IP地址的分類

1、本章主要講述IP地址的分類和結(jié)構(gòu)，并針對IP地址的實際應(yīng)用需要提出了子網(wǎng)的概念，詳細(xì)闡述了子網(wǎng)編址的方法和子網(wǎng)劃分應(yīng)用技巧。本章學(xué)習(xí)要求：u 了解：Ipv6的概念及發(fā)展，從Ipv4向Ipv6過渡的主要技術(shù)u 掌握：IP地址的類型及特殊IP地址的應(yīng)用u 掌握：子網(wǎng)編址的方法和子網(wǎng)掩碼的使用u 掌握：子網(wǎng)劃分的方法6.1 IP地址概述本節(jié)主要講述IP地址的層次結(jié)構(gòu)和分類，詳細(xì)介紹了各類IP地址的特點和適用范圍，并對六類特殊IP地址進(jìn)行了分析，幫助讀者對IP地址的使用有個較深的認(rèn)識。 IP地址類型我們知道互聯(lián)網(wǎng)是一個由各種不同類型和規(guī)模的獨立運行、管理的計算機網(wǎng)絡(luò)組成的全球范圍的計算機網(wǎng)絡(luò)，那么這些

2、異種網(wǎng)絡(luò)間是如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的呢？它們之間是如何識別的呢？誕生于上世紀(jì)70年代的TCP/IP協(xié)議通過對網(wǎng)絡(luò)中傳送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行規(guī)定格式的封裝，規(guī)范了網(wǎng)絡(luò)上的所有通信設(shè)備，統(tǒng)一了機器間數(shù)據(jù)交換的格式和傳送方式。在互聯(lián)網(wǎng)上的每臺主機（或路由器）都有一個唯一的標(biāo)識IP地址。一個IP地址由網(wǎng)絡(luò)號（netid）和主機號（hostid）構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)號用于標(biāo)識互聯(lián)網(wǎng)中的一個特定網(wǎng)絡(luò)，主機號用于表示該網(wǎng)絡(luò)中主機的一個特定連接。目前，大多數(shù)IP編址方案仍采用Ipv4編址方案，即使用32位二進(jìn)制數(shù)組成，為了方便使用，將IP地址的32位二進(jìn)制分成四段，每段8位，中間用小數(shù)點隔開，然后將每八位二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，這種方

3、法叫做點分十進(jìn)制表示法。在現(xiàn)實世界中，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)需求的不同，有的網(wǎng)絡(luò)可能含有較多的計算機，也有的網(wǎng)絡(luò)包含較少的計算機，于是按照網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小，IP協(xié)議將IP地址分成A、B、C、D、E五類，它們分別用IP地址的高位來區(qū)分，如圖6-1所示。圖6-1 IP地址的分類用戶一般只使用A、B和C類地址，每類地址表示的實際網(wǎng)絡(luò)數(shù)和主機數(shù)要比理論的小，這是因為每類地址中都有一些特殊用途的地址。D類IP地址用于多目的地址發(fā)送，E類IP地址供將來使用。表6-1列出各類IP地址的特點。表6-1各類IP地址的特點類別類標(biāo)識第一字節(jié)網(wǎng)絡(luò)地址長度主機地址長度最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)最大主機數(shù)適用范圍A類011261字節(jié)3字節(jié)126167

4、77214大型網(wǎng)絡(luò)B類101281912字節(jié)2字節(jié)1638265534中型網(wǎng)絡(luò)C類1101922233字節(jié)1字節(jié)2097150254小型網(wǎng)絡(luò)D類1110224239多點播送E類11110240247保留地址 特殊IP地址互聯(lián)網(wǎng)中有六類IP地址具有特殊的用途，不能分配給主機。1. 網(wǎng)絡(luò)地址當(dāng)用戶要表示一個網(wǎng)絡(luò)時就要用到網(wǎng)絡(luò)地址。在IP地址編碼方案中，網(wǎng)絡(luò)地址由一個有效的網(wǎng)絡(luò)號和全“0”的主機號構(gòu)成。如某主機的IP地址為168.36.12.55，這是一個B類地址，則此主機所在網(wǎng)絡(luò)的地址為168.36.0.0。2. 直接廣播地址當(dāng)用戶想向互聯(lián)網(wǎng)中某個網(wǎng)絡(luò)中所有主機發(fā)送數(shù)據(jù)報，叫直接廣播，具有這種特點

