IP地址和子网掩码的关系.docx
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IP地址和子网掩码的关系
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IP地址和子网掩码的关系
IP地址和子网掩码的基础知识
IP地址的概念
1.IP地址组成
IP地址源于Internet,是一种层次结构的地址,适合于众多的互联网。
In
在网络寻址时只需要网络号,从网络中经过多个网络(网关)最终到达目的网络,用网络号即能判断是否到达目的网络,与主机号无关,主机号用于在目的网络中区分某台主机。
一个基本的地址分配原则:
要为同一网络的所有主机分配相同的网络标识号,同一网络内不同主机必须分配不同的主机标识号(主机号)以区分主机。
不同网络内的每台主机必须有不同的网络标识号。
要使自己的主机加入Internet,为了避免IP地址与其他网络相冲突,必须向InternetNIC(网络信息中心)获得IP地址和域名。
2.IP地址的类别
因特网标准定义了五种类型的IP地址。
三种基本种类是A类、B类和C类。
如表1-1所示:
种类
IP地址
网络ID
主机ID
A
W
X.Y.Z
B
W.X
Y.Z
C
W.X.Y
Z
表1-1IP地址的八位组
图1-1显示了根据地址种类划分网络ID和主机ID的情况。
A类网络地址为主机ID分配了24位,为网络设备提供了更多可用的主机ID;B类网络地址提供的网络ID数与每个网络ID的主机ID数目是一样的,使管理员能够配置大量的网络,但每个网络允许拥有较少的主机数;C类网络地址提供的网络ID较多,但允许每个网络ID拥有的主机数目很少。
(1)A类地址:
一个字节的网络地址,最高位为0,允许有126个网络,每个网络中用3个字节表示主机地址,能够容纳多达16777214个主机ID。
其格式如表1-2所示。
A类地址适合大型网络。
网络ID
主机ID
0
08162432
表1-2A类地址格式
(2)B类地址:
两个字节网络地址,最高两位为10,接下来的14位为网络地址,允许16384个网络,每个网络允许65534台主机,其格式如表1-3所示。
B类地址适合于中型网络。
网络ID
主机ID
1
0
08162432
表1-3B类地址格式
(3)C类地址:
最高3位为110,接下来的21位为网络地址,允许有2097152个网络,每个网络主机数为254,其格式如表1-4所示。
C类地址适合小型网络。
网络ID
主机ID
1
1
0
08162432
表1-4C类地址格式
(4)D类地址:
多地址,实现一点对多点的传送,常用于X.25、帧中继(FR)和ATM等使用点对点协议的网络。
这类地址不支持全网广播,需要配置D类地址实现一点对多点的传送。
D类地址的前4位表1-5所示。
多播地址
1
1
1
0
08162432
表1-5D类地址格式
(5)E类地址:
用于将来扩展,同时也用于实验目的。
它们不能分配给主机。
E类地址前五位为11110。
其格式如表1-6所示。
1
1
1
1
0
08162432
表1-6E类地址格式
(6)赋予主机IP地址:
表1-7总结了A类、B类、C类网络编址。
如表所示,一个IP地址的种类可以从最高三位来判断,用两位就足以区分三个主要类型(A类、B类、C类)。
定义网络ID位
网络ID范围
可定义网络的数目
用于主机ID的范围
互联网上定义的主机数目
A类
7
1~126
126
24
16777214
B类
14
128~191
16384
16
65534
C类
21
192~233
2097152
8
254
表1-7因特网地址的类型
起始范围
终止范围
A类
B类
C类
表1-8主机ID的有效范围
(7)私有地址:
IP地址按用途分为私有地址和公有地址两种。
所谓私有地址就是在A、B、C三类IP地址中保留下来为组织机构内部分配地址时所使用的IP地址。
私有地址主要用于在局域网中进行分配,在Internet上是无效的。
这样可以很好的隔离局域网和Internet。
私有地址在公网上是不能被识别的,必须通过NAT将内部IP地址转换成公网上可用的IP地址,从而实现内部IP地址与外部公网的通信。
公有地址是在广域网上使用的地址,但在局域网中同样也可以使用。
RFC1918定义了3类私有地址段:
私有地址范围
A类
B类
C类
表1-9RFC1918定义的3类私有地址段
3.特殊用途IP地址
(1)网络地址:
主机号全0。
(2)广播地址:
主机号全1,含这类IP地址的IP分组被广播到网络上的每一个节点。
4.子网的划分
出于管理、性能和安全方面的考虑,许多单位把单一的网络划分为多个物理网络,并使用路由器把它们连接起来。
子网划分(Subnetting)技术能够使单个网络地址横跨几个物理网络,如图1-1所示。
互联网中的每个物理网络都被称为子网。
图1-1大型网络可被分成多个子网来创建一个互联网络
