IP地址的基本概念

IP地址的基本概念大型的互连网络中需要有一个全局的地址系统，它能够给每一台主机或路由器的网络连接分配一个全局惟一的地址；TCP/IP协议的网络层使用的地址标识符叫做IP地址；网络中的每一个主机或路由器至少有一个IP地址；在Internet中不允许有两个设备具有同样的IP地址；如果一台主机或路由器连接到两个或多个物理网络，那么它可以拥有两个或多个IP地址。6.2 IP6.2 IP地址地址我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是惟一的 32 bit 的标识符。IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配 IP 地址的编址方法 分类的 IP 地址这是最基本的编址方法，在 1981 年就通过了相应的标准协议。子网的划分这是对最基本的编址方法的改进，其标准RFC 950在 1985 年通过。构成超网这是比较新的无分类编址方法。1993 年提出后很快就得到推广应用。IP 地址:=,分类 IP 地址 每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号 host-id，它标志该主机（或路由器）。两级的 IP 地址可以记为：:=代表“定义为”net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 001A类 IP地址A类IP地址的网络号长度为7位，主机号长度为24位；A类地址是从：1.0.0.0127.255.255.255；网络号长度为7位，从理论上可以有27=128个网络；网络号为全网络号为全0 0和全和全1 1（用十进制表示为0与127）的两个地址保留用于特殊目的用于特殊目的，实际允许有126个不同的A类网络；由于主机号长度为24位，因此每个A类网络的主机IP数理论上为224=16 777 216；主机主机IPIP为全为全0 0和全和全1 1的两个地址保留用于特用于特殊目的殊目的，实际允许连接16 777 214个主机；A类IP地址结构适用于有大量主机的大型网络。B类IP地址B类IP地址的网络网络IPIP长度为长度为1414位位，主机主机IPIP长度为长度为1616位位；B类IP地址是从：128.0.0.0191.255.255.255；由于网络IP长度为14位，因此允许有214=16384个不同的B类网络，实际允许连接16384个网络；由于主机IP长度为16位，因此每个B类网络可以有216=65536个主机或路由器，实际一个B类IP地址允许连接65534个主机或路由器；B类IP地址适用于一些国际性大公司与政府机构等中等大小的组织使用。C类IP地址C类IP地址的网络号网络号长度为2121位位，主机号主机号长度为8 8位位；C类IP地址是从：192.0.0.0223.255.255.255；网络号长度为21位，因此允许有221=2097152个不同的C类网络；主机号长度为8位，每个C类网络的主机地址数最多为28=256个，实际允许连接254个主机或路由器；C类IP地址适用于一些小公司与普通的研究机构。D类和E类IP地址D类IP地址不标识网络;用于其他特殊的用途，如多播地址Multicasting；E类IP地址暂时保留；地址范围：240.0.0.0255.255.255.255；用于某些实验和将来使用。常用的三种类别的 IP 地址 IP 地址的使用范围 网络 最大 第一个 最后一个 每个网络类别 网络数 可用的 可用的 中最大的 网络号 网络号 主机数 A 126(27 2)1 126 16,777,214 B 16,384(214)128.0 191.255 65,534 C 2,097,152(221)192.0.0 223.255.255 254IP地址的二进制表示 用点分十进制表示用点分十进制表示 用二进制表用二进制表示示129129 8 8161625 25 10000001 00001000 00010000 10000001 00001000 00010000 000110010001100110.2.0.52 10.2.0.52 00001010 00000010 00001010 00000010 00000000 0011010000000000 00110100126.0.0.0 126.0.0.0 01111110 00000000 01111110 00000000 00000000 0000000000000000 00000000192.255.255.255 192.255.255.255 11000000 11111111 11000000 11111111 11111111 1111111111111111 11111111 特殊IP地址形式 受限广播地址直接广播地址（指向网络的广播）指向子网的广播指向所有子网的广播“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)受限广播地址1.网络号与主机号的32位全为1的地址为受限广播地址;2.用来将一个分组以广播方式发送给本网的所有主机;3.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。)直接广播地址1.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;2.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;3.只能作为分组中的目的地址;4.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。）指向子网的广播指向子网的广播地址指向子网的广播地址为主机号主机号为全且有特全且有特定子网号的地址例如：如果路由器收到定子网号的地址例如：如果路由器收到发往往128.1.2.255的数据的数据报，当，当类网网络128.1的子网掩的子网掩码为255.255.255.0时，该地址就是指向子网的广地址就是指向子网的广播地址；但如果播地址；但如果该子网的掩子网的掩码是是255.255.254.0时，该项地址就不是指向子网的广播地址地址就不是指向子网的广播地址说明原明原因因）指向所有子网的广播指向所有子网的广播需要了解目的网络的子网掩码，以便与指向网络的广播地址区分开指向所有子网的广播地址的子网号及主机号全为例如，如果子网掩码为255.255.255.0，那么IP地址128.1.255.255是一个指向所有子网的广播地址；但是，如果网络没有划分子网，这个地址就是一个指向网络的广播地址)“这个网络上的特定主机”地址1.主机或路由器向本网络上的某个特定的主机发送分组；2.网络号部分为全0，主机号为确定的值；3.这样的分组被限制在本网络内部。4)回送地址1.回送地址是用于网络软件测试和本地进程间通信；2.TCP/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。IP 地址的一些重要特点(1)IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处：1 IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。2 路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。IP 地址的一些重要特点(2)实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。1 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 必须是不同的。这种主机称为多接口主机(multihomed host)。