第2章IP寻址的规划和VLSM的子网划分.ppt

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1、第2章IPIP寻址的规划和寻址的规划和VLSMVLSM的子网划分的子网划分 2.1IP2.1IP地址类地址类按照原来的定义，IP寻址标准并没有提供地址类，这些是后来加入的，以便于管理。地址类的实现将地址空间分解为数量有限的特大型网络（A类），数量较多的中等网络（B类）和数量非常多的小型网络（C类）。另外，还定义了特殊的地址类，包括D类（用于多点传送）和E类，这通常指试验或研究类。尽管存在和这里说明的规则冲突的情况，本章的重点是分类的IP寻址。IP地址的结构 P地址的32位结构是由网络地址和主机地址组成的。分配给这些部分的位数随着地址类的不同而不同。IP寻址中的策略大体和街道地址概念是类似的。可

2、以将一所房子定义为121MaiNSt.,类似地，一个IP地址包括网络地址（MaiNSt.），以及主机地址（数121）。我们的房子地址使得邮件有可能送达，一个IP地址使得可能将来自源的数据通过路由而传送到目的地。图2.1说明了使用网络和主机地址的网络地址的组织。IP地址的结构网络和主机地址 显示路由器接口地址的网络之间的路由器 特殊情况：回路、广播和网络地址 IP地址空间中的某些地址已经为特殊目的而保留，而且通常并不允许作为主机地址。这些保留地址的规则如下：IP地址的网络地址部分不能设置为“全部为1”或“全部为0”。IP地址的子网部分不能设置为“全部为1”或“全部为0”。IP地址的主机地址部分不

3、能设置为“全部为1”或“全部为0”。网络127.X.X.X为网络回环测试地址。1.1.网络地址网络地址当IP地址中的主机地址中的所有位都设置为0时，它指示为一个网络，而不是哪个网络上的特定主机。这些类型的条目通常可以在路由选择表中找到，因为路由器控制网络之间的通信量，而不是单个主机之间的通信量。在一个子网网络中，将主机位设置为0将代表特定的子网。同样，为这个子网分配的所有位不能全为0，因为这将会代表上一级网络的网络地址。最后，网络位不能全部都是0，因为0是一个不合法的网络地址，而且用于代表“未知网络或地址”。2.2.回路地址回路地址网络地址127.X.X.X已经分配给当地回路地址。这个地址的目

4、的是提供对本地主机的网络配置的测试。使用这个地址提供了对协议堆栈的内部回路测试，这和使用主机的实际IP地址不同，它需要网络连接。3.3.本地广播本地广播当IP地址中的所有位都设置为1时，产生的地址255.255.255.255，用于向本地网络中的所有主机发送广播消息。在网络层的这个配置由相应的硬件地址进行镜像，这个硬件地址也全部为1。一般地，这个硬件地址会是FFFFFFFFFFFF。通常路由器并不传递这些类型的广播，除非特殊的配置命令它们这样。4.4.面向所有主机的广播面向所有主机的广播如果将IP地址中的所有主机位设置为1，则这将解释为面向那个网络中的所有主机的广播。这也称为直接广播，可以通过

5、路由器进行（如果配置它这样）。这样的面向所有主机广播地址例子如132.100.255.255或200.200.150.255。5.5.面向所有子网的广播面向所有子网的广播直接广播的另一种类型是将所有的子网地址位设置为1。在这种情况下，广播将传播到网络内的所有子网。面向所有子网的广播很少在路由器中实现。2.1.3 2.1.3 识别地址类识别地址类IP地址的类可以通过查看地址中的前8位位组（最重要的）而确定。和最高位相关的位数式决定了地址类。位格式也定义了和每个地址类相关的8位位组的十进制的范围。1.A1.A类类A类地址，8位分配给网络地址，24位分配给主机地址。如果第1个8位位组中的最高位是0，

