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
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