IP地址管理与子网划分完整版第1章地址管理和子网划分基础.docx
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第1章地址管理和子网划分基础
本章内容:
•IP地址基础。
•子网划分的目的。
•基本的固定长度掩码。
1.1IP地址基础
IPv4的地址管理主要用于给一个物理设备分配一个逻辑地址。
听起来很复杂,但实际上很
简单。
一个以太网上的两个设备之所以能够交换信息就是因为在物理以太网上,每个设备都有
一块网卡,并拥有唯一的以太网地址。
如果设备A向设备B传送信息,设备A需要知道设备B的
以太网地址。
像Microsoft的NetBIOS协议,它要求每个设备广播它的地址,这样其他设备才能
知道它的存在。
IP协议使用的这个过程叫做地址解析协议。
不论是哪种情况,地址应为硬件地
址,并且在本地物理网上。
IT专业人员参考RFC
在本章,你将会看到一个术语—RFC。
RFC(RequestForComment:
请求评注)文档是由
Internet团体建立的一个文档。
使用它来定义控制Internet和相关协议的正常工作的过程、步骤、
标准。
例如,RFC791的标题为“Internet协议”。
这个标准定义了IP协议的特征、功能和过程。
RFC文档是免费的,任何RFC的文本文件都可以从Internet上下载,其地址为:
URL:
//www.isi.edu/in-notes
作为IT专业人员,你也许会问:
“为什么要知道这些内容?
”因为RFC文档是Internet的官
方文档,你可通过阅读与问题相关的RFC文档来获得满意的答案。
如果一个在以太网上的设备B向令牌环网上的设备C发送信息,会发生什么情况呢?
由于它
们在不同的物理网络上,所以不能够直接通信。
为了解决设备A和设备B的地址问题,我们使
用一个更高层的协议,如IPv4。
它允许给一个物理设备分配一个逻辑地址。
不论使用哪种通信
方法,都可以通过一个唯一的逻辑地址来识别这个设备。
在实际通信中,逻辑地址最终还要转
换成物理地址。
1.1.1地址的分类
IPv4的设计者目前面临着一个地址管理困境。
在Internet发展早期,网络很小,但互连设备
却很多,问题是未来的发展。
在20世纪70年代初期,建立Internet的工程师们并未意识到计算
机和通信在未来的迅猛发展。
局域网和个人电脑的发明对未来的网络产生了巨大的冲击。
开发
者们依据他们当时的环境,并根据那时对网络的理解建立了逻辑地址分配策略。
他们知道要有一个逻辑地址管理策略,并认为32位的地址已足够使用。
从当时的情况来看,
32位的地址空间确实足够大,能够提供232或4294967296个独立的地址。
针对网络的大小不同,
为有效地管理,地址以分组方式来分配。
有的分组较大,有的分组中等,而有的分组较小。
这
种管理上的分组也叫地址类。
IT专业人员参考地址管理
RFC791第7页:
“名字、地址和路由这些概念有很大的不同。
一个名字说明要找的东西;一个地址说明它
在哪里;一个路由说明如何到达那里。
网际协议主要解决地址问题。
高层(例如,主机到主机
问题或应用问题)协议负责名字到地址的映射。
网际模块负责网际地址到局域网地址的映射。
底层(例如,本地网或网关)程序的任务是负责本地网地址到路由上的映射。
地址是由固定长
度的4个八位字节组成(32位)。
地址的开始部分是网络号,随后是本地地址(也叫做“剩余”
字段)。
网际地址有三种格式或类别:
A类地址,最高位是0,随后的7位是网络地址,最后24
位是本地地址;B类地址,最高两位分别是1和0,随后的14位是网络地址,最后16位是本地地
址;C类地址,最高的三位是110,随后的21位是网络地址,最后8位是本地地址。
”
IPv4使用点分十进制数来描述地址。
例如,用二进制描述的32位地址如下:
01111110100010000000000100101111
