168.100.0,需要在该网络中划分出5个子网,怎么办呢?
如果用主机号中的2位表示子网号,能划出4个子网,借用3位能划出8个子网,借用4位能划出16个子网,除去全0和全1,分别能划出2、6、14个子网,现在要求划分出5个子网,所以向主机号借用3位即可满足。
表6.3C类网络子网划分关系
子网借用主机位数
子网掩码
子网数
每子网容纳主机数
2
255.255.255.192
2
62
3
255.255.255.192
6
30
4
255.255.255.192
14
14
5
255.255.255.192
30
6
6
255.255.255.192
62
2
这样可用的子网号是001、010、011、100、101和110(注意000和111除外)。
主机号中就余5位来标识了,每一子网中共有32个主机号,其中30个可用,即每个子网最多有30台主机。
子网掩码为:
11111111.11111111.11111111.11100000(255.255.255.224)
子网地址:
11000001.10101000.01100100.00100000(193.168.100.32)主机号:
33~62
子网地址:
11000001.10101000.01100100.00100000(193.168.100.64)主机号:
65~94
子网地址:
11000001.10101000.01100100.00100000(193.168.100.96)主机号:
97~126
子网地址:
11000001.10101000.01100100.00100000(193.168.100.128)主机号:
129~158
子网地址:
11000001.10101000.01100100.00100000(193.168.100.160)主机号:
161~190
子网地址:
11000001.10101000.01100100.00100000(193.168.100.192)主机号:
193~222
需要注意的是:
1.该网络原可以使用254台主机,通过划分出6个子网后,最多只能使用180台主机。
2.在进行子网互联时,路由器也需要占用有效的IP地址,因此,在计算网络中(或子网中)需要使用的IP地址时,不要忘记连接该网络(或子网)的路由器。
6.3.2局域网划分子网
在实践中,有时会将一个物理网络划分成几个小规模的子网,如在一个公司,根据职能部门划分出多个逻辑上独立的子网,由于没有路由器的转发,子网之间的主机不能相互通信。
如分配给该网络的网络地址是192.168.7.0,这是一个C类地址,我们以最后一个字节的前4位表示子网号,后4位表示主机号,这样子网掩码为255.255.255.240,可以分出14个子网,每个子网最多有14台主机。
表6.4192.168.7.0在掩码为255.255.255.240时的地址分配表
子网
IP地址范围
子网地址
直接广播
有限广播
1
192.168.7.17~.30
192.168.7.16
192.168.7.31
255.255.255.255
2
192.168.7.33~.46
192.168.7.32
192.168.7.47
255.255.255.255
3
192.168.7.49~.62
192.168.7.48
192.168.7.63
255.255.255.255
4
192.168.7.65~.78
192.168.7.64
192.168.7.79
255.255.255.255
5
192.168.7.81~.94
192.168.7.80
192.168.7.95
255.255.255.255
6
192.168.7.97~.110
192.168.7.96
192.168.7.111
255.255.255.255
7
192.168.7.113~.126
192.168.7.112
192.168.7.127
255.255.255.255
8
192.168.7.129~.142
192.168.7.128
192.168.7.143
255.255.255.255
9
192.168.7.145~.158
192.168.7.144
192.168.7.159
255.255.255.255
10
192.168.7.161~.174
192.168.7.160
192.168.7.175
255.255.255.255
11
192.168.7.177~.190
192.168.7.176
192.168.7.191
255.255.255.255
12
192.168.7.193~.206
192.168.7.192
192.168.7.207
255.255.255.255
13
192.168.7.209~.222
192.168.7.208
192.168.7.223
255.255.255.255
14
192.168.7.225~.238
192.168.7.224
192.168.7.239
255.255.255.255
在子网规划好后,就可以进行主机配置了。
1.在任务栏中选择本地连接的图标点鼠标右键,选择打开“网络连接”,在“本地连接”上选择“属性”,或者从“开始”→“设置”→“控制面板”→“网络和拔号连接”→“本地连接”→“属性”,进入“本地连接属性”对话框,如图6.5所示:
图6.5“本地连接属性”对话框
2.选中“此连接使用下列选定的组件”列表中的“Internet协议(TCP/IP)”,单击“属性”按钮,进行TCP/IP配置,如图6.6所示:
图6.6Internet协议(TCP/IP)属性
3.按IP地址分配方案,设置计算机IP地址,分别填入IP地址和子网掩码后,如图6.7所示,单击“确定”返回“本地连接属性”界面。
图6.7配置IP地址和子网掩码
4.通过单击“本地连接属性”界面中的“确定”按钮,完成配置。
5.在命令提示符中运行ipconfig命令查看网络的IP地址、子网掩码等配置情况。
6.4IPv6