5、的IP地址叫直播廣播地址。在IP地址編碼方案中，直接廣播地址由一個有效的網(wǎng)絡(luò)號和全“1”的主機號構(gòu)成。如當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)中的一臺主機使用168.36.255.255為目標(biāo)地址發(fā)送數(shù)據(jù)報時，則網(wǎng)絡(luò)號為168.36.0.0的網(wǎng)絡(luò)中所有主機都能收到該數(shù)據(jù)報。3. 有限廣播地址當(dāng)用戶想向本網(wǎng)中每一臺主機發(fā)送數(shù)據(jù)報，叫有限廣播。有限廣播將廣播限制在最小的范圍內(nèi)，當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)的IP地址編碼，有限廣播將發(fā)生在本網(wǎng)絡(luò)之中，若采用子網(wǎng)編址，有限廣播將被限制在本子網(wǎng)中。有限廣播地址為255.255.255.255。4. 本網(wǎng)特定主機地址當(dāng)用戶想與本網(wǎng)內(nèi)部特定主機通信時，可通過將網(wǎng)絡(luò)地址全部設(shè)為“0”進(jìn)行簡化（或不知道本網(wǎng)的

6、網(wǎng)絡(luò)地址）。如某主機發(fā)送數(shù)據(jù)報時，其目標(biāo)IP地址為0.0.136.32（B類地址），則表示該數(shù)據(jù)報要送到本網(wǎng)主機號為136.42的主機上。5. 回送地址A類地址中，網(wǎng)絡(luò)地址為127的地址用于網(wǎng)絡(luò)軟件測試或本機進(jìn)程間通信。發(fā)送到這種地址的數(shù)據(jù)報不輸出到線路上，立即返回。6. 本網(wǎng)絡(luò)本主機全“0”的IP地址表示本網(wǎng)絡(luò)上的本主機。 子網(wǎng)掩碼IP地址使用網(wǎng)絡(luò)號和主機號的兩層地址結(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)大量個人用戶或小型局域網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)，即使分配一個C類網(wǎng)絡(luò)地址也會造成IP地址的浪費。因此出現(xiàn)了將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步劃分若干子網(wǎng)的設(shè)計，即把兩層IP地址結(jié)構(gòu)中的主機號細(xì)分為子網(wǎng)號和主機號，如圖6.2所示。圖6.2 子網(wǎng)IP地址

7、結(jié)構(gòu)為了標(biāo)識一個IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號、子網(wǎng)號、主機號，就設(shè)計了子網(wǎng)掩碼。子網(wǎng)掩碼的長度也是32位，左邊是網(wǎng)絡(luò)位，用二進(jìn)制數(shù)字“1”表示；右邊是主機位，用二進(jìn)制數(shù)字“0”表示。如一個C類地址取主機號的兩位為子網(wǎng)號，則掩碼為11111111.11111111.11111111.11000000（255.255.255.192），子網(wǎng)可以產(chǎn)生64個可能的主機地址，但全0用于標(biāo)識子網(wǎng)自身，全1用于子網(wǎng)廣播，只有62個地址可用，如網(wǎng)絡(luò)號為192.168.7，則子網(wǎng)IP地址范圍為：192.168.7.193192.168.7.254。子網(wǎng)掩碼不能單獨存在，它必須結(jié)合IP地址一起使用。子網(wǎng)掩碼只有一個作用，就

8、是將某個IP地址劃分成網(wǎng)絡(luò)號和主機號兩部分。 6.2 子網(wǎng)編址本節(jié)主要講述子網(wǎng)編址的方法，通過學(xué)習(xí)，讀者能夠根據(jù)IP地址和子網(wǎng)掩碼，明確一個IP地址的具體組成，哪些位是網(wǎng)絡(luò)號，哪些位是子網(wǎng)號，哪些位是主機號。 子網(wǎng)編址方法對一個標(biāo)準(zhǔn)IP地址，通過將主機號的高位“借”出做為子網(wǎng)號，子網(wǎng)借用的主機號位數(shù)應(yīng)至少2位，借出后至少要剩余2位。B類地址最多只能用14位去創(chuàng)建子網(wǎng)，C類最多只能借用6位去創(chuàng)建子網(wǎng)。劃分子網(wǎng)的步驟一般為： 1. 確定哪些組地址歸我們使用。比如我們申請到的網(wǎng)絡(luò)號為 “166.73.”，該網(wǎng)絡(luò)地址為B類IP地址，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識為“”。 2. 根據(jù)我們現(xiàn)在所需的子網(wǎng)數(shù)以及將來可能擴充到的子