为了容易阅读,将32位地址进行分组(8位为一组):
01111110100010000000000100101111
最后,将每个8位数据转换成十进制,并用小数点隔开。
IPv4点分十进制描述的地址如下:
126.136.1.47
与记忆二进制位串(如01111110100010000000000100101111)相比,
记忆IP地址126.136.1.47更加容易。
1.什么是网络
当谈到IP地址管理时,很重要的一点就是要理解“网络”这个词的含义。
一个网络就是一
组由通信介质连接的、多台计算设备的集合。
网络的范围可小到一个财务部门的工作组,也可
扩大到一个大公司的所有计算机,如通用公司的网络。
从地址管理的角度来看,在一个网络上
的所有计算机都应由同一个组织来管理。
如果向一台计算机发送信息,就应该通过IP地址来识
别这台计算机,并且要知道IP地址已被分配到这个公司。
通过定位网络号,IP网络就能够定位
公司中的计算资源。
网络是由网络号来标识的。
网络号实际上就是IP地址,可用它来识别一个组织内部的所有IP资源。
像在图1-1中所看到
的那样,网络很大,就需要大量的地址。
网络很小,所需要的地址量就相对较少。
有的网络甚
至只需要几个网络号。
IPv4的地址空间设计也考虑了这方面的因素。
2IP地址管理与子网划分
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图1-1网络和Internet
2.A类地址
最大的地址组是A类地址组。
可通过32位地址中的唯一的一位,即最高位来识别A类网络
地址。
0nnnnnnnllllllllllllllllllllllll
在这个分组中,你可以看到用一个32位数表示一个A类地址。
A类地址的前8位代表网络号,
剩余的24位可由管理网络地址的管理用户来修改,这24位地址代表在“本地”主机上的地址。
在上面的地址表示中,多个n代表地址中的网络号位;多个l代表本地可管理的地址部分。
像上
面所看到的那样,A类网络地址的最高位总是0。
由于A类地址的第一位总为0,所以A类地址的网络号从1开始,到127结束。
由于本地可管
理的空间是由24位组成的,所以在A类地址中,本地地址的数量为224或16777216个。
每个得
到A类地址的网络管理员都能够给1千6百多万台主机分配地址。
但要记住,由于A类地址只有
127个,所以只能有127个大网络。
下面是一些A类地址网络号:
10.0.0.0
44.0.0.0
101.0.0.0
127.0.0.0
注意,A类地址的网络号范围是从1.0.0.0(最小地址)开始,到127.0.0.0(最大地
址)结束。
3.B类地址
下一组地址是B类地址。
B类地址也是用32位地址中的唯一的位模式来识别。
第1章地址管理和子网划分基础3
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通用汽车巴比
热狗
微软公司
10nnnnnnnnnnnnnnllllllllllllllll
在这个例子中,用32位数表示B类地址。
B类地址的前16位代表网络号,剩余的16位可由
管理网络地址的用户来修改。
这16位地址代表在“本地”主机上的地址。
B类网络地址是由最
高两位10来标识的。
由于B类地址的前两位为10,所以B类地址的网络号是从128开始,到191结束。
在B类地址
中,第2个点分十进制也是网络号的一部分。
每个B类地址网络在本地所管理的16位地址空间大
小为216或65536。
可管理的B类网络个数为16384个。
下面是一些B类网络号:
137.55.0.0
129.33.0.0
190.254.0.0
150.0.0.0
168.30.0.0
可以看到,这些网络号从128.0.0.0(最小地址)到191.255.0.0(最大地址)。
由于B类地址
的网络号长度为16位,所以头两个点分十进制数表示网络号。
4.C类地址
下一组地址是C类地址。