6、则地址是A类地址。这对应于0127的可能的八位位组。在这些地址中，0和127具有保留功能，所以实际的范围是1126。A类中仅仅有126个网络可以使用。因为仅仅为网络地址保留了8位，第1位必须是0。然而，主机数字可以有24位，所以每个网络可以有16,777,213个主机。2.B2.B类类B类地址中，为网络地址分配了16位，为主机地址分配了16位，一个B类地址可以用第1个8位位组的头两位为10来识别。这对应的值从128191。既然头两位已经预先定义，则实际上为网络地址留下了14位，所以可能的组合产生了16,383个网络，而每个网络包含65535个主机。3.C3.C类类C类为网络地址分了24位，为主

7、机地址留下了8位。C类地址的前8位位组的头3位为110，这对应的十进制数从192 223。在C类地址中，仅仅最后的8位位组用于主机地址，这限制了每个网络最多仅仅能有254个主机。既然网络编号有21位可以使用（3位已经预先设置为110），则共有2097151个可能的网络。4.D4.D类类D类地址以1110开始。这代表的八位位组从224 239。这些地址并不用于标准的IP地址。相反，D类地址指一组主机，它们作为多点传送小组的成员而注册。多点传送小组和电子邮件分配列表类似。正如你可以使用分配列表名单来将一个消息发布给一些人一样，你可以通过多点传送地址将数据发送给一些主机。多点传送需要特殊的路由配置；

8、在默认情况下，它不会转发。5.E5.E类类如果第1个8位位组的前4位都设置为1111，则地址是一个E类地址。这些地址的范围为240 254。这类地址并不用于传统的IP地址。这个地址类有时候指实验室或研究类。我们的大部分讨论内容的重点是A类、B类和C类，因为它们是用于常规IP寻址的类。表2-1总结了地址类的特点。表2-1 IP地址范围、类和位格式地址类第1个8位位组的格式地址范围A类0 xxxxxxx1126B类10 xxxxxx128191C类110 xxxxx192223D类1110 xxxx224239E类1111xxxx2402542.1.4 2.1.4 子网掩码的重要性子网掩码的重要性

9、IP地址在没有相关的子网掩码的情况下是不能存在的。子网掩码定义了构成IP地址的32位中的多少位用于定义网络，或者网络及其相关子网。子网掩码中的二进制位构成了一个过滤器，它仅仅通过应该解释为网络地址的IP地址的那一部分。完成这个任务的过程称为按位求与。按位求与是一个逻辑运算，它对地址中的每一位和相应的掩码位进行。从表2-2中所示的例子，我们可以看出，带有子网掩码255.255.0.0的IP地址189.200.191.239，被解释为189.200.0.0网络上的主机地址，它在网络上的主机地址为191.239。为帮助你了解位和点分十进制表示法之间的关系，表以二进制和十进制格式说明了地址和掩码。完成

10、这种转换的一种快速方法是使用科学模式的WindowS计算器。它将在二进制和十进制格式之间进行转换。表2-2 子网掩码如何决定网络地址 十进制8位位组十进制8位位组十进制8位位组十进制8位位组IP地址18910111101200110010001911011111123911101111逻辑与ANDANDANDAND子网掩码2551111111125511111111000000000000000000结果10111101110010000000000000000000网络地址1891011110120011001000000000000000000000表2-3默认子网掩码、最大的网络和主机地

11、址类默认子网掩码网络位数网络主机位数主机A255.0.0.081262416 777 206B255.255.0.01616 3831665 533C255.255.255.0242 097 15182542.1.5 2.1.5 二进制和十进制互相转换二进制和十进制互相转换为了管理IP地址，有必要非常熟悉二进制和十进制相互转换的过程。和在十进制数中一位表示它的值是10的幂一样，二进制中的1位表示它的值是2的幂，如表2-4所示。换句话说，从左向右，随着位的移动，每一位依次乘以2。这个表仅仅表示了8位（一个8位位组）。为扩展这个表，我们只需在左边加入位，每个新位的值是前一个位的2倍。1.十进制到二