9、網(wǎng)數(shù)，用主機號的一些位來定義子網(wǎng)。比如我們現(xiàn)在需要12個子網(wǎng)，將來可能需要16個。用第三個字節(jié)的前四位確定子網(wǎng)，則在子網(wǎng)的主機號可用12位 表示。3. 把對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)號各個位都置為“1”，標(biāo)識主機號的置為“0”，則子網(wǎng)掩碼的間斷二進(jìn)制形式為：“11111111.11111111.”4. 把這個數(shù)轉(zhuǎn)化為間斷十進(jìn)制形式為：“255.255.”，這個數(shù)為該網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼。 子網(wǎng)地址和子網(wǎng)廣播地址與標(biāo)準(zhǔn)的IP地址一樣，子網(wǎng)編址也保留了子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和子網(wǎng)廣播的地址編號。在子網(wǎng)編址中，以二進(jìn)制全“0”結(jié)尾的IP地址表示子網(wǎng)，二進(jìn)制全“1” 結(jié)尾的IP地址表示子網(wǎng)廣播。如有一個C類網(wǎng)絡(luò)：200.110.26.0，

10、可以借用主機號的3位來劃分子網(wǎng)，其中子網(wǎng)號、主機號范圍、可容納的主機數(shù)、子網(wǎng)地址、子網(wǎng)廣播地址如表6.2所示：表6.2 一C類網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)劃分子網(wǎng)子網(wǎng)號子網(wǎng)IP主機號標(biāo)準(zhǔn)IP主機號可容納主機數(shù)子網(wǎng)地址廣播地址第1個子網(wǎng)0010000111110.33.6230200.110.第2個子網(wǎng)0100000111110.65.9430第3個子網(wǎng)0110000111110.97.12630第4個子網(wǎng)1000000111110.129.15830第5個子網(wǎng)1010000111110.161.19030200.110.第6個子網(wǎng)1100000111110.193.22230為了與標(biāo)準(zhǔn)IP編址一致，二進(jìn)制全“0

11、”或全“1”的子網(wǎng)號也不能分配給實際的子網(wǎng)，所以在規(guī)劃子網(wǎng)時應(yīng)去掉這兩個號。在標(biāo)準(zhǔn)IP編址中全為“1”的IP地址（255.255.255.255）為有限廣播地址，若在子網(wǎng)中使用該廣播地址，廣播將被限制在本子網(wǎng)中。 子網(wǎng)表示方法標(biāo)準(zhǔn)的IP地址，通過網(wǎng)絡(luò)號就能確定網(wǎng)絡(luò)類別，對子網(wǎng)編址，我們則采用子網(wǎng)掩碼來標(biāo)識。前面已經(jīng)講過，子網(wǎng)掩碼的長度與IP地址長度一樣，也是用32位二進(jìn)制表示。在子網(wǎng)掩碼中，與IP地址的網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號對應(yīng)的位用“1”表示，與主機號對應(yīng)的位用“0”表示。將IP地址與子網(wǎng)掩碼相結(jié)合，就可以判斷出一個IP地址中哪些位表示網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)，哪些位表示主機號了。如我們通過查看一臺主機的連接屬

12、性，看到圖6.3：圖 6.3 主機IP地址圖6.4 子網(wǎng)掩碼通過比較IP地址和子網(wǎng)掩碼，借用了IP地址第4個字節(jié)的前4位表示子網(wǎng)，后4位表示主機，所以其網(wǎng)絡(luò)號為：192.168.7，子網(wǎng)號為：1（0001），主機號為：5（0101）。6.3 子網(wǎng)編址實例分析 本節(jié)主要講述如何根據(jù)實際需求對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行子網(wǎng)規(guī)劃和配置，并提出在子網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)注意的事項。 子網(wǎng)規(guī)劃在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，子網(wǎng)的規(guī)劃和IP地址分配占有舉足輕重的地位。當(dāng)選擇子網(wǎng)號和主機號時，要考慮到子網(wǎng)號能產(chǎn)生足夠的子網(wǎng)，每個子網(wǎng)中能夠容納足夠的主機。如用戶申請到一個C類網(wǎng)絡(luò)地址193.168.100.0，需要在該網(wǎng)絡(luò)中劃分出5個子網(wǎng)，怎么辦呢？如果

