ip地址的概念及层次结构

1、11IPTOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 IP地址1物理地址和逻辑地址1IP地址的结构、分类与表示2 HYPERLINK l bookmark4 IP地址的结构2 HYPERLINK l bookmark6 IP地址的表示2 HYPERLINK l bookmark10 IP地址分类3IP地址具有的特点4保留IP地址4 HYPERLINK l bookmark12 网络地址4 HYPERLINK l bookmark14 广播地址4 HYPERLINK l bookmark16 回送地址5 HYPERLINK l bookmark18 所有地址5公用地址和

2、私有地址6子网划分6子网编址模式下的地址结构6 HYPERLINK l bookmark22 子网掩码7子网划分的方法8 HYPERLINK l bookmark26 可变长子网掩码(VLSM)9无类别域间路由CIDR9IP地址的规划与分配10111.IP地址为了使Internet,Internet唯一的1.1物理地址和逻辑地址每一个物理网络中的网络设备都有其真实的物理地址。物理网络的技术和标准不同，其物理地址编码也不同。以太网物理地址用48位二进制数编码。因此可以用12个十六进制数表示一个物理地址。一般格式为00-10-5a-63-aa-99。物理地址也叫路层地址，即二层地址。以太网就是利用

3、MAC地址标识网络中的一个结点，两个以太网结点的通信需要知道对方的的网络接口卡的MAC地址。物理地址通常是由网络设备的生产厂家直接烧入设备点的通信需要知道对方的的网络接口卡的EPROM中的，它存储的是传输数据时真正用来标识发出数据的源端设备和接收数据的目的端设备的地址。也就是说，在网络底层的物理传输过程中，是通过物理地址来标识网络设备的，这个物理地址一般是全球唯一的。物理地址只能够将数据传输到与发送数据的网络设备直接连接的接收设备上。对于跨越互联网的数据传输，物理地址不能提供逻辑的地址标识手段。在互联网中传输信息，必须实现结点的统一表示方法。互联网对各种物理网络地址的统一是在IP层完成的。互联

4、网对各种物理网络地址的统一是在IP层完成的。IP协议提供了一种互联网通用的地址格式，该地址目前的版本是址差异。IP协议规定的地址叫做IP址格式，该地址目前的版本是址差异。IP协议规定的地址叫做IP地址。IP地址由IP地址管理机构进行统一管理和分配，IPv4,由32位,保证互联网上运行的设备（如路由器、主机等）不会产生地址冲突。在互联网上，IP地址指定的不是一台计算机，而是计算机到一个网络的连接。因此在互联网上，IP地址，如路由器。IP地址，如路由器。IP地址是第三层地址，所以有时又称为网络地址，该地址是随着设备所处网络位置不同而变化的，即设备从一个网络被移到另一个网络时，其IP地址也会相应地发

5、生改变。也就是说，IP地址是一种结构化的地址，其可以提供关于主机所处的网络位置信息。总之，逻辑地址放在IP数据报的报头，而物理地址则放在MAC数据链路层和物理层使用的地址，而逻辑地址是网络层和以上各层使用的地址。如图1所示，简要示意了IP地址和MAC图1OSI中IP地址和MAC地址的关系 组标识地址的网络部分。其余的1个8位组用来标识地址的主机部分。用二进制表示时，C类地址的前3位（最左边）总是110。因此，第1个8位组的最小值为11000000（十进制数为192），最大值为11011111（十进制数为223）。任何IP地址第1个8位组的取值范围从192到223之间都是C类地址。（4）D类地址

6、如图8.4所示，D类地址用来支持组播。组播地址是唯一的网络地址，用来转发目的地址为预先定义的一组IP地址的分组。因此，一台工作站可以将单一的数据流传送给多个接收者。用二进制表示时，D类地址的前4位（最左边）总是1110。D类IP地址的第1个8位组的范围是从11100000到11101111，即从224到239。任何IP地址第1个8位组的取值范围从224到239之间都是D类地址。（5）E类地址如图8.4所示，Internet工程任务组保留E类地址作为科学研究使用。因此Internet上没有发布E类地址使用。用二进制表示时，E类地址的前4位（最左边）总是1111。E类IP地址的第1个8位组的范围是

7、从11110000到11111111，即从240到255。任何IP地址第1个8位组的取值范围从240到255之间都是E类地址。1.2.4IP地址具有的特点（1）IP地址是一种非等级的地址结构和电话号码的结构不一样，也就是说IP地址不能反映任何有关主机位置的物理地理信息。（2）当一个主机同时连接到两个网络上时（如作路由器用的主机），该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号码（net-id）是不同的，这种主机称为多地址主机（multihomedhost）。（3）按照Internet的观点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码。（4）在IP地址

