IP地址的分类与划分子网ppt课件

计算机网络技术 IP地址的分类与划分子网 1 2 学习目标 了解IP地址的分类了解子网的含义理解划分子网的好处掌握划分子网的方法根据需求 熟练配置子网掩码 3 主要内容 网络互联关于IP子网掩码子网划分方法实例 网络互联IP层网络互联随着信息技术的发展 单一的局域网络无法满足用户各种的需求 我们在日常生活中使用的计算机网络通常都是由多种不同类型的局域网互联而形成的 这种互联网络简称为互联网 internet 是利用互联设备路由器 Router 将两个或多个物理网络相互联接而形成的 4 网络互联6 1 1IP层网络互联 互联网 5 6 1网络互联6 1 1IP层网络互联互联网屏蔽了各个物理局域网络的差别 例如寻址机制的差别 帧最大长度的差别 差错恢复的差别等等 隐藏了各个物理网络实现细节 为用户提供通用服务 因此 用户常常把互联网看成一个虚拟网络系统 6 网络互联6 1 1IP层网络互联 虚拟IP网 7 网络互联6 1 2IP层与数据链路层如果说IP数据报是IP互联网中行驶的车辆 那么IP协议就是IP互联网中的交通规则 连入互联网的每台计算机及处于十字路口的路由器都必须熟知和遵守该交通规则 发送数据的主机需要按IP协议装载数据 路由器需要按IP协议指挥交通 接收数据的主机需要按IP协议拆卸数据 满载着数据的IP数据包从源主机出发 在沿途各个路由器的指挥下 就可以顺利地到达目的主机 8 6 1网络互联6 1 2IP层与数据链路层 互联网工作机理示意图 9 6 1网络互联6 1 2IP层与数据链路层 虚拟IP层直接传输 10 6 1网络互联6 1 3IP层的特点互联网应该屏蔽低层网络的差异 为用户提供通用的服务 具体地讲 运行IP协议的互联层可以为其高层用户提供的服务有如下3个特点 1 不可靠的数据投递服务 2 面向无连接的传输服务 3 尽最大努力投递服务 11 6 1网络互联6 1 4IP互联网的特点IP互联网是一种面向非连接的互联网络 它对各个物理网络进行高度的抽象 形成一个大的虚拟网络 总的来说 IP互联网具有如下特点 1 IP互联网隐藏了低层物理网络细节 向上为用户提供通用的 一致的网络服务 2 IP互联网不指定网络互联的拓扑结构 也不要求网络之间全互联 3 IP互联网能在物理网络之间转发数据 信息可以跨网传输 4 IP互联网中的所有计算机使用统一的 全局的地址描述法 5 IP互联网平等地对待互联网中的每一个网络 不管这个网络规模是大还是小 也不管这个网络的速度是快还是慢 12 6 2IP地址6 2 1IP地址的作用现存的网络统一物理地址的表示方法是不现实的 因为物理地址表示方法是和每一种物理网络的具体特性联系在一起的 市场也需要不同的物理网络 因此 互联网对各种物理网络地址的 统一 必须在IP层完成 Internet使用IP协议 在全球范围内实现不同硬件结构 不同操作系统 不同网络系统的互联 在Internet上 每一个节点都依靠IP地址互相区分和相互联系 13 6 2IP地址6 2 1IP地址的作用IP地址构成了整个Internet的基础 每一台联网的主机无权自行设定IP地址 而是由因特网名字与号码指派公司 ICANN 负责对申请的组织分配唯一的网络ID 而该组织可以对自己的网络中的每一个主机分配一个唯一的主机ID 正如一个单位无权决定自己在所属城市的街道名称和门牌号 但可以自主决定本单位内部的各个办公室编号一样 14 6 2IP地址6 2 2IP地址的层次结构 互联网的层次结构 IP地址的层次结构 15 16 Internet依靠TCP IP协议 在全球范围内实现不同硬件结构 不同操作系统 不同网络系统的互联 在Internet上 每一个节点都依靠唯一的IP地址互相区分和相互联系 1 0关于IP 17 IP地址是一个32位二进制数的地址 由4个8位字段组成 每个字段之间用点号隔开 用于标识TCP IP宿主机 IP地址由两部分组成 前面一部分是是网络号 后面是主机号 网络号决定了主机所处位置的信息 相当于我们电话号码的区号 主机号才是该机器的地址 IP地址原理是基于二进制的形式 但我们在使用的时候 全部换算成了十进制 只有在计算子网掩码的时候 才用二进制的形式来表示 例如二进制IP地址 11001010010111010111100000101100表示成点分十进制 202 93 120 44 1 0关于IP 18 IPv4A类地址 A类网络ID的前缀长度只有8位 A类网络ID的网络数量限制为1 126个 A类地址的第一个位总为0 这一点在数学上限制了A类地址的范围小于127主机ID24位可用来标识多达16 777 214个主机 