2 由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。IP 地址的一些重要特点(3)用转发器或网桥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)所有分配到网络号 net-id 的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。6.3 6.3 子网和超网的基本概念子网和超网的基本概念在 ARPANET 的早期，IP 二级地址的设计确实不够合理:IP 地址空间的利用率有时很低。给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。两级的 IP 地址不够灵活。从 1985 年起在 IP 地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级的 IP 地址变成为三级的 IP 地址。这种做法叫作划分子网(subnetting)。划分子网已成为因特网的正式标准协议。从两级 IP 地址到三级 IP 地址子网（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；划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。从主机号借用若干个比特作为子网号(subnet-id)，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个比特。划分子网的基本思路 IP地址:=,子网号的比特位不能全子网号的比特位不能全为0和和1凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报，仍然是根据 IP 数据报的目的网络号（net-id），先找到连接在本单位网络上的路由器；然后此路由器在收到 IP 数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网；最后就将 IP 数据报直接交付给目的主机。划分子网的基本思路（续）我的网络地址R1R3R2网络145.13.0.0划分为三个子网后对外仍是一个网络 子网 的分组均到达此路由器网络R1R3R2当没有划分子网时，IP 地址是两级结构，地址的网络号字段也就是 IP 地址的“因特网部分”，而主机号字段是 IP 地址的“本地部分”。划分子网后 IP 地址就变成了三级结构。划分子网只是将 IP 地址的本地部分进行再划分，而不改变 IP 地址的因特网部分。划分子网后变成了三级结构 为了节约IP地址资源，人们提出了子网的概念。将原有IP地址中主机号部分进一步划分为子网号和主机号两块。从一个 I P数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网的划分。使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。子网掩码也是一个32位的二进制数，前面的一些位为1，后面的一些为0，为1部分对应着IP地址中的网络号和子网号，为0的部分对应着主机号。子网掩码IP 地址的各字段和子网掩码 网络号 net-id主机号 host-id两级 IP 地址网络号net-idhost-id三级 IP 地址主机号subnet-id子网号子网掩码因特网部分本地部分因特网部分本地部分划分子网时的网络地址1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0net-idsubnet-idhost-id 为全 0(IP 地址)AND(子网掩码)=网络地址网络号 net-id主机号 host-id两级 IP 地址网络号三级 IP 地址主机号net-idhost-idsubnet-id子网号子网掩码因特网部分本地部分因特网部分本地部分划分子网时的网络地址1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0net-idsubnet-idhost-id 为全 0ANDnet-idnet-idhost-id 为全 0net-id网络地址A类地址默认子网掩码网络地址B类地址默认子网掩码网络地址C类地址默认子网掩码1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0host-id 为全 0host-id 为全 0A B C 类 IP 地址的默认子网掩码 计算子网和子网掩码在IP地址中通常使用与二进制值相等的十进制值：子网地址空间的划分举例 例：一个大型跨国公司的管理者从网络管理中心获得 一个A类IP地址121.0.0.0；需要划分1000个子网。分析：该公司需要有1 000个物理网络，加上主机号全 0 和全1的两种特殊地址，子网数量至少为1002；选择子网号的位长为10，可以用来分配的子网最多为1024，满足用户要求。A A类地址子网划分后的结构类地址子网划分后的结构 子网地址空间的划分 子网地址划分结果121.00000000 00 000000 00000000121.00000000 00 111111 11111111121.00000000 01 000000 00000000121.00000000 01 111111 11111111121.11111111 11 000000 00000000121.11111111 11 111111 11111111划分子网后的网点内部结构划分子网后的网点内部结构 思考：如何划分子网？1、公司申请到一个156.26.0.0地址，要划分成210个子网，写出相关子网的有效IP范围及子网掩码。2、同上，若要划分成900个子网，又该如何实现？3、公司申请到一个216.26.220.0地址，要划分成5个子网，写出相关子网的有效IP范围及子网掩码。判断IP地址是否属于同一个子网 在划分子网的情况下，判断两台主机是不是在同一个子网中，看它们的网络号与子网地址是不是相同。实例：判断它们是不是在同一个子网上。主机主机1 1的的结果果主机主机2 2的的结果果结论:子网号都是子网号都是 0001101101 0001101101，因此它，因此它们属于同一个子网属于同一个子网用用IPIP地址与子网掩地址与子网掩码做与运算做与运算子网和子网掩码举例“与”运算：路由选择表131.108.1.0/24 E0131.108.2.0/24 E2131.108.3.0/24 E1例1：给出IP地址和子网掩码192.168.26.0/24，请问有多少个网络，每个网络有多少台主机？A1-126B128-191C192-223D224-239E240-254子网和子网掩码举例192.168.26.0是C类网络，缺省掩码是255.255.255.0，即24位掩码，未进行子网划分。主机位有8位。192.168.26.0/24有1个网络，254个可用主机地址。各类网络第1个8位组：例2：已有一个C类地址，想把它分为5个子网，每个子网18台主机，请选择子网掩码：子网和子网掩码举例C类地址的缺省掩码为24位：；需要5个子网，至少向主机位借3位；主机位还省5位，每个子网可以有30台主机；二进制 11100000 的十进制表示为224；正确答案为C；例3：网络156.169.1.120/30上有多少可用的主机地址？A.2 B.8 C.16 D.32 E.64子网和子网掩码举例30位掩码，前3个8位组为全1，即十进制255，最后1个8位组为二进制11111100，即十进制252；156.169.1.120/30,也可表示为；主机位只有两位，可以有4个地址：00、01、10、11，但全0表示网络地址，全1表示广播地址，只有两个可用地址；正确答案为A；