8、中，所有分配到同一网络号码的网络不管是小的局域网还是很大的广域网都是平等的。保留IP地址在IP地址中，有些IP地址是被保留作为特殊之用的，不能用于标识网络设备。这些保留地址空间如下：网络地址用于表示网络本身，具有正常的网络号部分，主机ID部分为全“0”的IP地址代表一个特定的网络，即作为网络标识之用，如、和分别代表了一个A类、B类和C类网络。广播地址IP协议规定，主机ID为全“1”的IP地址是保留给广播用的。广播地址又分为两种：直接广播地址和有限广播地址。(1)直接广播如果广播地址包含一个有效的网络号和一个全“1”的主机号，那么称之为直接广播(DirectedBroadcasting)地址。在

9、IP互联网中，任意一台主机均可向其它网络进行直接广播。例如C类地址55就是一个直接广播地址。互联网上的一台主机如果使用该IP地址为数据报的目的IP地址，那么这个数据报同时发送到网络上的所有主机。直接广播在发送前必须知道目的网络的网络号。(2)有限广播32位全为“1”的IP地址(55)用于本网广播，该地址叫做有限广播(LimitedBroadcasting)地址。有限广播将广播限制在最小的范围内。在主机不知道本机所处的网络时(如主机的启动过程中)，只能采用有限广播方式，通常由无盘工作站启动时使用，希望从网络IP地址服务器处获得一个IP地址。回送地址A类网络地址是一个保留地址，也就是说任何一个以1

10、27开头的IP地址(55)是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机器进程间通信。这个IP地址叫做回送地址(loopbackaddress),最常见的表示形式为。在每个主机上对应于IP地址有个接口，称为回送接口(loopbackinterface)IP协议规定，无论什么程序，一旦使用回送地址作为目的地址时，协议软件不会把该数据包向网络上发送，而是把数据包直接返回给本机。所有地址代表所有的主机，路由器用地址指定默认路由。表1列出了所有特殊用途地址。表1特殊用途地址网络部分主机部分地址类型用途Any全“0”网络地址代表一个网段Any全“1”广播地址特殊网段的所有节点127Any回环地址回环测试全“

11、0”所有网络路由器指定默认路由全“1”广播地址本网段所有节点由此可见，每一个网段都会有一些IP地址不能用作主机的IP地址。例如C类网段,有8个主机位，因此有28个IP地址，去掉一个网络地址,一个广播地址55不能用作标识主机，那么共用282个可用地址。A、B、C类的最大网络数目和可以容纳的主机数信息参见表2。表2关于A、B、C类的最大网络数和可容纳的主机数网络类最大网络数每个网络可容纳的最大主机数目A27-2=126224-2=16,777,214B2兄2=16382216-2=65534C221-2=209715028-2=254公用地址和私有地址公有IP地址是唯一的，因为公有IP地址是全局的

12、和标准的，所以没有任何两台连到公共网络的主机拥有相同的IP地址。所有连接Internet的主机都遵循此规则。公有IP地址是从Internet服务供应商(ISP)或地址注册处获得。另外，在IP地址资源中，还保留了一部分被称为私有地址(privateaddress)的地址资源供内部实现IP网络时使用。REC1918留出3块IP地址空间(1个A类地址段，16个B类地址段，256个C类地址段)作为私有的内部使用的地址，即-55、-55和-55。根据规定，所有以私有地址为目标地址的IP数据包都不能被路由至外面的因特网上，这些以私有地址作为逻辑标识的主机若要访问外面的因特网，必须采用网络地址翻译(Netw

13、orkaddresstranslation,简称NAT)或应用代理(proxy)方式。子网划分为了解决IP地址资源短缺的问题，同时也为了提高IP地址资源的利用率，引入了子网划分技术。子网编址模式下的地址结构子网划分(subnetworking)是指由网络管理员将一个给定的网络分为若干个更小的部分，这些更小的部分被称为子网(subnet)。当网络中的主机总数未超出所给定的某类网络可容纳的最大主机数，但内部又要划分成若干个分段(segment)进行管理时，就可以采用子网划分的方法。为了创建子网，网络管理员需要从原有IP地址的主机位中借出连续的高若干位作为子网络ID,如图5所示。也就是说，经过划分后

14、的子网因为其主机数量减少，已经不需要原来那么多位作为主机ID了，从而可以将这些多余的主机位用作子网ID。网络ID主机工DF工网络ID子网络工】主机工口划分前划分后图5关于子网划分的示意子网掩码前面讲过，网络标识对于网络通信非常重要。但引入子网划分技术后，带来的一个重要问题就是主机或路由设备如何区分一个给定的IP地址是否已被进行了子网划分，从而能正确地从中分离出有效的网络标识(包括子网络号的信息)。通常，将未引进子网划分前的A、B、C类地址称为有类别(classful)的IP地址，对于有类别的IP地址，显然可以通过IP地址中的标识位直接判定其所属的网络类别并进一步确定其网络标识。但引入子网划分技