13、用主機號中的2位表示子網(wǎng)號，能劃出4 個子網(wǎng)，借用3位能劃出8個子網(wǎng)，借用4位能劃出16個子網(wǎng)，除去全0和全1，分別能劃出2、6、14個子網(wǎng)，現(xiàn)在要求劃分出5個子網(wǎng)，所以向主機號借用3位即可滿足。表6.3 C類網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)劃分關(guān)系子網(wǎng)借用主機位數(shù)子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)數(shù)每子網(wǎng)容納主機數(shù)226236304141453066622這樣可用的子網(wǎng)號是001、010、011、100、101和110（注意000和111除外）。主機號中就余5位來標(biāo)識了，每一子網(wǎng)中共有32個主機號，其中30個可用，即每個子網(wǎng)最多有30臺主機。子網(wǎng)掩碼為：11111111.11111111.11111111.11100000（255.25

14、5.255.224）0100.00100000（193.168.100.32）主機號：3362子網(wǎng)地址：11000001.10101000.01100100.00100000（193.168.100.64）主機號：6594子網(wǎng)地址：11000001.10101000.01100100.00100000（193.168.100.96）主機號：97126子網(wǎng)地址：11000001.10101000.01100100.00100000（193.168.100.128）主機號：129158子網(wǎng)地址：11000001.10101000.01100100.00100000（193.168.100.160）

15、主機號：161190子網(wǎng)地址：11000001.10101000.01100100.00100000（193.168.100.192）主機號：193222需要注意的是：1. 該網(wǎng)絡(luò)原可以使用254臺主機，通過劃分出6個子網(wǎng)后，最多只能使用180臺主機。2. 在進(jìn)行子網(wǎng)互聯(lián)時，路由器也需要占用有效的IP地址，因此，在計算網(wǎng)絡(luò)中（或子網(wǎng)中）需要使用的IP地址時，不要忘記連接該網(wǎng)絡(luò)（或子網(wǎng)）的路由器。 局域網(wǎng)劃分子網(wǎng)在實踐中，有時會將一個物理網(wǎng)絡(luò)劃分成幾個小規(guī)模的子網(wǎng)，如在一個公司，根據(jù)職能部門劃分出多個邏輯上獨立的子網(wǎng)，由于沒有路由器的轉(zhuǎn)發(fā)，子網(wǎng)之間的主機不能相互通信。如分配給該網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址是1

16、92.168.7.0，這是一個C類地址，我們以最后一個字節(jié)的前4位表示子網(wǎng)號，后4位表示主機號，這樣子網(wǎng)掩碼為255.255.255.240，可以分出14個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)最多有14臺主機。子網(wǎng)IP地址范圍子網(wǎng)地址直接廣播有限廣播1192.168.7.17.302192.168.7.33.463192.168.7.49.624192.168.7.65.785192.168.7.81.946192.168.7.97.1107192.168.7.113.1268192.168.7.129.1429192.168.7.145.15810192.168.7.161.17411192.168.7.177.

17、19012192.168.7.193.20613192.168.7.209.22214192.168.7.225.238在子網(wǎng)規(guī)劃好后，就可以進(jìn)行主機配置了。1. 在任務(wù)欄中選擇本地連接的圖標(biāo)點鼠標(biāo)右鍵，選擇打開“網(wǎng)絡(luò)連接”，在“本地連接”上選擇“屬性”，或者從“開始”“設(shè)置”“控制面板”“網(wǎng)絡(luò)和拔號連接”“本地連接”“屬性”，進(jìn)入“本地連接屬性”對話框，如圖6.5所示：圖6.5 “本地連接屬性”對話框2. 選中“此連接使用下列選定的組件”列表中的“Internet協(xié)議（TCP/IP）”，單擊“屬性”按鈕，進(jìn)行TCP/IP配置，如圖6.6所示：圖6.6 Internet協(xié)議（TCP /IP）屬

