计算机网络基础IP地址及子网划分.docx

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计算机网络基础IP地址及子网划分

计算机应用基础

第三章计算机网络基础

一、IP地址和MAC地址

1、MAC地址

MAC（MediaAccessControl，介质访问控制）地址，或称为物理地址，也叫硬件地址，用来定义网络设备的位置，MAC地址是网卡出厂时设定的，是固定的（但可以通过在设备管理器中或注册表等方式修改，同一网段内的MAC地址必须唯一）。

MAC地址采用十六进制数表示，长度是6个字节（48位），分为前24位和后24位。

2、IP地址

IP地址（InternetProtocolAddress），缩写为IPAdress，是一种在Internet上的给主机统一编址的地址格式，也称为网络协议（IP协议）地址。

它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，常见的IP地址，分为IPv4与IPv6两大类，当前广泛应用的是IPv4，目前IPv4几乎耗尽，下一阶段必然会进行版本升级到IPv6；如无特别注明，一般我们讲的的IP地址所指的是IPv4。

IP地址对应于OSI参考模型的第三层网络层，工作在网络层的路由器根据目标IP和源IP来判断是否属于同一网段，如果是不同网段，则转发数据包。

3、IP地址格式和表示

在计算机二进制中，1个字节=8位=8bit（比特）

IP地址（IPv4）由32位二进制数组成，分为4段（4个字节），每一段为8位二进制数（1个字节）

每一段8位二进制，中间使用英文的标点符号“.”隔开

由于二进制数太长，为了便于记忆和识别，把每一段8位二进制数转成十进制，大小为0至255。

IP地址的这种表示法叫做“点分十进制表示法”。

IP地址表示为：

xxx.xxx.xxx.xxx

例子：

210.21.196.6就是一个IP地址的表示。

二进制表示为：

11010100.00010101.11000110.00000110

4、IP地址的组成

IP地址=网络地址+主机地址，比如：

计算机的IP地址由两部分组成，一部分为网络标识，一部分为主机标识，同一网段内的计算机网络部分相同，主机部分不同同时重复出现。

路由器连接不同网段，负责不同网段之间的数据转发，交换机连接的是同一网段的计算机。

通过设置网络地址和主机地址，在互相连接的整个网络中保证每台主机的IP地址不会互相重叠，即IP地址具有了唯一性。

二、IP地址的分类

1、IP地址分类详解

IP地址分A、B、C、D、E五类，其中A、B、C这三类是比较常用的IP地址，D、E类为特殊地址。

2、保留的特殊IP地址

3、公网和私网IP地址

公网IP地址：

公有地址分配和管理由InterNIC（InternetNetworkInformationCenter因特网信息中心）负责。

各级ISP使用的公网地址都需要向InterNIC提出申请，有InterNIC统一发放，这样就能确保地址块不冲突。

私网IP地址：

创建IP寻址方案的人也创建了私网IP地址。

这些地址可以被用于私有网络，在Internet没有这些IP地址，Internet上的路由器也没有到私有网络的路由表。

私网地址访问Internet需要做NAT或PAT网络地址转换

三、子网掩码

1、子网掩码的概念及作用

①、子网掩码（SubnetMask）又叫网络掩码、地址掩码，必须结合IP地址一起对应使用。

②、只有通过子网掩码，才能表明一台主机所在的子网与其他子网的关系，使网络正常工作。

③、子网掩码和IP地址做“与”运算，分离出IP地址中的网络地址和主机地址，用于判断该IP地址是在本地网络上，还是在远程网络网上。

④、子网掩码还用于将网络进一步划分为若干子网，以避免主机过多而拥堵或过少而IP浪费。

2、子网掩码的组成

①、同IP地址一样，子网掩码是由长度为32位二进制数组成的一个地址。

②、子网掩码32位与IP地址32位相对应，IP地址如果某位是网络地址，则子网掩码为1，否则为0。

如：

11111111.11111111.11111111.00000000

3、子网掩码的表示方法

①、点分十进制表示法

二进制转换十进制，每8位用点号隔开

例如：