本节主要介绍Ipv6的来源和发展,并对IPv6和IPv4进行了比较,最后对IPv6的寻址方式和从IPv4向IPv6过渡的主要技术进行了一个简单阐述。
6.4.1Ipv6的基本概念
现有互联网是在IPv4协议的基础上运行。
随着互联网的迅速发展,IPv4定义的有限地址空间将被耗尽,地址空间的不足必将影响互联网的进一步发展。
IPv4采用32位地址长度,只有大约43亿个地址,估计在2005~2010年间将被分配完毕。
IPv6是InternetProtocolVersion6的缩写,其中InternetProtocol译为“互联网协议”。
IPv6是IETF(互联网工程任务组,InternetEngineeringTaskForce)设计的用于替代现行版本IP协议(IPv4)的下一代IP协议。
IPv6采用128位地址长度,按保守方法估算IPv6实际可分配的地址,整个地球每平方米面积上可分配1000多个地址。
在IPv6的设计过程中还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题。
如果说IPv4实现的只是人机对话,而IPv6则扩展到任意事物之间的对话,它不仅可以为人类服务,还将服务于众多硬件设备,如家用电器、传感器、远程照相机、汽车等,它将是无时不在,无处不在的深入社会每个角落的真正的宽带网。
而且它所带来的经济效益将非常巨大。
1.与IPV4相比,IPV6具有以下几个优势:
(1)IPv6具有更大的地址空间。
IPv4中规定IP地址长度为32,即有232-1个地址;而IPv6中IP地址的长度为128,即有2128-1个地址。
(2)IPv6使用更小的路由表。
IPv6的地址分配一开始就遵循聚类(Aggregation)的原则,这使得路由器能在路由表中用一条记录(Entry)表示一片子网,大大减小了路由器中路由表的长度,提高了路由器转发数据包的速度。
(3)IPv6增加了增强的组播(Multicast)支持以及对流的支持(FlowControl),这给网络上的多媒体应用提供了长足发展的机会,为服务质量(QoS,QualityofService)控制提供了良好的网络平台。
(4)IPv6加入了对自动配置(AutoConfiguration)的支持。
这是对DHCP协议的改进和扩展,使得网络(尤其是局域网)的管理更加方便和快捷。
(5)IPv6具有更高的安全性。
在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验,极大的增强了网络的安全性。
2.IPv6寻址
在IPv6中,可使用以下三种形式表示IP地址:
(1)冒号十六进制形式
这是首选形式n:
n:
n:
n:
n:
n:
n:
n,由八个16位地址元素组成,每个地址元素用十六进制值表示。
例如:
3FFE:
FFFF:
7654:
FEDA:
1245:
BA98:
3210:
4562.
(2)压缩形式
由于地址长度要求,地址中经常包含由零组成的长字符串。
为了简化对这些地址的写入,可以使用压缩形式。
在这一压缩形式中,多个0块的单个连续序列由双冒号符号(:
:
)表示。
此符号只能在地址中出现一次。
例如,多路广播地址FFED:
0:
0:
0:
0:
BA98:
3210:
4562的压缩形式为FFED:
:
BA98:
3210:
4562。
单播地址3FFE:
FFFF:
0:
0:
8:
800:
20C4:
0的压缩形式为3FFE:
FFFF:
:
8:
800:
20C4:
0。
环回地址0:
0:
0:
0:
0:
0:
0:
1的压缩形式为:
:
1。
未指定的地址0:
0:
0:
0:
0:
0:
0:
0的压缩形式为:
:
。
(3)混合形式
此形式组合IPv4和IPv6地址。
在此情况下,地址格式为n:
n:
n:
n:
n:
n:
d.d.d.d,其中每个n都表示六个IPv6高序位16位地址元素之一的十六进制值,每个d都表示IPv4地址的十进制值。
6.4.2由IPv4向IPv6过渡
美国国防部因为IPv6在安全方面的优势而大力支持它。
其在2003年7月宣布,在2008财年,将全部完成向IPv6的转移;同年10月宣布,所有开发、生产、采购的网络资产都必须过渡到IPv6。
在向IPv6转移方面,中国走到了前列。
2004年12月17日,中国第一个下一代Internet暨中国下一代Internet示范工程核心网(CERNET2)正式开通,这是世界上规模最大的纯IPv6Internet。
对于商业用户和传统的消费者,连接到网上的设备和应用的数量是不可预测的。
IPv6扩大了家庭网络的应用空间,包括应用管理、多媒体娱乐设备和家庭安全。
这些应用特别是家庭安防设施需要端到端的身份识别与数据加密。
拥有IPv6,DSL和Cablemodem用户可以建立自己的家庭网络,可以远程安全地监视和控制家庭网络设备。
为了实现从IPv4向IPv6的过渡,人们已经根据不同应用情况,设计了多种过渡技术和解决方案,大致分为以下三类:
1.IPv4/IPv6双栈技术。
IPv4/IPv6双栈技术是最主要的过渡机制。
在网络一侧的接入服务器上实现双栈,成为IPv4与IPv6的接入点,使终端接入IPv4与IPv6服务,以免在网络中使用额外的翻译器。
2.隧道技术。
隧道技术在一端把IPv6包封装为IPv4包的数据内容,然后在另一端解封复原成IPv6包。
隧道要求在封装/解封的节点上有IPv4/IPv6双栈能力。
这可能是未来采用最多的一种方式。
3.翻译器技术。
翻译器是一个处在纯IPv4终端和纯IPv6终端之间的部件,它可使这些终端之间能直接进行通信,且不需要对终端进行任何修改。
思考题:
1.简述IP地址的结构、格式和分类。
2.设一个主机的IP地址为192.168.7.121,而子网掩码为255.255.255.248,请写出该主机的网络号、子网号、主机号。
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