ip地址管理与规划.docx
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ip地址管理与规划
计算机网络规划与设计
6.2IP地址
6.2.1IP地址的类型
1.什么是IP地址?
2.IP地址的分类
下面是常用A、B、C三类地址的总结表:
表6-2网络类别、网络地址和主机编号字段的取值范围
网络类别
IP地址
网络地
主机编
网络地址中
主机
址
号
W的取值范围
近似个数
A
W.X.Y.Z
W
X.Y.Z
1~126
1700万左
右
B
W.X.Y.Z
W.X
Y.Z
128~191
65000
C
W.X.Y.Z
W.X.Y
Z
192~223
254
表6-3归纳了A、B、C三类网络IP地址W段的取值范围、网络个数及主机个数。
表6-3
A、B、C三类网络的特性参数取值范围
网络类别
网络地址(W)的取值范
网络个数
主机个数
围
(近似值)
A
1.X.Y.Z
~126.X.Y.Z
126(27-2)
224-2
B
128.X.Y.Z~191.X.Y.Z
16384(214)
216-2
C
192.X.Y.Z~223.X.Y.Z
大约200万个(221)
28-2
3.IP地址中网络地址的使用规则
无论在Internet上还是在局域网上,分配网络地址(即网络ID)时,常用的A、B和C三类网络的取值范围如表6-4所示,配置和使用IP地址时,应遵循以下规则:
①网络地址必须惟一。
②网络地址不能以127开头。
因为127保留给诊断用的回送函数使用。
③网络地址中的各位不能全为“0,”0表示本地主机,不能传送。
④网络地址的各位不能全为“1”即,十进制的255),全为1时,仅在本网络上进行广播,各路由器均不转发。
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表6-4
A、B、C网络地址和主机地址的取值范围
网络类别
网络地址始值
网络地址终
主机编号始
主机编号终值
值
值
A
001.X.Y.Z
126.X.Y.Z
W.0.0.1
W.255.255.254
B
128.0.Y.Z
191.255.Y.Z
W.X.0.1
W.X.255.254
C
192.0.0.Z
223.255.255.Z
W.X.Y.1
W.X.Y.254
4.IP地址中-主机地址的使用规则
①在网络地址相同时,即在同一网络中,主机地址(编号)必须惟一。
即IP地址中主
机编号相对于网络编号来说必须惟一。
例如:
在202.112.144这个C类网络中,只能有一台
主机的编号为“8”。
②IP地址中主机编号的各位不能全为0,主机号全0表示该网的IP地址,例如,
202.112.144.0。
③IP地址中主机编号的各位不能全为“1,”主机号全1的地址是本网的广播地址,因此,
254不能用做主机的编号。
例如:
202.112.144.255或128.1.255.255。
④127.0.0.1代表本地主机的IP地址,用于测试;因此,该地址不能分配给网络上的任何计算机使用。
5.IP地址的表示规则
①在主机或路由器中存放的IP地址都是32bit的二进制代码。
为了提高可读性,在写出给人看的IP地址时,往往每隔8bit插入一个空格。
但这样还是不方便。
于是我们常常将32bit的IP地址中的每8bit用其等效的十进制数字表示,并且在这些数字之间加上一个点。
这就叫做点分十进制记法(dotteddecimalnotation)。
下图7-8表示了这种方法,这是一个B类IP地址。
②
当一个主机同时连接到两个网络上时,该主机就必须同时具有两个相应的IP地址,其
网络号net-id是不同的。
这种主机称为多归宿主机(multihomedhost),或多接口主机。
③
按照因特网的观点,用转发器、网桥或传统交换机连接起来的若干个局域网仍为一个
网络,因此这些局域网都具有同样的网络号net-id。
④
在IP地址中,所有分配到网络号net-id的网络都是平等的。
⑤
互联网中设备及IP地址:
路由器连接的是IP子网,因此,它总会具有两个或两个以
上的IP地址,这些IP地址通常具有不同的网络编号或子网编号。
图
7-9画出了3个
局域网(LAN1,LAN2和LAN3)通过3个路由器(R1,R2和R3)互连起来所构成的一个
互联网(此互联网用虚线圆角方框表示)。