子网掩码二进制11111111.11111111.11111111.00000000，表示为255.255.255.0

②、CIDR斜线记法

IP地址/n

例1：

192.168.1.100/24，其子网掩码表示为255.255.255.0，二进制表示为11111111.11111111.11111111.00000000

例2：

172.16.198.12/20，其子网掩码表示为255.255.240.0，二进制表示为11111111.11111111.11110000.00000000

4、子网掩码的应用

在如下拓扑图示例中，A与B，C与D，都可以直接相互通信（都是属于各自同一网段，不用经过路由器），但是A与C，A与D，B与C，B与D它们之间不属于同一网段，所以它们通信是要经过本地网关，然后路由器根据对方IP地址，在路由表中查找恰好有匹配到对方IP地址的直连路由，于是从另一边网关接口转发出去实现互连。

如何根据IP地址和子网掩码，计算网络地址：

①、将IP地址与子网掩码转换成二进制数。

②、将二进制形式的IP地址与子网掩码做“与”运算。

③、将得出的结果转化为十进制，便得到网络地址。

如下图：

四、子网划分

1、有类和无类网络

有类网络：

也叫主类网络或标准网络，就是指把IP地址能归结到的A类、B类、C类IP，使用的是标准的默认子网掩码。

无类网络：

相对于有类网络，无类网络IP地址的掩码是变长的。

在有类网络的基础上，拿出一部分主机ID作为子网ID。

2、CIDR无类别域间路由

CIDR（ClasslessInter-DomainRouting，无类别域间路由）本质是消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，将多个地址块聚合在一起生成一个更大的网络，从而包含更多的主机。

CIDR支持路由聚合，能够将路由表中的许多路由条目合并为成更少的数目，因此可以限制路由器中路由表的增大，减少路由通告，减轻路由器的负担。

3、VLSM可变长子网掩码

VLSM（VariableLengthSubnetMask，可变长子网掩码）规定了在一个有类（A、B、C类）网络内包含多个子网掩码的能力，以及对一个子网的再进行子网划分的能力。

IP地址如果只使用有类（A、B、C类）来划分，会造成大量的浪费或者不够用。

VLSM的诞生有效的解决了这个问题，可以在有类网络的基础上，通过对IP地址的主机号进行再划分，把一部分划入网络号，就能划分各种类型大小的网络了。

网络号也不再仅局限在8、16和24位这几个数，而是灵活变化的大小了。

4、子网划分方法

我们所讲的子网划分其实就是基于VLSM可变长子网掩码的划分，子网划分又分为等长子网划分和变长子网划分。

①、把原来有类网络IPv4地址中的“网络ID”部分向“主机ID”部分借位

②、把一部分原来属于“主机ID”部分的位变成“网络ID”的一部分（通常称之为“子网ID”）。

③、原来的“网络ID”+“子网ID”=新“网络ID”。

“子网ID”的长度决定了可以划分子网的数量。

如下示例图：

①、“全0子网”代表的是对应子网的“子网ID”部分各位都是0，是第一个子网。

②、“全1子网”代表的是对应子网的“子网ID”部分各位都是1，是最后一个子网。

③、按照RFC950参考规定，划分子网后，只有n-2个可用的子网（n表示总的子网数）。

④、后来RFC1878参考规定，划分子网后，可以有n个可用的子网（n表示总的子网数）。

5、等长子网和变长子网划分

实例：

将192.168.0.0255.255.255.0这个网络等分成2个子网，并写出每个子网的地址信息？

分析：

1、该网络子网掩码为/24，要划分为2个子网，要借用主机位1位作为子网位。

2、借用主机1位，所以子网掩码+1位，由原来的255.255.255.0（/24）变为255.255.255.128（/25）

结论：

C类网络等分成2个子网，子网掩码往右移动1位，就能等分成2个子网，即2^1。

最终结果：

A子网的网络地址：

192.168.0.0/25，可用地址（192.168.0.1～192.168.0.126），广播地址：

192.168.0.127。

B子网的网络地址：

192.168.0.128/25，可用地址（192.168.0.129～192.168.0.254），广播地址：

192.168.0.255。