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IP地址的基本概念 大型的互連網(wǎng)絡(luò)中需要有一個(gè)全局的地址系統(tǒng) 它能夠給每一臺(tái)主機(jī)或路由器的網(wǎng)絡(luò)連接分配一個(gè)全局惟一的地址 TCP IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層使用的地址標(biāo)識(shí)符叫做IP地址 網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)主機(jī)或路由器至少有一個(gè)IP地址 在Internet中不允許有兩個(gè)設(shè)備具有同樣的IP地址 如果一臺(tái)主機(jī)或路由器連接到兩個(gè)或多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò) 那么它可以擁有兩個(gè)或多個(gè)IP地址 6 2IP地址 我們把整個(gè)因特網(wǎng)看成為一個(gè)單一的 抽象的網(wǎng)絡(luò) IP地址就是給每個(gè)連接在因特網(wǎng)上的主機(jī) 或路由器 分配一個(gè)在全世界范圍是惟一的32bit的標(biāo)識(shí)符 IP地址現(xiàn)在由因特網(wǎng)名字與號(hào)碼指派公司ICANN InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers 進(jìn)行分配 IP地址的編址方法 分類的IP地址這是最基本的編址方法 在1981年就通過了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議 子網(wǎng)的劃分這是對(duì)最基本的編址方法的改進(jìn) 其標(biāo)準(zhǔn) RFC950 在1985年通過 構(gòu)成超網(wǎng)這是比較新的無分類編址方法 1993年提出后很快就得到推廣應(yīng)用 IP地址 分類IP地址 每一類地址都由兩個(gè)固定長(zhǎng)度的字段組成 其中一個(gè)字段是網(wǎng)絡(luò)號(hào)net id 它標(biāo)志主機(jī) 或路由器 所連接到的網(wǎng)絡(luò) 而另一個(gè)字段則是主機(jī)號(hào)host id 它標(biāo)志該主機(jī) 或路由器 兩級(jí)的IP地址可以記為 代表 定義為 net id24bit host id24bit net id16bit net id8bit IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段 0 A類地址 host id16bit B類地址 C類地址 0 1 1 D類地址 1110 多播地址 E類地址 保留為今后使用 11110 0 1 A類IP地址 A類IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度為7位 主機(jī)號(hào)長(zhǎng)度為24位 A類地址是從 1 0 0 0 127 255 255 255 網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度為7位 從理論上可以有27 128個(gè)網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)號(hào)為全0和全1 用十進(jìn)制表示為0與127 的兩個(gè)地址保留用于特殊目的 實(shí)際允許有126個(gè)不同的A類網(wǎng)絡(luò) 由于主機(jī)號(hào)長(zhǎng)度為24位 因此每個(gè)A類網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)IP數(shù)理論上為224 16777216 主機(jī)IP為全0和全1的兩個(gè)地址保留用于特殊目的 實(shí)際允許連接16777214個(gè)主機(jī) A類IP地址結(jié)構(gòu)適用于有大量主機(jī)的大型網(wǎng)絡(luò) B類IP地址 B類IP地址的網(wǎng)絡(luò)IP長(zhǎng)度為14位 主機(jī)IP長(zhǎng)度為16位 B類IP地址是從 128 0 0 0 191 255 255 255 由于網(wǎng)絡(luò)IP長(zhǎng)度為14位 因此允許有214 16384個(gè)不同的B類網(wǎng)絡(luò) 實(shí)際允許連接16384個(gè)網(wǎng)絡(luò) 由于主機(jī)IP長(zhǎng)度為16位 因此每個(gè)B類網(wǎng)絡(luò)可以有216 65536個(gè)主機(jī)或路由器 實(shí)際一個(gè)B類IP地址允許連接65534個(gè)主機(jī)或路由器 B類IP地址適用于一些國(guó)際性大公司與政府機(jī)構(gòu)等中等大小的組織使用 C類IP地址 C類IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度為21位 主機(jī)號(hào)長(zhǎng)度為8位 C類IP地址是從 192 0 0 0 223 255 255 255 網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度為21位 因此允許有221 2097152個(gè)不同的C類網(wǎng)絡(luò) 主機(jī)號(hào)長(zhǎng)度為8位 每個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)地址數(shù)最多為28 256個(gè) 實(shí)際允許連接254個(gè)主機(jī)或路由器 C類IP地址適用于一些小公司與普通的研究機(jī)構(gòu) D類和E類IP地址 