这个数是由2的24次方再减去2得到的 减2是必要的 因为IP把全0保留为表示网络而全1表示网络内的广播地址 其中10 0 0 0和10 255 255 255保留 网络ID位 主机ID位 A类地址 19 IPv4B类地址 16位表示B类网络ID 用16位表示主机ID B类地址的第1个8位位组的前两位总置为10可以将B类地址分配给16 384个网络 128 191 每个网络可以有65 534个主机 216 2 65534 其中172 16 0 0和172 31 255 255保留 网络ID位 主机ID位 B类地址 20 IPv4C类地址 C类地址的三个高序位总是设置为110 前24位中剩余21位指定特定的网络 后8位指定了特定的主机 C类地址可以分配给2 097 152个网络 192 223 每个网络可以有254 28 2 个主机 网络ID位 主机ID位 C类地址 D类地址 D类地址用于在IP网络中的组播 multicasting 又称为多目广播 D类地址的前4位恒为1110 预置前3位为1意味着D类地址开始于128 64 32等于224 第4位为0意味着D类地址的最大值为128 64 32 8 4 2 1为239 因此D类地址空间的范围从224 0 0 0到239 255 255 254 21 E类地址 E类地址保留作研究之用 因此Internet上没有可用的E类地址 E类地址的前4位恒为1 因此有效的地址范围从240 0 0 0至255 255 255 255 22 关于IP IP IP地址分类情况表 根据分类IP地址的格式可以算出这三类地址中容纳的网络数和主机数 具体情况如表所示 23 24 关于IP 25 网络172 16 0 0 1 0关于IP回顾 关于IP 并不是所有的IP地址都能拿来分配 其中一些地址是有特殊含义的 大致有三种情况 主机ID不能 全部是0 或 全部是1 IP地址的网络ID和主机ID不能设成 全部为0 或 全部为1 IP地址的头一个字节不能是127 26 6IP地址6 2 5特殊IP地址正如特别的电话号码表示特别的用途 也需要特殊的IP地址表示一些特殊的含义 1 网络地址在互联网中 经常需要使用 网络地址 表示一个网络 IP地址方案规定 网络地址是 有效的网络号 全 0 的主机号 例如 在A类网络中 地址69 0 0 0就表示网络号为69的网络地址 IP地址为201 53 203 67的主机所处的网络为201 53 203 0 它的主机号为67 27 IP地址6 2 5特殊IP地址2 广播地址当一个主机向网络上所有的主机发送数据时 就产生了广播 IP广播有两种形式 1 直接广播IP地址方案规定 直接广播地址是 有效的网络号 全 1 的主机号 在IP互联网中 任意一台主机均可向其他网络进行直接广播 例如C类地址201 53 203 255就是一个直接广播地址 向这个地址发送信息 会将信息同时发送到网络201 53 203 0里面的所有主机 28 IP地址6 2 5特殊IP地址2 广播地址 2 本网广播地址255 255 255 255表示本网广播地址 也称作有限广播地址 如果分类IP编址 那么广播将被限制在本网络之中 如果采用子网划分编址 那么广播将被限制在本子网之中 本网广播不需要知道网络号 因此 在主机不知道本机所处的网络时 如主机的启动过程中 只能采用本网广播方式 29 IP地址6 2 5特殊IP地址3 环回地址环回地址 LoopbackAddress 也称为回送地址 网络号为127 0 0 0的地址是一个保留地址 代表 本机 用于网络软件测试以及本机进程之间 无论什么程序 一旦使用环回地址发送数据 系统的中TCP IP协议软件不进行任何网络传输 立即将之返回 因此 含有网络号127的数据报不可能出现在任何网络上 常常使用 ping127 0 0 1 来测试本机TCP IP协议软件是否正常工作 30 IP地址6 2 5特殊IP地址4 内网地址内网地址 也称专用地址 这些地址只能用于一个单位的内部通信 而不能用于和因特网上的主机通信 保留了三个地址区域作为内网地址 其地址范围如下 A类 10 0 0 0 10 255 255 255B类 172 16 0 0 172 31 255 255C类 192 168 0 0 192 168 255 255如果使用的是内网地址 又想访问因特网 必须通过路由器或服务器的NAT 网络地址转换 服务 把内网地址转换为合法的IP地址 来 间接 上网 也就是常说的 共享上网 31 IP地址6 2 6IP编址实例 32 IP地址6 2 7子网划分1 为什么要划分子网Internet组织机构在早期定义这五种分类的IP地址 