12、进制的转换 为将十进制数转换到二进制数，第一步是找到最高的二进制位。最高的位意味着具有最大的十进制值的位置。这个位的十进制值将从数字中减去，然后就确定剩下的最高位。这个过程不断重复，直至剩下的数为0。所有中间的位设置为0。2.2.二进制到十进制的转换二进制到十进制的转换为从二进制转换到十进制，以表示IP地址或子网掩码，只需将二进制表示的每一位和十进制建立联系，然后将这些十进制相加。2.22.2子网划分和子网掩码子网划分和子网掩码到现在为止，我们已经讨论了IP地址的结构，其中包含网络地址和主机地址。IP地址中保留给网络地址的那部分由网络掩码说明。我们也讨论了，对于每种类的地址，在子网掩码中有一个

13、默认的位数。没有用于网络地址的所有其他位都可以用于说明网络上的特定主机。现在我们将讨论如何通过借用主机地址位，用它们来表示网络的一部分，而进一步将网络分解为子网。2.2.1 2.2.1 子网划分的目的子网划分的目的在一个网络上，通信量和主机的数量成比例，而且和每个主机产生的通信量的和成比例。随着网络的规模越来越大，这种通信量可能达到这样的一种地步，即超出了介质的能力，而且网络性能开始下降。在一个广域网中，减少广域网上不必要的通信量也是一个主要的话题。在研究这样的问题的过程中会发现，一组主机倾向于互相通信，而且和这个组外的通信非常少。这些分组可以按照一般的网络资源的用途来说明，或者按照几何距离来

14、划分，它使局域网之间的低速广域网连接成为必要。通过使用子网，我们可以将网络分段，因而隔离各个组之间的通信量。为在这些网段之间通信，必须提供一种方法以从一个段向另一个段传递通信量。这个问题的一个解决方法是用网桥来隔离这些网段。网桥将学习在它的每一边所驻留的地址，方法是查看MAC地址，然后仅仅转发需要通过网段的数据包。这是一个快速和相对廉价的解决方法，但是缺乏灵活性。例如，如果网桥发现它可以从任何一边而达到给定的地址，则网桥会感到迷惑。这使得一般不可能用网桥建立多余的路径。网桥也传送广播。一个更加坚固的解决方法是使用路由器，它指挥网络之间的通信量，方法是使用建立网络目的地和路由器的特定端口之间的联

15、系的表格。每个这样的端口都连接到源网络目的网络或一些中间网络上，这些中间网络可以通向最终的目的网络。通过使用路由器，我们可以为数据定义多个路径，这增强了网络的故障耐受能力和性能。在路由网络中进行寻址的方法可能仅仅给每个网段一个不同的网络地址。这在隔离的网络中可以使用，但是如果网络连接到外部世界，则这种结果并不是我们所期望的。为连接到INTERNEt上，必须有一个唯一的网络地址，它必须由规则代理机构指定。这些网络地址的需求量非常大，但是通常很少提供。如果没有通过一个网络地址而具有一个公共的入口点，我们也增加了从公共网络到内部网络的路由数据的复杂性。为得到单个网络的经济性和简单性，同时也要提供内部

16、段和路由我们的网络的能力，我们使用子网。从外部路由器的角度来看，我们的网络会作为单个的整体出现。然而，在内部，我们仍然通过子网而提供网段，而且用内部路由器来指挥和隔离子网之间的通信量。下面的章节将讨论子网掩码在定义子网中的角色。2.2.2 2.2.2 在默认子网掩码中加入位在默认子网掩码中加入位我们已经了解，一个IP地址必须在它的子网掩码的环境中解释。子网掩码定义了地址的网络地址部分。每类地址具有默认的掩码，对于A类为8位，对于B类为16位，对于C类为24位。如果我们希望在一个网络中建立子网，我们在这个默认的子网掩码中加入一些位，它减少了用于主机地址的位数。我们加入到掩码中的位数决定了我们可以