D類IP地址不標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò) 地址范圍 224 0 0 0 239 255 255 255用于其他特殊的用途 如多播地址Multicasting E類IP地址暫時(shí)保留 地址范圍 240 0 0 0 255 255 255 255 用于某些實(shí)驗(yàn)和將來使用 常用的三種類別的IP地址 IP地址的使用范圍 網(wǎng)絡(luò)最大第一個(gè)最后一個(gè)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)類別網(wǎng)絡(luò)數(shù)可用的可用的中最大的網(wǎng)絡(luò)號(hào)網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)數(shù)A126 27 2 112616 777 214B16 384 214 128 0191 25565 534C2 097 152 221 192 0 0223 255 255254 IP地址的二進(jìn)制表示 用點(diǎn)分十進(jìn)制表示用二進(jìn)制表示129 8 16 251000000100001000000100000001100110 2 0 5200001010000000100000000000110100126 0 0 001111110000000000000000000000000192 255 255 25511000000111111111111111111111111 特殊IP地址形式 受限廣播地址直接廣播地址 指向網(wǎng)絡(luò)的廣播 指向子網(wǎng)的廣播指向所有子網(wǎng)的廣播 這個(gè)網(wǎng)的這個(gè)主機(jī) 地址 這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的特定主機(jī) 地址回送地址 受限廣播地址 網(wǎng)絡(luò)號(hào)與主機(jī)號(hào)的32位全為1的地址為受限廣播地址 用來將一個(gè)分組以廣播方式發(fā)送給本網(wǎng)的所有主機(jī) 分組將被本網(wǎng)的所有主機(jī)將接受該分組 路由器則阻擋該分組通過 直接廣播地址 A類 B類與C類IP地址中主機(jī)號(hào)全1的地址為直接廣播地址 用來使路由器將一個(gè)分組以廣播方式發(fā)送給特定網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī) 只能作為分組中的目的地址 物理網(wǎng)絡(luò)采用的是點(diǎn) 點(diǎn)傳輸方式 分組廣播需要通過軟件來實(shí)現(xiàn) 指向子網(wǎng)的廣播 指向子網(wǎng)的廣播地址為主機(jī)號(hào)為全 且有特定子網(wǎng)號(hào)的地址 例如 如果路由器收到發(fā)往128 1 2 255的數(shù)據(jù)報(bào) 當(dāng) 類網(wǎng)絡(luò)128 1的子網(wǎng)掩碼為255 255 255 0時(shí) 該地址就是指向子網(wǎng)的廣播地址 但如果該子網(wǎng)的掩碼是255 255 254 0時(shí) 該項(xiàng)地址就不是指向子網(wǎng)的廣播地址 說明原因 指向所有子網(wǎng)的廣播 指向所有子網(wǎng)的廣播需要了解目的網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼 以便與指向網(wǎng)絡(luò)的廣播地址區(qū)分開 指向所有子網(wǎng)的廣播地址的子網(wǎng)號(hào)及主機(jī)號(hào)全為 例如 如果子網(wǎng)掩碼為255 255 255 0 那么IP地址128 1 255 255是一個(gè)指向所有子網(wǎng)的廣播地址 但是 如果網(wǎng)絡(luò)沒有劃分子網(wǎng) 這個(gè)地址就是一個(gè)指向網(wǎng)絡(luò)的廣播地址 這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的特定主機(jī) 地址 主機(jī)或路由器向本網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)特定的主機(jī)發(fā)送分組 網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分為全0 主機(jī)號(hào)為確定的值 這樣的分組被限制在本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部 4 回送地址 回送地址是用于網(wǎng)絡(luò)軟件測(cè)試和本地進(jìn)程間通信 TCP IP協(xié)議規(guī)定 含網(wǎng)絡(luò)號(hào)為127的分組不能出現(xiàn)在任何網(wǎng)絡(luò)上 主機(jī)和路由器不能為該地址廣播任何尋址信息 IP地址的一些重要特點(diǎn) 1 IP地址是一種分等級(jí)的地址結(jié)構(gòu) 分兩個(gè)等級(jí)的好處 1 IP地址管理機(jī)構(gòu)在分配IP地址時(shí)只分配網(wǎng)絡(luò)號(hào) 而剩下的主機(jī)號(hào)則由得到該網(wǎng)絡(luò)號(hào)的單位自行分配 這樣就方便了IP地址的管理 2 路由器僅根據(jù)目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)號(hào)來轉(zhuǎn)發(fā)分組 而不考慮目的主機(jī)號(hào) 這樣就可以使路由表中的項(xiàng)目數(shù)大幅度減少 從而減小了路由表所占的存儲(chǔ)空間 IP地址的一些重要特點(diǎn) 2 實(shí)際上IP地址是標(biāo)志一個(gè)主機(jī) 或路由器 和一條鏈路的接口 1 