互联网络(internetwork)这个词通常简化为互联网(internet),指由路由器连接的一个或多个网络,它通常是指单位的内部网络。
而因特网(Internet,I为大写)这个词,则指连接着世界上数百万台计算机的网络。
进行子网划分的原因有很多。
其中一个原因是A类网或B类网的地址空间太大,以至于单一的未使用路由的网络中无法使用全部地址。
为了有效地使用地址空间,有必要把可用的地址分配给更多较小的网络。
随着网络的增长,容纳了更多的主机,因而网络通信变得更为繁忙。
就像高峰期的快车道,由于交通过于繁忙而出现堵塞。
繁忙的网络通信信号导致冲突、丢失数据包以及重传,因而降低了主机之间的通信效率。
路由器像一堵墙把子网隔离开来,这样本地通信就不会转发的其他子网,同一子网中主机之间的广播和通信,只能在它们所属的子网中进行。
图1-2路由器作为子网之间的桥,降低广播通信量
对于需要相互通信的不同子网上的主机,可以配置路由器筛选通信,以使需要传送到其他子网上的信息被转发,如图1-3所示。
图1-3路由器使要发送到远程子网主机上的信息被转发
出于安全的考虑,单位也可以创建隔离网络的子网。
一个部门也许会把信息放在存有敏感信息的网络服务器上,可以配置子网,以阻止来自互联网内部其他子网的通信,如图1-4所示。
图1-4出于安全原因可以隔离子网
1)子网编址
理解子网编址最容易的方法是,假设一个网站,其用于分配给它的单个IP网络地址,但这个网站包含两个以上的物理网络,每个物理网络使用可用主机ID的一部分。
当一个网络被正确划分为子网时,只有路由器知道有多个物理网络存在,并且知道如何路由它们之间的通信。
(1)划分IP地址。
IP地址的主机部分则由管理员进一步划分,以标识主机所在的某个子网,如图1-5所示。
这就产生了一个层次型的编址方案,它支持互联网中子网间的路由,而且在更高一层,它支持互联网与因特网之间的路由。
在互联网中,三部分分为网络ID(NetworkID)、子网ID(SubnetID)及主机ID(HostID)。
网络ID
主机ID
网络ID
子网ID
主机ID
图1-5IP地址可以进一步划分,以支持子网的划分
把IP地址的主机部分划成两部分,就能够建立另外的子网地址。
然后,使用IP地址的一部分把子网标识为互联网中唯一的网络。
这就是子网划分。
网络管理员必须通过给子网中的每台主机指定子网掩码,来确定如何来进行这种划分。
子网中的所有主机必须配置相同的子网掩码。
子网编址涉及IP地址的认真管理以及正确地定义子网掩码。
如何划分主机地址(为子网部分保留的位数),取决于具体需要。
如图1-6所示,为子网部分保留的位数越多,可分配的主机的位数就越少,这就意味着在一个子网中可容纳的主机就越少。
需要较少的子网且拥有大量主机的网站,应定义使用较少位数划分子网的子网掩码;而需要较多子网且拥有主机较少的网站,应定义使用较多位数划分子网的子网掩码。
B类地址
网络ID
子网ID
1~254
主机ID
1~254
1
0
08162432
图1-6可以指定用于子网划分的位数
(2)子网掩码。
子网掩码是一个32位的二进制数,它告诉TCP/IP主机,IP地址的那些位对应于网络地址,哪些位对应于主机地址。
TCP/IP协议使用子网掩码判断目标主机地址是位于本网段,还是位于远程子网。
屏蔽(Masking)网络地址即可以实现以上判断,屏蔽只是简单地指定网络ID和主机ID的分界点。
子网掩码中对应于网络地址的所有位都被设为1,而对应于主机地址的所有位都被设为0。
如:
TCP/IP比较子网掩码和IP地址时,所进行的运算是“逻辑位与(LogicalBitwiseAND)”。
下面的例子说明了这种运算是如何进行的。
假定一台主机的配置如下(使用二进制数来说明其内部工作原理):
例1172251651
IP地址
10101100
00011001
00010000
00110011
子网掩码
11111111
11111111
00000000
00000000
网络ID
10101100
00011001
主机ID
00010000
00110011
请注意,子网掩码是如何在第三个八位组之前划分IP地址的。
把子网掩码的前面两个八位组的位全部设为1,即可以做到这一点。
这个子网掩码导致IP按如下方式理解IP地址:
网络ID172.25
主机ID16.51
例2172251651
IP地址
10101100
00011001
00010000
00110011
子网掩码
11111111
11111111
11111111
00000000
网络ID
10101100
00011001
00010000
主机ID
00110011
“看到”的IP地址是不同的。
子网掩码导致IP协议按下列方式解释IP地址:
主机ID51
下述例子没有在八位组边界上准确地划分子网:
例3172251651
IP地址
10101100
00011001
00010000
00110011
子网掩码