17、配置的子网。因而，在一个划分了子网的网络中，每个地址包含一个网络地址、一个子网端口和一个主机地址。子网位来自主机地址的最高的相邻的位，并从一个8位位组边界开始，因为默认掩码总是在8位位组边界处结束。随着我们加入子网位，我们从左到右计数，并用和它们的位位置相关的值，将它们转换为十进制。从每个加入的子网位中得到的子网的数量总结在表2-7中。注意，可以使用的子网位的最少数目为2，因为我们不能在子网ID中使用全1或全0。同样，位的最大数目也必须为主机地址留下至少2位，其原因是对全0和全1的类似的限制。2.32.3子网规划子网规划子网规划的过程涉及到分析网络上的通信量形式，以确定哪些主机应该分在同一个子

18、网中。我们也需要了解我们需要的子网的整体数目，通常考虑发展的因素，而留下一个空间。我们也需要考虑我们正在处理的网络的地址类和我们预料的在每个子网中必须支持的主机的总数。2.3.1 2.3.1 选择子网掩码选择子网掩码在选择子网过程中，主要的考虑就是我们需要支持多少个子网。当然，这个挑战是平衡每个子网所具有的最大的主机数量和子网的数量。每个网络、子网和地址的主机部分仅仅可以使用32位。如果我们选择了一个子网掩码，它提供的子网多于我们所需要的，则这将减少我们可以支持的潜在的主机数量。在选择掩码时的其他的考虑就是记住对全部为0或全部为1的子网值的限制。这通常会引起类似31个子网这样的问题。虽然这少于

19、我们用5个子网时可以得到的32个组合，它将代表不符合规定的位组合，因为它们全部都是1。因而，我们必须使用6位，这会产生62个可用的子网。为帮助你在子网数目的基础上选择合适的子网掩码，请参看表2-7。表2-7 子网位、掩码格式和提供的子网数目加入到默认掩码中的位数十进制子网数112802192232246424014524830625262725412682552549255.12851010255.1921 02211255.2242 04612255.2404 09413255.2488 19014255.25216 38215255.25432 76616255.25565 5342.3.

20、2 2.3.2 主机数目的影响主机数目的影响记住，我们用于子网的位数要从指定给主机地址的位数中减去。每个二进制位代表2的幂，所以我们所用掉的每位将使每个子网的潜在主机数目减半。因为地址类定义了主机位数的最大数目，每个地址类都受到了子网的不同影响。因而，如果给定了一个网络规划，它具有一定数量的子网，每个子网期望支持一定数目的主机和一定的地址类，则我们可能发现，我们不得不用较少的子网，支持较少的主机，或选择不同的地址类来满足我们的需要。对于每类，子网对主机数目的影响总结在表2-8中。表2-8 每个子网的主机数量，取决于掩码和地址类别子网位数A类主机B类主机C类主机016 777 21265 531

21、25424 194 30316 3826232 097 1478 1903041 048 5744 094145524 2862 04666262 1421 02227131 070510N/A865 533254N/A2.3.3 2.3.3 确定每个子网的地址范围确定每个子网的地址范围一旦我们确定了合适的子网掩码，下一个挑战就是确定每个子网的地址和每个子网上主机地址的允许范围。每个子网的地址可以通过查看子网掩码的最低位而确定。这个位的值是第一个可用的子网。因为我们没有子网ID，它的位全部为0（这个子网地址已经保留了），设置所有的位，但是将第一位设置为0将产生最小的子网ID。子网ID之间的间隔

22、范围也等于最低的子网位的值。这涉及到位所关联的2的幂。如果最低的位是16，则下一个值是32。每次当我们增加位时，子网的值会随其最低位的改变而改变。这将持续到所有的子网值都为1，这个值是无法使用的，因为它是一个广播地址。在表2-9中，假设了一个带有子网掩码255.255.224.0的网络地址135.120.0.0。表2-10总结了确定子网地址值的过程和子网之间的间隔。表2-9 确定子网地址子网位形式子网值子网地址注释0000135.120.0.0不能使用00132135.120.32.001064135.120.64.001196135.120.96.0100128135.120.128.010