當(dāng)一個(gè)主機(jī)同時(shí)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上時(shí) 該主機(jī)就必須同時(shí)具有兩個(gè)相應(yīng)的IP地址 其網(wǎng)絡(luò)號(hào)net id必須是不同的 這種主機(jī)稱為多接口主機(jī) multihomedhost 2 由于一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò) 這樣它才能將IP數(shù)據(jù)報(bào)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 因此一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)有兩個(gè)不同的IP地址 IP地址的一些重要特點(diǎn) 3 用轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋連接起來的若干個(gè)局域網(wǎng)仍為一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 因此這些局域網(wǎng)都具有同樣的網(wǎng)絡(luò)號(hào)net id 4 所有分配到網(wǎng)絡(luò)號(hào)net id的網(wǎng)絡(luò) 范圍很小的局域網(wǎng) 還是可能覆蓋很大地理范圍的廣域網(wǎng) 都是平等的 6 3子網(wǎng)和超網(wǎng)的基本概念 在ARPANET的早期 IP二級(jí)地址的設(shè)計(jì)確實(shí)不夠合理 IP地址空間的利用率有時(shí)很低 給每一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)會(huì)使路由表變得太大因而使網(wǎng)絡(luò)性能變壞 兩級(jí)的IP地址不夠靈活 從1985年起在IP地址中又增加了一個(gè) 子網(wǎng)號(hào)字段 使兩級(jí)的IP地址變成為三級(jí)的IP地址 這種做法叫作劃分子網(wǎng) subnetting 劃分子網(wǎng)已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議 從兩級(jí)IP地址到三級(jí)IP地址 子網(wǎng) Subnet 將一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)劃分成幾個(gè)較小的網(wǎng)絡(luò) 而每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有其自己的子網(wǎng)地址 劃分子網(wǎng)純屬一個(gè)單位內(nèi)部的事情 單位對(duì)外仍然表現(xiàn)為沒有劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò) 從主機(jī)號(hào)借用若干個(gè)比特作為子網(wǎng)號(hào) subnet id 而主機(jī)號(hào)host id也就相應(yīng)減少了若干個(gè)比特 劃分子網(wǎng)的基本思路 IP地址 子網(wǎng)號(hào)的比特位不能全為0和1 凡是從其他網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給本單位某個(gè)主機(jī)的IP數(shù)據(jù)報(bào) 仍然是根據(jù)IP數(shù)據(jù)報(bào)的目的網(wǎng)絡(luò)號(hào) net id 先找到連接在本單位網(wǎng)絡(luò)上的路由器 然后此路由器在收到IP數(shù)據(jù)報(bào)后 再按目的網(wǎng)絡(luò)號(hào)net id和子網(wǎng)號(hào)subnet id找到目的子網(wǎng) 最后就將IP數(shù)據(jù)報(bào)直接交付給目的主機(jī) 劃分子網(wǎng)的基本思路 續(xù) 145 13 3 10 145 13 3 11 145 13 3 101 145 13 7 34 145 13 7 35 145 13 7 56 145 13 21 23 145 13 21 9 145 13 21 8 所有到網(wǎng)絡(luò)145 13 0 0的分組均到達(dá)此路由器 我的網(wǎng)絡(luò)地址是145 13 0 0 R1 R3 R2 一個(gè)未劃分子網(wǎng)的B類網(wǎng)絡(luò)145 13 0 0 劃分為三個(gè)子網(wǎng)后對(duì)外仍是一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 145 13 3 10 145 13 3 11 145 13 3 101 145 13 7 34 145 13 7 35 145 13 7 56 145 13 21 23 145 13 21 9 145 13 21 8 子網(wǎng)145 13 21 0 子網(wǎng)145 13 3 0 子網(wǎng)145 13 7 0 所有到達(dá)網(wǎng)絡(luò)145 13 0 0的分組均到達(dá)此路由器 網(wǎng)絡(luò)145 13 0 0 R1 R3 R2 當(dāng)沒有劃分子網(wǎng)時(shí) IP地址是兩級(jí)結(jié)構(gòu) 地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段也就是IP地址的 因特網(wǎng)部分 而主機(jī)號(hào)字段是IP地址的 本地部分 劃分子網(wǎng)后IP地址就變成了三級(jí)結(jié)構(gòu) 劃分子網(wǎng)只是將IP地址的本地部分進(jìn)行再劃分 而不改變IP地址的因特網(wǎng)部分 劃分子網(wǎng)后變成了三級(jí)結(jié)構(gòu) 