C类地址也是由32位地址中的唯一的位模式来识别。
110nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn11111111
在这个例子中,可以看到一个32位数表示的C类地址。
C类地址的前24位代表网络号,剩
余的8位可由管理网络地址的用户来修改。
这8位地址代表在“本地”主机上的地址。
B类网络
地址是由最高三位110来标识的。
由于C类地址的前三位为110,所以C类地址的网络号是从192开始,到223结束。
在C类地
址中,第2个和第3个点分十进制数也是网络号的一部分。
每个C类地址网络在本地所管理的8位
地址空间大小为28(或256)。
可以管理的C类网络个数为2097152。
下面是一些C类网络号:
204.238.7.0
192.153.186.0
199.0.44..0
191.0.0.0
222.222.31.0
可以看到,这些网号从192.0.0.0(最小地址)到223.255.255.0(最大地址)。
由于C类地址
的网络号长度为24位,所以前三个点分十进制数表示网络号。
为了便于总结,表1-1列出了三类地址的一些特性。
4IP地址管理与子网划分
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表1-1三类地址特性
类别网络位数主机位数网络总数地址总数
A82412716777216
B16161638465536
C2482097152256
IT专业人员参考将Internet地址映射到本地网络地址
RFC791文档中的第7页:
“要注意Internet地址到本地网络地址的映射问题。
一个物理主机可以使用多个不同的
Internet地址,就好象存在多个不同主机。
一些主机可以有多个物理接口(即多穴)。
这就是说,
一个主机可以有多个与网络相连的物理接口,而每个接口又可以有几个逻辑上的Internet地
址。
”
1.1.2地址分配方法
地址管理的任务之一就是地址分配。
当开始进行地址分配时,必须要了解如何使用网络中
的地址。
有些设备只有一个网络接口,可以给这个网络接口分配一个物理地址;有些设备有多
个网络接口,每个网络接口都需要一个物理地址;有些设备有多个网络接口,而每个网络接口
需要多个地址。
1.每个网络接口有一个地址
一个连接到网络上的设备需要一个或多个网络接口,并且每个接口都需要IP地址。
在网络
中一个用于文字处理的工作站有一个以太网接口(见图1-2),它仅需要一个IP地址。
图1-2每个网络接口一个地址
2.多穴设备
路由器是一个网络设备,用于将一个数据报从一个物理网传送到另一个物理网。
从它的特
性和功能来看,路由器将需要多个网络接口,并且每个网络接口需要一个IP地址。
多于一个网
络接口的设备叫多穴设备,实现过程叫做多穴化。
在图1-3中,某路由器有两个网络接口,这是一个多穴设备。
一个网络接口连接到令牌环
网上,另一个网络接口连接到以太网上。
第1章地址管理和子网划分基础5
下载
以太网
图1-3多穴设备
给设备分配IP地址的过程非常简单(见图1-4)。
当一个新设备连接到网络上时,地址管理
员应该从可能的地址组中选择出一个没有使用的地址。
这个信息不仅要提供给使用设备的用户,
而且还要使用这个信息对设备进行配置。
由于所有设备都在同一个网络上,所以分配给用户的
地址必须来自于同一个地址组。
否则,IP数据传送规则就不能正常工作。
IP数据传送规则将在
以后章节中讨论。
由于操作系统的不同和设备的不同,实际的IP地址配置过程也是不一样的,所以要查阅所
使用系统的文档。
最后,重要的一步就是在地址管理员文档上仔细记录此次地址的分配,以便
这个地址不会再分配给其他设备。
图1-4IP地址配置
6IP地址管理与子网划分
下载
以太网
路由器
令牌环网
3.多网化—每个网络接口有多个地址
有许多设备的网络接口需要多个地址。
请看下面这个例子:
