《本章主要讲述IP地址的分类和结构.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《本章主要讲述IP地址的分类和结构.pdf(13页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、IP 地址的结构和分类 所谓的 IP 地址就是给每个连接在 INTERNET 上的主机分配一个 32bit 地址。按照 TCP/IP 协议规定,IP 地址用二进制表示,每个 IP 地址长 32bit,比特换算成字节,就是 4 个字节。为了方便人们的使用,IP 地址经常被改写成十进制式,中间用符号“,”分开不同的字节。这种表示方法为“点分十进制法”具体格式为 x.x.x.x,每个 x 为 8 位(0255)。IP 地址采用分层结构。IP 地址包括两部分 网络号标识一个逻辑网络 主机号标识网络中一台主机 A 类地址 A 类网络最多有 2 的 7 次方-2=126 个 每个 A 类网络最多有 2 的
2、 24 次方-2=16777214 个主机 B 类地址 B 类网络最多有 2 的 14 次方=16384 个 每个 B 类网络最多有 2 的 16 次方=65536 个主机 C 类地址 最多有 2 的 21 次方=2097152 个 每个 C 类网络最多有 2 的八次方=256 个主机 0 网络地址(7位)主机地址(24位)A类地址1816243210网络地址(14位)主机地址(16位)B类地址110网络地址(21位)主机地址(8位)C类地址1110多目的广播地址(28位)D类地址11110保留用于实验和将来使用E类地址1.0.0.0127.255.255.255128.0.0.0191.25
3、5.255.255192.0.0.0223.255.255.255224.0.0.0239.255.255.255240.0.0.0247.255.255.255第 6 章 IP 地址 本章主要讲述IP地址的分类和结构,并针对IP地址的实际应用需要提出了子网的概念,详细阐述了子网编址的方法和子网划分应用技巧。本章学习要求:了解:Ipv6 的概念及发展,从 Ipv4 向 Ipv6 过渡的主要技术 掌握:IP 地址的类型及特殊 IP 地址的应用 掌握:子网编址的方法和子网掩码的使用 掌握:子网划分的方法 6.1 IP 地址概述 本节主要讲述 IP 地址的层次结构和分类,详细介绍了各类 IP 地址的
4、特点和适用范围,并对六类特殊 IP 地址进行了分析,帮助读者对 IP 地址的使用有个较深的认识。6.1.1 IP 地址类型 我们知道互联网是一个由各种不同类型和规模的独立运行、管理的计算机网络组成的全球范围的计算机网络,那么这些异种网络间是如何进行网络通信的呢?它们之间是如何识别的呢?诞生于上世纪 70 年代的 TCP/IP 协议通过对网络中传送的数据包进行规定格式的封装,规范了网络上的所有通信设备,统一了机器间数据交换的格式和传送方式。在互联网上的每台主机(或路由器)都有一个唯一的标识IP 地址。一个 IP 地址由网络号(netid)和主机号(hostid)构成,网络号用于标识互联网中的一个
5、特定网络,主机号用于表示该网络中主机的一个特定连接。目前,大多数 IP 编址方案仍采用 Ipv4 编址方案,即使用 32 位二进制数组成,为了方便使用,将 IP 地址的 32 位二进制分成四段,每段 8 位,中间用小数点隔开,然后将每八位二进制转换成十进制数,这种方法叫做点分十进制表示法。在现实世界中,网络根据需求的不同,有的网络可能含有较多的计算机,也有的网络包含较少的计算机,于是按照网络规模的大小,IP 协议将 IP 地址分成 A、B、C、D、E 五类,它们分别用 IP 地址的高位来区分,如图 6-1 所示。图 6-1 IP 地址的分类 用户一般只使用 A、B 和 C 类地址,每类地址表示
6、的实际网络数和主机数要比理论的小,这是因为每类地址中都有一些特殊用途的地址。D 类 IP 地址用于多目的地址发送,E类 IP 地址供将来使用。表 6-1 列出各类 IP 地址的特点。表 6-1 各类 IP 地址的特点 类别 类标识 第一字节 网络地址长度 主机地址长度 最 大 网 络数 最 大 主 机数 适用范围 A 类 0 1126 1 字节 3 字节 126 大型网络 B 类 10 128191 2 字节 2 字节 16382 65534 中型网络 C 类 110 192223 3 字节 1 字节 254 小型网络 D 类 1110 224239 多点播送 E 类 11110 240247
7、 保留地址 6.1.2 特殊 IP 地址 互联网中有六类 IP 地址具有特殊的用途,不能分配给主机。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 168.36.255.2
8、55 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
9、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。网络号主机号网络号子网号主机号标准IP地址两级结构子网IP地址三级结构 图 6.2 子网 IP 地址结构 为了
10、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:192.168.7.193192.168.7.254。子网掩码不能单独
11、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“166.7
12、3.0.0”,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
13、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 0000111110.33.62 30 200.110.26.32 200.110.26.63 第 2 个子网 010 000
14、0111110.65.94 30 200.110.26.64 200.110.26.95 第 3 个子网 011 0000111110.97.126 30 200.110.26.96 200.110.26.127 第 4 个子网 100 0000111110.129.158 30 200.110.26.128 200.110.26.159 第 5 个子网 101 0000111110.161.190 30 200.110.26.160 200.110.26.191 第 6 个子网 110 0000111110.193.222 30 200.110.26.192 200.110.26.223 为
15、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
16、 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 1010 0000 1100 1000 0000 0111 0001 00111111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000IP地址192.168.7.21子网掩码255.255.255.240主机号子网号网络号 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
17、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
18、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 6.3 C 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
19、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:3362 子网地址:11000001.10101000.01100100.00100000(193.168.100.64)主机号:6594 子网地址:11000001.10101000.01100100.00100000(193.168.100.96)主机号:9
20、7126 子网地址:11000001.10101000.01100100.00100000(193.168.100.128)主机号:129158 子网地址:11000001.10101000.01100100.00100000(193.168.100.160)主机号:161190 子网地址:11000001.10101000.01100100.00100000(193.168.100.192)主机号:193222 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
21、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 6.4 192.168.7.0 在掩码为 255.255.255.240 时的地址分配表 子网
22、 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 5 192.168.7.81.94 192.168.7.80 192.1
23、68.7.95 255.255.255.255 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 1
24、92.168.7.160 192.168.7.175 255.255.255.255 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 14 192.168.7.225.238 192.168.7.224 192.168.7.239 255.255.255.2
25、55 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 6.6 Internet 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
26、 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。6.4 IPv6 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。6.4.1 Ipv6 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
27、发展。IPv4 采用 32 位地址长度,只有大约 43 亿个地址,估计在 20052010 年间将被分配完毕。IPv6 是 Internet Protocol Version 6 的缩写,其中 Internet Protocol 译为“互联网协议”。IPv6 是 IETF(互联网工程任务组,Internet Engineering Task Force)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
28、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(Aggregati
29、on)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(Flow Control),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,Quality of Service)控制提供了良好的网络平台。(4)IPv6 加入了对自动配置(Auto Configuration)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
30、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
31、: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
32、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 IPv6 Internet。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、
33、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 Cable modem 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。
限制150内