為了節(jié)約IP地址資源 人們提出了子網(wǎng)的概念 將原有IP地址中主機(jī)號(hào)部分進(jìn)一步劃分為子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)兩塊 從一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部并無法判斷源主機(jī)或目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)是否進(jìn)行了子網(wǎng)的劃分 使用子網(wǎng)掩碼 subnetmask 可以找出IP地址中的子網(wǎng)部分 子網(wǎng)掩碼也是一個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù) 前面的一些位為1 后面的一些為0 為1部分對(duì)應(yīng)著IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào) 為0的部分對(duì)應(yīng)著主機(jī)號(hào) 子網(wǎng)掩碼 IP地址的各字段和子網(wǎng)掩碼 網(wǎng)絡(luò)號(hào)net id 主機(jī)號(hào)host id 兩級(jí)IP地址 網(wǎng)絡(luò)號(hào) net id host id 三級(jí)IP地址 主機(jī)號(hào) 子網(wǎng)掩碼 因特網(wǎng)部分 本地部分 因特網(wǎng)部分 本地部分 劃分子網(wǎng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)地址 net id subnet id host id為全0 IP地址 AND 子網(wǎng)掩碼 網(wǎng)絡(luò)地址 網(wǎng)絡(luò)號(hào)net id 主機(jī)號(hào)host id 兩級(jí)IP地址 網(wǎng)絡(luò)號(hào) 三級(jí)IP地址 主機(jī)號(hào) 子網(wǎng)號(hào) 子網(wǎng)掩碼 因特網(wǎng)部分 本地部分 因特網(wǎng)部分 本地部分 劃分子網(wǎng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)地址 AND net id net id host id為全0 net id 網(wǎng)絡(luò)地址 A類地址 默認(rèn)子網(wǎng)掩碼255 0 0 0 網(wǎng)絡(luò)地址 B類地址 默認(rèn)子網(wǎng)掩碼255 255 0 0 網(wǎng)絡(luò)地址 C類地址 默認(rèn)子網(wǎng)掩碼255 255 255 0 111111111111111111111111 000000000000000000000000 1111111111111111 0000000000000000 11111111 00000000 host id為全0 host id為全0 ABC類IP地址的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼 計(jì)算子網(wǎng)和子網(wǎng)掩碼 在IP地址中通常使用與二進(jìn)制值相等的十進(jìn)制值 子網(wǎng)地址空間的劃分舉例 例 一個(gè)大型跨國(guó)公司的管理者從網(wǎng)絡(luò)管理中心獲得一個(gè)A類IP地址121 0 0 0 需要?jiǎng)澐?000個(gè)子網(wǎng) 分析 該公司需要有1000個(gè)物理網(wǎng)絡(luò) 加上主機(jī)號(hào)全0和全1的兩種特殊地址 子網(wǎng)數(shù)量至少為1002 選擇子網(wǎng)號(hào)的位長(zhǎng)為10 可以用來分配的子網(wǎng)最多為1024 滿足用戶要求 A類地址子網(wǎng)劃分后的結(jié)構(gòu) 子網(wǎng)地址空間的劃分 子網(wǎng)地址劃分結(jié)果 121 000000000000000000000000 121 000000000011111111111111 121 000000000100000000000000 121 000000000111111111111111 121 111111111100000000000000 121 111111111111111111111111 劃分子網(wǎng)后的網(wǎng)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 思考 如何劃分子網(wǎng) 1 公司申請(qǐng)到一個(gè)156 26 0 0地址 要?jiǎng)澐殖?10個(gè)子網(wǎng) 寫出相關(guān)子網(wǎng)的有效IP范圍及子網(wǎng)掩碼 2 同上 若要?jiǎng)澐殖?00個(gè)子網(wǎng) 又該如何實(shí)現(xiàn) 3 公司申請(qǐng)到一個(gè)216 26 220 0地址 要?jiǎng)澐殖?個(gè)子網(wǎng) 寫出相關(guān)子網(wǎng)的有效IP范圍及子網(wǎng)掩碼 判斷IP地址是否屬于同一個(gè)子網(wǎng) 在劃分子網(wǎng)的情況下 判斷兩臺(tái)主機(jī)是不是在同一個(gè)子網(wǎng)中 看它們的網(wǎng)絡(luò)號(hào)與子網(wǎng)地址是不是相同 實(shí)例 主機(jī)1的IP地址為156 26 27 71主機(jī)2的IP地址為156 26 27 110子網(wǎng)掩碼為255 255 255 192判斷它們是不是在同一個(gè)子網(wǎng)上 主機(jī)1的結(jié)果 主機(jī)2的結(jié)果 結(jié)論 子網(wǎng)號(hào)都是0001101101 因此它們屬于同一個(gè)子網(wǎng) 用IP地址與子網(wǎng)掩碼做與運(yùn)算 子