18、性3. 按IP地址分配方案，設(shè)置計算機IP地址，分別填入IP地址和子網(wǎng)掩碼后，如圖6.7所示，單擊“確定”返回“本地連接屬性”界面。圖6.7 配置IP地址和子網(wǎng)掩碼4. 通過單擊“本地連接屬性”界面中的“確定”按鈕，完成配置。5. 在命令提示符中運行ipconfig命令查看網(wǎng)絡(luò)的IP地址、子網(wǎng)掩碼等配置情況。6.4 IPv6 本節(jié)主要介紹Ipv6的來源和發(fā)展，并對IPv6和IPv4進(jìn)行了比較，最后對IPv6的尋址方式和從IPv4向IPv6過渡的主要技術(shù)進(jìn)行了一個簡單闡述。 Ipv6的基本概念現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)是在IPv4協(xié)議的基礎(chǔ)上運行。隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，IPv4定義的有限地址空間將被耗盡，地址空

19、間的不足必將影響互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。IPv4采用32位地址長度，只有大約43億個地址，估計在20052010年間將被分配完畢。 IPv6是Internet Protocol Version 6的縮寫，其中Internet Protocol譯為“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議”。IPv6是IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組，Internet Engineering Task Force）設(shè)計的用于替代現(xiàn)行版本IP協(xié)議（IPv4）的下一代IP協(xié)議。IPv6采用128位地址長度，按保守方法估算IPv6實際可分配的地址，整個地球每平方米面積上可分配1000多個地址。在IPv6的設(shè)計過程中還考慮了在IPv4中解決不好的其

20、它問題。如果說IPv4實現(xiàn)的只是人機對話，而IPv6則擴展到任意事物之間的對話，它不僅可以為人類服務(wù)，還將服務(wù)于眾多硬件設(shè)備，如家用電器、傳感器、遠(yuǎn)程照相機、汽車等，它將是無時不在，無處不在的深入社會每個角落的真正的寬帶網(wǎng)。而且它所帶來的經(jīng)濟效益將非常巨大。 1. 與IPV4相比，IPV6具有以下幾個優(yōu)勢：(1) IPv6具有更大的地址空間。IPv4中規(guī)定IP地址長度為32，即有232-1個地址；而IPv6中IP地址的長度為128，即有2128-1個地址。(2) IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一開始就遵循聚類（Aggregation）的原則，這使得路由器能在路由表中用一條記錄（E

21、ntry）表示一片子網(wǎng)，大大減小了路由器中路由表的長度，提高了路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度。 (3) IPv6增加了增強的組播（Multicast）支持以及對流的支持（Flow Control），這給網(wǎng)絡(luò)上的多媒體應(yīng)用提供了長足發(fā)展的機會，為服務(wù)質(zhì)量（QoS，Quality of Service）控制提供了良好的網(wǎng)絡(luò)平臺。(4) IPv6加入了對自動配置（Auto Configuration）的支持。這是對DHCP協(xié)議的改進(jìn)和擴展，使得網(wǎng)絡(luò)（尤其是局域網(wǎng)）的管理更加方便和快捷。(5) IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6網(wǎng)絡(luò)中用戶可以對網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并對IP報文進(jìn)行校驗，極大的增強了網(wǎng)絡(luò)的

22、安全性。2. IPv6尋址在 IPv6中，可使用以下三種形式表示IP地址：(1) 冒號十六進(jìn)制形式這是首選形式 n:n:n:n:n:n:n:n，由八個16 位地址元素組成，每個地址元素用十六進(jìn)制值表示。例如：3FFE:FFFF:7654:FEDA:1245:BA98:3210:4562.(2) 壓縮形式由于地址長度要求，地址中經(jīng)常包含由零組成的長字符串。為了簡化對這些地址的寫入，可以使用壓縮形式。在這一壓縮形式中，多個 0 塊的單個連續(xù)序列由雙冒號符號 (:) 表示。此符號只能在地址中出現(xiàn)一次。例如，多路廣播地址 FFED:0:0:0:0:BA98:3210:4562 的壓縮形式為 FFED:BA98:3210:4562。單播地址 3FFE:FFFF:0:0:8:800:20C4:0 的壓縮形式為 3FFE:FFFF:8:800:20C4:0。環(huán)回地址 0:0:0:0:0:0:0:1 的壓縮形式為 :1。未指定的地址 0:0:0:0:0:0:0:0 的壓縮形式為 :。(3) 混合形式此形式組合 IPv4 和 IPv6 地址。在此情況下，地址格式為 n:n:n:n:n:n:d.d.d.d，其中每個 n 都表示六個 IPv6 高序位 16 位地址元素之一的十六進(jìn)制值，每個 d 都表示 IPv4 地址的十進(jìn)制值。 由IPv4向IPv6過渡美國國防部因為IPv6在安全方面的