23、1160135.120.160.0110192135.120.192.0111224135.120.224.0不能使用表2-10 确定给定掩码的有效的子网地址子网位第一个子网子网之间间隔子网数目26464233232641616145883064462722126811254一旦我们确定了每个子网的地址，我们就可以确定每个子网内允许的主机地址范围。下面的例子说明了确定地址范围的原则。1）第一个可以使用的主机地址比子网ID高1位。换句话说，如果子网是120.100.16.0，则第一个主机地址是120.100.16.1。2）假设我们为子网使用4位，则下一个较高的子网地址是120.100.32.0。

24、如果我们从这个地址中减去一位，我们将得到较低的子网的广播地址。这就是地址120.100.31.255。3）最大的可用主机地址是比广播地址少1的地址，或者120.100.31.254。这些原则总结在表2-11中。表2-11 确定子网的地址范围功能例子确定的原则第一个子网地址120.100.16.0Net.Work.Subnet.0第一个主机地址120.100.16.1Net.Work.Subnet.0最后一个主机地址120.100.31.254下一个子网地址-2子网广播地址120.100.31.255下一个子网地址-1下一个子网地址120.100.32.0Net.Work.Subnet+Inte

25、rval.02.42.4复杂子网复杂子网我们将对子网的讨论限制在使用分类的IP地址的简单例子中。本节将介绍一些更加复杂的子网问题和练习。我们从考虑穿越8位位组边界的子网掩码开始，因为这经常是产生混淆的地方。我们也考虑长度可变的子网掩码（VLSM），以作为在子网掩码的使用过程中得到更大的灵活性的手段。最后，我们将考虑一个例子，称为超网，它可以作为建立子网的逆过程，因为我们从默认的子网掩码中删除位，而不是加入位。2.4.1 2.4.1 子网位穿越子网位穿越8 8位位组边界位位组边界无无论论何何时时，我我们们在在子子网网中中使使用用的的位位数数多多于于8 8位位，就就面面临临超超越越8 8位位位位组

26、组编编辑辑的的问问题题。处处理理这这些些子子网网掩掩码码的的一一个个挑挑战战就就是是遵遵守守关关于于全全1 1和和全全0 0的的限限制制。为为做做到到这这一一点点，我我们们不不得得不不将将3232位位地地址址中中的的子子网网位位看看作作是是独独立立的的位位的的集集合合，而而且且同同时时要要记记住住它它们们的的位位的的位位置置，以以及及相相关关的的值值。当当子子网网掩掩码码穿穿越越8 8位位位位组组边边界界时时，最最高高的的8 8位位，它它消消耗耗一一个个完完整整的的8 8位位位位组组，将将在在子子网网之之间间具具有有1 1的的间间隔隔。这这意意味味着着0 0 255255之之间间的的任任何何组

27、组合合都都符符合合这这个个8 8位位位位组组，只只要要在在较较低低的的8 8位位位位组组加加入入的的子子网网位位不不全全是是1 1或或全全是是0 0就就可可以以。同同时时，低低8 8位位位位组组中中的的位位将将按按照照低低8 8位位位位组组中中的的最最低低的的有有效效位位而而增增加加它它的的值值。为为了了解解这这是是如如何何进进行行的的，参参见见表表2-122-12，它它给给出出了了一一个个使使用用1010位位子子网网位位（掩掩码码255.255.192.0255.255.192.0）和和A A类类网网络络（2.0.0.02.0.0.0）相相关的子网关的子网IDID的例子。的例子。表2-12 使用10位子网位的子网ID例子子网ID子网位值注释2.0.64.00000 0000 01第一个子网ID2.0.128.00000 0000 10下一个子网2.0.192.00000 0000 11低8位位组全为02.1.0.00000 0001 00 低8位位组全为12.255.0.01111 1111 00 高8位位组全为12.255.128.01111 1111 10最后的合法的子网