在今天看来存在着很多不合理的地方 1 IP地址利用率较低 2 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 3 两级的IP地址不够灵活 33 34 一 划分子网1 减少网络拥塞 把大量用户放在单个网段上容易拥挤 2 可以支持不同的网络技术 支持异构网络3 保证网络的安全性 可以用路由器将一个网段和另一个隔开4 可以减少广播的影响 实现更小的广播域5 解决不同物理空间的主机使用同一网络 子网 6 2IP地址6 2 7子网划分子网编址将IP地址的主机号部分进一步划分成子网号部分和主机号部分 使两级的IP地址就变成了三级IP地址 三级IP地址的层次结构 35 6 2IP地址6 2 7子网划分 子网划分实例 36 6 2IP地址6 2 7子网划分与标准的IP地址一样 子网编址也定义子网网络地址和子网广播 主机号全 0 表示子网网络地址 主机号全 1 表示子网广播地址 对一个C类网络进行子网划分 37 38 1 1子网 子网通过 子网掩码 表示子网掩码不能单独存在 它必须结合IP地址一起使用 子网掩码只有一个作用 就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分 子网掩码采用了32位二进制数值与IP地址的网络号和子网号相对应的位用 1 表示与IP地址的主机号相对应的位用 0 表示 6 3子网掩码6 3 2子网掩码举例 39 40 net id net id host id为全0 net id 网络地址 A类地址 默认子网掩码255 0 0 0 网络地址 B类地址 默认子网掩码255 255 0 0 网络地址 C类地址 默认子网掩码255 255 255 0 111111111111111111111111 000000000000000000000000 1111111111111111 0000000000000000 11111111 00000000 host id为全0 host id为全0 ABC类IP地址的默认子网掩码 41 自定义子网掩码 子网掩码根据子网的变化而变化未做子网划分的ip地址 网络号 主机号做子网划分后的ip地址 网络号 子网号 子网主机号 也就是说ip地址在划分子网后 以前的主机号位置的一部分给了子网号 余下的是子网主机号 1 2子网掩码 42 1 3划分子网方法 划分子网就是确定子网位 子网位来自主机地址的最高相邻位 并从一个8位的位组边界开始 因为默认的子网掩码总是在8位位组的边界处结束 随着主机位中加入子网位的增加 我们可以从左到右计数 并用相关位置的值 43 1 4子网划分实例 例1 学院新建4个机房 每个房间有25台机器 给定一个网络地址空间 192 168 10 0 现在需要将其划分为4个子网 求子网地址与子网掩码 分析 192 168 10 0是一个C类的IP地址 标准掩码为 255 255 255 0 如要划分为4个子网必然要向最后的8位主机号借位 网络号不能用 那借几位呢 44 未划分子网情况 192 168 10 01100000010101000000010100000000011111111111111111111111100000000255 255 255 0 划分四个子网后的情况 1 4子网划分实例 45 192 168 10 01100000010101000000010100000001011111111111111111111111111100000255 255 255 224 借三位有如下几种情况 000不能用 全0表示网络地址111不能用 全1表示广播地址001101020113100410151106 1 4子网划分实例 46 相对应的子网需要借3位 主机位数剩5位 确定了子网部分 最后的这8位得到6个可用的子网地址 全部转换为点分十进制表示如下 11000000101010000000101000100000 192 168 10 3211000000101010000000101001000000 192 168 10 64 1 4子网划分实例 47 11000000101010000000101001100000 192 168 10 9611000000101010000000101010000000 192 168 10 12811000000101010000000101010100000 192 168 10 16011000000101010000000101011000000 192 168 10 192 这就得出了所有子网的网络地址 下面确定子网的主机地址 注意 