应当注意到下述问题:
在同一个局域网上的主机或路由器的IP地址中的网络号必须是一样的。
用网桥(它只在链路层工作)互连的网段仍然是一个局域网,只能有一个网络号。
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路由器总是具有两个或两个以上的IP地址。
当两个路由器直接相连时,在连线两端的接口处,可以指明也可以不指明IP地址。
6.2.3特殊IP地址形式
常用的特殊IP地址如下:
直接广播地址
受限广播地址
“这个网的这个主机”地址
“这个网络上的特定主机”地址
回送地址
1.直接广播地址(DirectedBrordcasting)
将主机号各位全为“1”的IP地址称为直接广播地址。
该地址主要用于广播,在使用时,用来代表该网络上所有的主机,例如,202.112.144是一个C类的网络标识,该网络的广播地址就是202.112.144.255;当该网络中的某台主机需要发送广播时,就可以使用这个地址向该
网络上的所有主机发送报文。
直接广播地址及其应用如下:
A类、B类与C类IP地址中主机号全1的地址为直接广播地址;用来使路由器将一个分组以广播方式发送给特定网络上的所有主机;只能作为分组中的目的地址;
物理网络采用的是点-点传输方式,分组广播需要通过软件来实现。
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图6-5路由器使用直接广播地址
2.有限广播地址(LimitingBrordcasting)
TCP/IP协议规定,32比特位全为“1”的IP地址(255.255.255.255)为“有限广播地址”,这个地址主要用来进行本网广播。
当需要在本网内广播,又不知道本网的网络号时,即可使
用“有限(受限)广播地址”。
有限广播地址及其应用如下:
网络号与主机号的32位全为1的地址为受限广播地址;
某主机可以用来将一个分组以广播方式发送给本网的所有主机;
分组将被本网的所有主机将接受该分组,路由器则阻挡该分组通过。
图6-5主机使用受限广播地址
2.本网地址和这个“网络上的特定主机”地址这两个地址都只局限于发送主机所在的网络:
(1)本网地址
将IP地址中主机地址位全为“0”的IP地址叫做本网地址。
这个地址用来表示“本主机所连接的网络”。
例如,用“128.16.0.0”表示“128.16”这个B类网络;用“202.112.144.0”
表示“202.112.144”这个C类网络。
本网地址又被称为“0”地址。
(2)这个“网络上的特定主机”地址
上述地址的应用如下:
当主机或路由器向本网络上的某个特定的主机发送分组;
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网络号部分为全0,主机号为确定的值;如,在201.1.16.0这个C类网络上,IP地址
为201.1.16.2的主机,要发送信息给25号主机,即可使用0.0.0.25表示,拟发送给本地网络中主机号为25的主机,参见图6-7。
这样的分组被限制在本网络内部。
图6-7某网络上特定主机地址
4.回送地址
IP地址中以127开始的IP地址作为保留地址,被称为“回送地址”。
回送地址用于网络软件的测试,以及本地进程的通信。
顾名思义,任何程序一旦接到使用了回送地址为目的地
址,则该程序将不再转发数据,而是将其立即回送给源地址。
例如,使用“ping127.0.0.1”
可以通过ping软件测试本地网卡进程之间的通信。
①回送地址是用于网络软件测试和本地进程间通信;
②TCP/IP协议规定:
含网络号为127的分组不能出现在任何网络上;
主机和路由器不能为该地址广播任何寻址信息。
图6-8进程间回送地址的应用
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补充节:
IP地址与硬件地址
图7-10说明了主机的IP地址与硬件地址的区别。
从层次的角度看,物理地址是数据链路层和物理层使用的地址,而IP地址是网络层和以上各层使用的地址。
如图7-10所示:
IP地址放在IP数据报的首部,而硬件地址则放在MAC帧的首部。
在网络层及以上使用的是IP地址,而数据链路层及以下使用的是硬件地址。
因而在数据链路层看不见数据报的IP地址。
从不同层次看IP地址和硬件地址,参见图7-11。