现在为一个小公司开发一个Internet站点。
网络管理员知道,这个站点将来还会扩大,但现
在并不需要一个复杂的网络。
只安装一个服务器用做Web服务器、ftp服务器、mail服务器和公
司的DNS服务器。
以后,随着网络服务的增长,每个功能都将使用一个新服务器。
当给目前的服务器分配IP地址时,管理员要做出选择。
一种方法是服务器一直使用一个地
址。
当要增加一些新的服务器时,再为它们分配新的IP地址;另一种方法是为服务器分配4个
IP地址。
每个IP地址都与未来使用的新服务器的地址相一致。
此时,管理员就已经知道将来要
使用哪些地址,并且可以在DNS上为将来带有正确地址的新设备建立一个条目。
在一个网络接
口上建立多个IP地址的过程叫多网化或二级地址管理。
1.1.3示例
使用IOS配置命令就可以给Cisco路由器上的网络接口分配第二个地址。
下面的例子给出了
如何为一个以太网络接口分配一个主IP地址和两个次IP地址的过程。
interfaceEthernet0
ipaddress183.55.2.77255.255.255.0
ipaddress204.238.7.22255.255.255.0secondary
ipaddress88.127.6.209255.255.255.0secondary
现在,路由器以太网接口0将有三个地址:
183.55.0.0、204.238.7.0和88.0.0.0。
1.2子网划分的目的
当设计IP协议时,那时的网络和计算机与今天的网络和计算机有很大的不同。
随着局域网
(LAN)和个人计算机的出现,计算机网络的结构也发生了很大变化。
过去使用大型计算机在
低速、广域网上进行通信;而现在则使用小型计算机在快速、局域网上进行通信。
为了说明子网划分的必要性,我们首先要看一看如何使用IP来发送数据报。
为了便于理解,
先看一下邮局发送邮件的过程。
如果你想将信息发送到本地家庭中的一个成员,你可首先将内
容写在纸上,然后直接给他或她。
IP网络也是这样做的。
如果要把IP数据报送给在同一个物理
网络上的计算机,那么这两个设备应能够直接通信(见图1-5)。
图1-5没有子网划分的IP网络
第1章地址管理和子网划分基础7
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以太网
在图1-5中,设备200.1.1.98想同200.1.1.3进行通信。
由于它们都在同一个以太网上,
则可直接进行信息交流。
它们同时在同一个IP网络中,所以,通信时不需要任何其他设备的帮
助。
再反过来看一看与此过程相类似的邮局。
某家庭中的一个孩子搬出了家中自己所住的房间,
并进入大学。
为了与这个孩子进行通信,则需要其他人的帮助。
首先写一封信,把它放入信封,
然后再把它邮出。
邮局能够保证信件准确到达接收地址。
计算设备也是按此原则进行工作的。
为了与不在相同物理网中的设备进行通信,计算设备也需要其他设备的帮助,下面是具体的操
作过程:
在图1-6中James想给Sarah发送信息。
尽管它们都能连到同一个IP网络153.88.0.0上,但它
们不在同一个物理网中。
事实上,James的计算机位于LosAngeles,连接到令牌环网上;Sarah
的计算机位于Philadelphia,连接到以太网上。
此时要对这两个网络进行连接。
图1-6不同位置的两个网络
像邮局负责将这封信传送给在大学中学习的孩子一样,路由器将帮助James通过从Los
Angeles到Philadelphia的广域网(见图1-7)将信息传送给Sarah。
在IP实现上,首先将信息从
James传送给路由器,路由器将信息送到其他路由器,至到信息最后到达Sarah所在网上的路由
器。
此时,Sarah网上的路由器将会把信息送给Sarah的计算机上。
路由器能够将一个物理网络上的IP信息送到其他物理网络上。
IP协议怎么能够知道Sarah的
机器与James的机器不在同一个物理网络上的呢?