11111111
11111111
11100000
00000000
网络ID
10101100
00011001
000
主机ID
10000
00110011
在此例中,第三个八位组被细分,前三位属于网络ID,而剩下的位属于主机ID。
如下所示,按八位组划分的IP地址看起来与以前的例子完全相同,然而,主机上运行的IP软件限制了可以在单个物理网络中痛心的地址范围。
网络ID172.25.0
主机ID16.51
在这个例子中,分配三位用于子网编址,使得网络管理员可以用下面的网络ID配置6个子网:
101011000001100110000000)
172.25.160(101011000001100110100000)
每个子网有13位可用于主机编址。
(3)子网划分规则。
RFC950是定义子网编址的规范,其中有两条规则适用于网络ID的子网部分:
由于按照惯例,全为0的网络ID代表“本网络”,所以网络ID的子网部分则不能全为0,因为那就表示“本子网”。
由于全为1的网络ID是一个广播地址,所以网络ID的子网部分不能全为1,因为全为1的地址用于向子网广播。
这些规则限制了能创建的子网种类。
在上面的例子中,请注意以下的两个子网从可用子网中忽略了:
172.25.0(101011000001100100000000)子网部分全为0
5.子网划分实例讲解
需要进行子网规划一般两种情况:
一、给定一个网络,整网络地址可知,需要将其划分为若干个小的子网。
二、全新网络,自由设计,需要自己指定整网络地址。
后者多了一个根据主机数目确定主网络地址的过程,其他都一样。
我们先来讨论第一种情况:
分析:
要划分为4个子网必须要向最后的八位主机号借位,那借几位呢?
我们来看要求:
4个机房,每个机房25台机器,那就是需要4个子网,每个子网下面最少25台主机。
考虑到扩展性,一般机房能够容纳的机器数量是固定的,建设好之后向机房增加机器的情况很少,增加新机房(新子网)情况较多。
注明:
当然对于我们这题,考虑主机和子网最后的结果都是相同的,但如果要组建较大规模网络的时候,这点要特别注意)
我们依据子网内最大主机数来确定借几位。
使用公式
-2>=最大主机数
-2>=25
-2>=25
所以主机位数n为:
5
相对应的子网需要借3位
确定了子网部分,后面的就简单了,前面的网络部分不变看最后的这八位。
得到6个可用的子网地址:
全部转换成点分十进制表示
这就得出了所有子网的网络地址,那个子网的主机地址呢?
注意:
在一个网络中主机地址全为0的IP是网络地址,全为1的是网络广播地址,不可用。
所以我们的子网地址和子网主机地址如下:
接下来我们再来讨论第二种情况:
这当然可以,但那就会浪费太多的地址了,在局域网中当然可由你随便设置,但在广域网里可没有那么多的地址给你分配,所以从开始就应该养成好的习惯。
那如何选择呢?
和划分子网的时候一样,通过公式计算(
-2),我们知道划分子网越多浪费的地址就越多。
还记得上面我们每个子网内都有两个IP不能用吗?
(主机位全为0或全为1)
每次划分子网一般都有两个子网的地址要浪费掉(子网部分全为0或全为1)
所以,我们需要建设一个拥有4个子网,每个子网有25台主机的网络,那我们一共需要(4+2)X(25+2)个IP数的网络来划分。
(4+2)X(25+2)=162
一个C类网络可以拥有254的主机地址,所以我们选择C类地址来作为整个网络的网络号。
如果我们现在有6个机房,每个机房有50台主机呢?
(6+2)x(50+2)=416
显然我们就要用到B类地址的网络了。
后面划分子网的步骤和上面一样,这里就不多说了。
6.如何快速计算网络号
例:
某台主机的IP地址是201.222.5.121
子网掩码248
试给出:
该主机所在网络的网络号;
该子网的广播号;
该子网的IP范围。
(要求用十进制运算)
计算:
256-248=8-2=6(得到该子网一共6个IP)
121÷8=15余1
121-1=120(得到该主机
7.IP的未来
因特网界所面临的最大问题之一,应当是未分配的IP地址资源急剧下降。
在解决这个问题的努力中,因特网工程组(InternetEngineeringTaskForce,IETF)已经组成一个名为IP4.0版地址的评估(IPVersion4AddressLifetimeEstimation,IPV4-ALE)的工作组,以确定IPV4能够持续使用多长时间。
IETF同时也正在开发IP6.0(IPVersion6,IPV6),也就是下一代(IPNextGeneration,IPng),以取代目前的IPV4。
IPng有望解决目前网络编址的许多问题,包括把目前的IPV4地址从4个字节(32位)增长到16个字节(128位)。
但是,由于更换现有主机和路由器软件所造成的费用太大,所以,很可能还要过一代时间才能广泛应用IPV6。
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