图7-11(a)画的是三个局域网用两个路由器R1和R2互连起来。
图7-11(b)特别强调了IP地址与硬件地址的区别。
表7-2归纳了这种区别。
表7-2图7-11(b)中不同层次、不同区间的源地址和目的地址
在网络层写入IP数据报首部的在数据链路层写入MAC帧首部的
源地址目的地址源地址目的地址
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从H1到R1
IP1
IP2
HA1
HA3
从R1到R2
IP1
IP2
HA4
HA5
从R2到H2
IP1
IP2
HA6
HA2
6.3子网与超网的基本概念
6.4.1为什么要研究子网和超网
1.子网的概念
基于人们对网络性能、安全和管理方面的考虑,人们常常把一个较大的网络分成多个较小的物理网络,并通过路由器或第三层交换机将多个子网连接起来。
每个小的网络使用不同的网络编号,这样的小网络被称为“子网”。
2.划分子网的原因
划分子网的原因有许多个,主要有以下几个:
①充分利用现有的IP地址资源:
通过划分子网可以提高IP地址的有效利用率。
例如,
128.1.0.0是一个B类网络,它允许的主机(即主机地址数量)个数为216-2,其地址空间大。
为了有效地利用其IP地址资源,管理员可以通过子网划分的技术将上述的可用地址分配给多
个小网络使用。
②减轻网络的拥挤,提高网络性能问题:
这是由于在使用集线器和交换机的网络中,
随着网络节点数目的增加,网络将变得十分拥挤。
大量的网络数据和广播信息在网络上传输,导致网络的性能和效率下降。
如果将大的网络划分为小的子网,并使用路由器连接各个子网
的话,路由器在各个子网间转发信息包时会自动丢弃广播信息,从而改善了网络性能。
③路由器的工作效率问题:
某个网络分配的IP地址越多,路由器的工作效率就越低,
这是因为路由器在执行路选算法时,主机数越多,则路由表就越大,路由表信息过多就会引
起选路时计算时间过长。
④提高安全性利于网管:
当一个网络划分为多个子网时,就减少了每个网络的管理对
象,因此有利于网络管理员对网络用户、资源和计算机的管理;另外,由于子网的划分缩小了广播的范围,因而提高了网络的安全性。
⑤混合不同的网络技术:
例如:
连接以太网、FDDI和ATM网络。
在实际应用中,经常遇到网络地址不够的问题。
例如,仅申请到一个可以在Internet上使用的IP地址,而需要划分的内部子网数目为多个。
这种情况下,就需要把某种类型的网络划
分成多个子网。
其思路就是将“原来”(申请到的)主机编号部分的一些二进制位贡献出来,
用于内部网络的编号。
由于从Internet到此网络的路径都是一样的(即申请到的IP地址的网络地址部分不变),因此,外界到此网络中各子网的路由都是一样的。
这种情况下,外部路
由将所有子网看成一个网络,而内部的路由器可以区分出不同子网。
下面通过一个实例来说明划分子网的步骤。
3.子网和超网的概念
实现子网和超网主要是为了解决:
IP地址的有效利用率问题和路由器工作效率问题。
子网(subnet)
将一个大的网络划分成几个较小的网络,而每一个网络都有其自己的子网地址。
它是多
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网络环境中的一个网络。
将一个网络分解成多个子网时,要求每个子网使用不同的子网编号。
将一个IP网络划分为更小的逻辑子网。
子网间用网关或路由器相连。
这种技术通常是将
IP地址的主机ID部分生成子网地址来实现。
子网划分的优点:
减少网络交通
揉合不同网络技术
简化管理,易于排错
补充图6-10(a)用路由器实现多个局域网(IP子网)的连接
超网(supernet)
将一个组织所属的几个C类网络合并成为一个更大地址范围的逻辑网络。
6.3.2-1子网掩码与默认网关
为什么需要网络编号?
在两台计算机之间进行通讯时,一般用户可能认为只要知道了对方的IP地址就可以进行通信了,但是,实际上在这两台计算机之间存在的通信路径可能有很多条。
因此通信时,两边的计算机首先需要判断彼此是否在同一个网络上,如果是在同一网络上,就直接进行通信;否则,就转发到本网的出口,由该出口负责处理发送到目的网络上。
完成这个任务的就是子网掩码。
1.子网掩码(subnetmasks)的概念、功能与使用
(1)什么是子网掩码?