IP协议是通过使用逻辑地址分配策略来确定
Sarah的机器与James的机器不在同一个物理网络上的。
在这个例子中,地址管理员必须帮助网
络管理员将153.88.0.0网络分成更小的组成部分,并给每个物理网络分配一块地址。
分配给每
个物理网络的块地址通常也叫做一个子网。
8IP地址管理与子网划分
下载
网络
令牌环网以太网
James
在LosAngeles
Sarah
在Philadelphia
图1-7Internet/Intranet连接
在图1-8中,James的计算机在153.88.240.0子网中;Sarah的计算机在153.88.3.0子网中。
当
James要给Sarah发送一个信息时,IP协议能够确定Sarah是在另一个不同的子网中。
这样信息将
被发送到路由器上进行转发。
让我们看一看如何确定子网,以及IP设备如何判定将数据报传送给一个路由器。
图1-8已划分子网的两个位置
第1章地址管理和子网划分基础9
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网络
通信网
路由器路由器
令牌环网以太网
James
在LosAngeles
Sarah
在Philadelphia
网络
广域网
路由器路由器
子网子网
James
在LosAngeles
Sarah
在Philadelphia
IT专业人员参考编码系统十进制和二进制
在学习子网划分前,我们快速看一下编码系统。
我们的编码系统是基于十进制的,共有十
个数字。
工作在二进制系统的计算机只有0或1两个数字。
为了更有效地将这些数据位组合在一
起,开发了一个有16个数字的系统,即十六进制系统。
尽管我们知道十进制中的元素,但并不
一定真正地了解它们。
当你读到一组数据“1245”时,你也许会说,这就是“一千两百四十
五”。
它还有什么含义呢?
作为一个十进制系统,它是根据下面信息来形成的:
基数103102101100
十进制数1000100101
1245
12451000200205
这样,数字1245的实际组成如下:
1000(1千)
200(2百)
40(4十)
5(5个)
1245
二进制的编码方式与此类似,但它的基数为2。
我们经常要将二进制转换成十进制。
在下
面的表格中,你可以看到对二进制编码系统的详细分解以及每个值对应的十进制数。
假设二进
制数为11001011,我们可以使用下面的表格将它转换成十进制:
基数2726252423222120
十进制数1286432168421
11001011
1100101112864008021
二进制数10010101转换成十进制数的过程如下:
128
64
8
2
1
203
1.3基本的固定长度掩码
为了帮助IP设备理解在网络中的子网划分,IP的设计者在RFC950文档中描述了使用子网掩
码的过程。
10IP地址管理与子网划分
下载
IP专业人员参考Internet网络中子网的作用
RFC950文档中的第1页“概述”
这个备忘录描述了Internet网络中子网的作用,从逻辑上来看,它是一个Internet网络中可
见的子集。
由于管理或技术上的原因,许多组织已经将一个Internet网划分成几个子网,而不是
获得一系列Internet网络号。
这个备忘录讲述了使用子网的过程。
这些操作过程是针对主机的
(例如,工作站)。
子网网关内部及网关间的操作过程没有描述。
RFC-940文档讲述了有关子网
划分标准的重要动机和相关的背景信息。
1.3.1掩码的作用
简单地来说,掩码用于说明子网域在一个IP地址中的位置。
这是什么意思呢?
在前面的图
中,153.88.0.0是B类网络地址。
这也就是说它的前16位地址是网络号。
James的机器在
153.88.240.0子网中。
该如何确定这个子网呢?
首先,James是在153.88.0.0网络中。
管理员使用了随后的8位做为子网号。
在前面的例子
中,James处在240子网中。
如果James的IP地址是153.88.240.22,则James既在153.88.0.0网络
中,也在这个网络中的240子网中。
它在子网中的主机地址为22。
在153.88.0.0网络中的所有
设备中,如果第三个8位位组为240,则可认为它们既在相同的物理网络上,也在相同的子网
240中。
子网掩码主要用于说明如何进行子网的划分。
掩码是由32位组成的,很像IP地址。
对于这
三类IP地址来说,有一些自然的或缺省的固定掩码。
A类地址的缺省的或自然的掩码是255.0.0.0。
在这种情况下,掩码说明前8位代表网络号。
A类地址的子网划分也要考虑这8位。
如果给一个设备分配一个A类地址,掩码为255.0.0.0,则
表明这个网络没有子网。
如果给一个设备分配一个A类地址,并且掩码不是255.0.0.0,则此网
络已被划分子网。
设备存在于A类网络中的一个子网中。
没有子网划分:
88.0.0.0255.0.0.0
有子网划分:
125.0.0.0255.255.255.0
在上面的例子中,对125.0.0.0网络进行了子网划分。
由于掩码的值不是缺省的,则我们知
道网络已被划分成几个子网。
剩
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