在一个网络中主机地址全为0的IP是网络地址 全为1的IP是网络广播地址 不可用 所以我们的子网地址和子网主机地址如下 1 4子网划分实例 48 1 4子网划分实例 子网1的IP区间 11000000 10101000 00001010 00100001 192 168 10 3311000000 10101000 00001010 00111110 192 168 10 62子网2的IP区间 11000000 10101000 00001010 01000001 192 168 10 6511000000 10101000 00001010 01011110 192 168 10 94 49 子网1 192 168 10 32掩码 255 255 255 224主机IP 192 168 10 33 62子网2 192 168 10 64掩码 255 255 255 224主机IP 192 168 10 65 94子网3 192 168 10 96掩码 255 255 255 224主机IP 192 168 10 97 126 1 4子网划分实例 50 子网4 192 168 10 128掩码 255 255 255 224主机IP 192 168 10 129 158子网5 192 168 10 160掩码 255 255 255 224主机IP 192 168 10 161 190子网6 192 168 10 192掩码 255 255 255 224主机IP 192 168 10 193 222我们取出前面的4个子网就可以完成题目了 1 4子网划分实例 1 4子网划分 尽管子网划分便于对网络的管理 但是也应该注意 子网划分实际上要耗费一些IP地址 以上面的例子来看 当拿出3位主机ID作为子网ID时 原本可以获得8个子网 每个子网30个可用IP地址 但是 按照子网划分的要求 全 0 和全 1 的子网ID不能使用 这就意味着有60个IP地址因为子网划分而不能分配 由此可见 子网划分同样有利有弊 51 C类网络的子网划分 子网划分主要考虑两个问题 当前网络需要划分几个子网 每个子网最多支持多少台主机 C类网络的子网划分 52 53 例2 网络156 169 1 120 30上有多少可用的主机地址 A 2B 8C 16D 32注 30表示子网掩码前30位为1 1 4子网划分实例 54 例3 一个公司有10个部门 要求给每个部门划分不同的网段 但是都在192 168 1 0这个大网内 并且每个部门要容纳20台计算机 请为这个公司选择子网掩码 A 255 255 255 192B 255 255 255 224C 255 255 255 240D 不能实现 1 4子网划分实例 1 4子网划分实例 下面用一个具体的实例来说明子网划分的过程 比如某个公司获得了一个C类网络地址201 100 100 0 该公司现有负责市场 生产和科研的三个部门 这三个部门要分属不同的子网 每个子网最多支持20台主机 现在要求规划出子网掩码和每个子网可用的IP地址 55 1 4子网划分实例 56 6 4无分类编址CIDR子网编址对IP地址的利用率还是不够高 根本原因在于分类编址的网络类别只能使用一种子网掩码 这就限制了在给定的子网数目条件下主机的数目 采用变长子网掩码VLSM VariableLengthSubnetMask 可在划分子网时可使用多个不同的子网掩码 变长子网掩码可进一步提高IP资源的利用率 在变长子网掩码的基础之上又发展出了无分类编址方法CIDR ClasslessInter DomainRouting 无分类域间路由选择 分类编址实际上是无分类编址的一个特例 57 6 4无分类编址CIDR1 CIDR消除了传统的ABC类地址以及划分子网的概念CIDR把32位的IP地址划分为两个部分 前面的部分是 网络前缀 network prefix 简称 前缀 用来指明网络 后面的部分则用来指明主机 CIDR使IP地址从三级编址 使用子网掩码 又回到了两级编址 CIDR的表示方法是 网络前缀 主机号CIDR的网络前缀使用13位 27位可变网络号 而不是ABC类网络ID所用的固定的8 16和24位 CIDR采用 斜线记法 表示网络前缀 即在IP地址后面加上斜线 然后写上网络前缀所占的位数 例如 IP地址128 14 35 7 20 表示前20位是网络地址 后面12位是主机地址 58 6 4无分类编址CIDR2 CIDR地址块CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个 CIDR地址块 我们只要知道CIDR地址块中的任何一个地址 就可以知道这个地址