子网掩码是由前面连续的“1”和后面连续的“0”组成的32位二进制地址,在TCP/IP
网络中,每一台主机都要求使用子网掩码。
子网掩码与IP地址一样也是一个
32位的二进制比特值,用它可以屏蔽一部分
IP地址,
以便区分出IP地址中的网络编号和主机编号。
当使用
TCP/IP通信时,子网掩码主要用来确
定目的主机是位于本地子网还是远程网,它的两大功能如下:
子网掩码用来屏蔽掉IP地址中的一部分,用于区分IP地址中的网络地址和主机编号。
并因此用来说明主机的IP地址是在局域网上还是在远程网络上。
用于划分子网:
子网掩码的另一个重要功能是划分子网,即将一个大的网络分为多个
小的子网。
(2)默认的子网掩码
TCP/IP网络。
不同类型的网络使用的默认的子网掩码是不同的,
默认的子网掩码用于没有划分子网的
表6-5给出了各类网络所默认的子网掩码。
表6-5各类网络默认的子网掩码
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网络
子网掩码
子网掩码
类别
(以二进制位表示)
(以十进制表示)
A
11111111.00000000.00000000.00000000
255.0.0.0
B
11111111.11111111.00000000.00000000
255.255.0.0
C
11111111.11111111.11111111.00000000
255.255.255.0
(3)子网掩码的使用
TCP/IP协议进行初始化时,主机IP地址会与子网掩码进行“与操作”。
即在传输数据包之前,源主机
IP和目的主机IP都要与主机的子网掩码进行与操作。
如果这两个结果相同,则TCP/IP协议判断出目的主
机与源主机在同一个局域网上,可以直接传递;否则,判断出目的主机不在本地局域网上,因此,将待发送的数据包转发到默认网关IP地址处,以便进一步转发到远程网络上。
子网掩码的应用实例:
参照图8-3,对在Internet上使用的系统进行通信时的分析。
解:
①用IP地址的第一段数值W判断网络类型。
在本例中,W的值分别等于132、132和
152。
因此,由表8-4可知这三个计算机所在的网络均为B类网。
②通过默认的子网掩码255.255.0.0求网络地址的步骤如下,结果见表8-6。
将IP地址转化为32位二进制位。
将子网掩码也转化为32位二进制位。
将3个二进制表示的IP地址分别和二进制表示的子网掩码,按位进行“逻辑与
(AND)”操作。
按此方法依次求得数值之后,再按原有的4段分别转换为十进制
数。
求取网络内的主机编号(HOSTID,即主机标识)。
说明:
其中子网掩码为“1”的各位所对应的IP地址中的各位,即为网络地址,也称网络标识或网络ID,运算结果见表8-6。
A计算机的IP
X计算机的IP
132.112.000.001
152.112.000.001
信息系
自动化系
子网
子网
B计算机的IP
C计算机的IP
Y计算机的IP
Z计算机的IP
132.112.000.003
152.112.000.002
152.112.000.003
132.112.000.002
L计算机的
内部路由器
Internet
外部网络
外部路由器200.4.192.12
IPROUTER
图8-4TCP/IP网络之间使用默认网关(IPROUTER)通信
表8-6IP地址划分实例分析计算结果
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网络类别
计算
逻辑与的结
网络地
计算机
主机编
机名
果
址
编号部
号
称
分
B
A
132.112.0.0
132.112
000.001
1
B
B
132.112.0.0
132.112
000.002
2
B
C
152.112.0.0
152.112
000.001
1
在IP地址中扣除网络地址外的其余部分就是主机编号部分。
由于是默认的B类网络,其IP地址在扣除了网络地址后,剩余的2个字段表示该主机在其子网内的编号部分。
经简化得到3个主机编号分别为:
1、2和1,参见表8-6。
③用“网络地址”即可判断这几个主机是否位于同一个子网。
由于A和B主机的网络地址均为“132.112,”因此这两台主机在同一子网上;而X主机的网络地址为“152.112,”所以该主机在另一个子网上。
当A主机与B主机进行通信时,就可以直接进行通信。
而当A主机与X主机进行通信时,由于不在同一个网络,因此需要通过网络中L主机所代表的内部路由器(或内部网关)转发数据。
如果这些子网中的主机需要与外部网络进行通信,则还需要通过外部路由器转发数据。
2.默认网关或IP路由(defaultgateway或IProuter)
默认网关又称IP路由。
简单地说,默认网关就是通向远程网络接口的IP地址。
在子网之
间进行通讯时,主机可以使用默认网关将数据发送给目的主机。
由于默认网关就是发送给远
程网络(目的主机)信息包的地方,因此,如果在配置TCP/IP时没有指明默认网关,则通讯
仅局限于本地网络。
路由器可以是专门购置的硬件设备,也可以是加装了软件的专用路由计算机。
同一个网络段(包含子网段)的计算机之间可以直接通信;不同网络段中的计算机通信时,则需要通过网关或者路由器。
其中,内部子网的通信通过内部网关或内部路由器;外部网络之间的计算机通信时一般通过外部路由器(或外部网关)。
由此可见,当内部子网与外部网络之间的主机通信时,需要设置外部路由器(或网关)。
6.3.2-2子网地址空间的划分方法
1.子网与IP地址的三级层次结构
思想:
将原来主机地址的部分位转化为子网地址位,即将原来IP地址的两层结构(网络地址+主机地址)转化为3层结构,参见图6-10及其补充图。
三级层次结构的特点如下:
三级层次的IP地址是:
网络号.子网号.主机号;第一级网络号定义了网点的位置;
第二级子网号定义了物理子网;
第三级主机号定义了主机和路由器到物理网络的连接;
三级层次的IP地址,一个IP分组的路由选择的过程为三步:
第一步转发给网点,第二步转发给物理子网,第三步转发给主机。
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图6-9未划分子网的网络结构
图6-10划分3个子网后的网络结构
图6-113个层次的IP地址结构
2.划分子网的规则:
规则:
由于原有主机编号的位数是固定的,因此建立的子网数目越多,需要的位数就越多;而每个子网中所能容纳的主机数目就越少。
因此,需要综合考虑子网和子网中主机的个
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数。
地址类别
↓
LB网络地址可用位
网络地址
原主机地址位
子网地址子网主机地址
图6-11TCP/IP网络中IP地址划分前后的结构
3.划分子网的计算公式
(1)按照RFC950标准划分子网的计算公式
C类地址:
Nmax=2
m
和Hmax=2
(8-m)
-2
-2
B类地址:
Nmax=2m-2和Hmax=2(16-m)-2
A类地址:
Nmax=2m-2和Hmax=2(24-m)-2
其中:
m:
为原主机编号部分转化为子网地址部分的位数。
Nmax:
为转化后允许划分的最大子网数目,其值应当大于或等于实际需要的子网数n。
Hmax:
为转化后每子网所允许的最大主机数目,其值应当大于或等于子网实际需要的主机数h。
(2)不按照RFC950标准划分子网的计算公式
C类地址:
Nmax=2m和Hmax=2(8-m)-2
B类地址:
Nmax=2
m
和Hmax=2
(16-m)
-2
A类地址:
Nmax=2m和Hmax=2(24-m)-2
说明:
假定原来的网络使用C类地址,当m=3时,按照RFC950标准规定,子网“00000000”和“11100000”为无效子网。
它们分别表示,子网号各位全为“0的”代表本网络;而子网号各
位全为“1表”示的是本子网的广播地址。
但是,在实际应用中,如果不按上述标准时,也可以被使用。
(3)划分子网的6个步骤
①确定需求:
即确定所需的子网数目和子网中主机的数目。
确定所需子网数:
N。
确定子网中所需最大IP数目(通常是主机数目):
H。
综合上述两个因素,确定子网掩码中,原主机编码位转化为子网地址的位数。
②确定子网掩码(含子网号部分