15、术后，这个方法显然是行不通了。例如，一个IP地址为，已经不能简单地将其视为是一个A类地址而认为其网络标识为。因为若是进行了8位的子网划分，则其就相当于是一个B类地址且网络标识成为；如果是进行了16位的子网划分，则又相当于是一个C类地址并且网络标识成为；若是其他位数的子网划分，则甚至不能将其归入任何一个传统的IP地址类中，即可能既不是A类地址，也不是B类或C类地址。换言之，引入子网划分技术后，IP地址类的概念已不复存在。对于一个给定的IP地址，其中用来表示网络标识和主机号的位数可以是变化的，取决于子网划分的情况。将引入子网技术后的IP地址称为无类别的(classless)IP地址，并因此引入子网

16、掩码的概念来描述IP地址中关于网络标识和主机号位数的组成情况。子网掩码(subnetmask)通常与IP地址配对出现，其功能是告知主机或路由设备，IP地址的哪一部分代表网络号部分，哪一部分代表主机号部分。子网掩码使用与IP地址相同的编址格式，即32位长度的二进制比特位，也可分为4个8位组并采用点分十进制来表示。但在子网掩码中，与IP地址中的网络位部分对应的位取值为“1，而与IP地址主机部分对应的位取值为“0”。这样通过将子网掩码与相应的IP地址进行求“与”操作，就可决定给定的IP地址所属的网络号(包括子网络信息)。例如，/表示该地址中的前8位为网络标识部分，后24位表示主机部分，从而网络号为；

17、而/则表示该地址中的前21位为网络标识部分，后11位表示主机部分。显然，对于传统的A、B和C类网络，其对应的子网掩码应分别为、和。表3给出了C类网络进行不同位数的子网划分后其子网掩码的变化情况。表3C类进行子网划分后的子网掩码划分位数23456子网掩码9224404852为了表达的方便，在书写上还可以采用诸如X.X.X.X/Y”的方式来表示IP地址与子网掩码，其中每个“X”分别表示与IP地址中的一个8位组对应的十进制值，而“Y”表示子网掩码中与网络标识对应的位数。如上面提到的/也可表示为/8，而/则可表示为/21。子网划分的方法在子网划分时，首先要明确划分后所要得到的子网数量和每个子网中所要拥

18、有的主机数，然后才能确定需要从原主机位借出的子网络标识位数。原则上，根据全“0”和全“1”IP地址保留的规定，子网划分时至少要从主机位的高位中选择两位作为子网络位，而只要能保证保留两位作为主机位，A、B、C类网络最多可借出的子网络位是不同的，A类可达22位、B类为14位，C类则为6位。显然，当借出的子网络位数不同时，相应可以得到的子网络数量及每个子网中所能容纳的主机数也是不同的。表4给出了A、B、C3类网络的子网络位数和子网络数量、有效子网络数量之间的对应关系，所谓有效子网络是指除去那些子网络位为全“0”或全“1”的子网后所留下的可用子网。3llLHOOllLllOlOLlLll1LLILI0

19、0LILI01001001即2411111111111111111111111111100000网络ID11010011010100011100000001000000211SL19264图63/27的网络ID的计算过程表4子网划分与子网掩码对应表A类网络划分子网数与对应的子网掩码占用主机号位数子网数量有效子网数量子网掩码子网中可容纳的主机数121=22-2=08388606222=44-2=24194302323=88-2=62097150424=1616-2=141048574525=3232-2=30524286626=6464-2=62262142727=128128-2=126131

20、070828=256256-2=25465534B类网络划分子网数与对应的子网掩码占用主机号位数子网数量有效子网数量子网掩码子网中可容纳的主机数121=22-2=032766222=44-2=216382323=88-2=68190424=1616-2=144094525=3232-2=302046626=6464-2=621022727=128128-2=126510828=256256-2=254254C类网络划分子网数与对应的子网掩码占用主机号位数子网数量有效子网数量子网掩码子网中可容纳的主机数121=22-2=028126222=44-2=29262323=88-2=62430424=

21、1616-2=144014525=3232-2=30486626=6464-2=625222.可变长子网掩码(VLSM)如果把网络分成多个不同大小的子网，可以使用可变长子网掩码，每个子网可以使用不同长度的子网掩码。例如，如果按部门划分网络，一些网络的掩码可以为(多数部门)，其他的可为(较大的部门)。在使用有类别路由协议时，因为不能跨主网络交流掩码，所以必须连续寻址且要求同一个主网络只能用一个网络掩码。对于大小不同的子网，只能按最大子网的要求设置子网掩码，造成了浪费。尤其是网络连接路由器时，两个串口只需要两个IP地址，分配的地址却和最大的子网一样。使用可变长子网掩码VLSM(VariableLe

22、ngthSubnetMasking)，或者说VLSM可以改变同一主网络的子网掩码的长度。在使用无类别路由协议(ClasslessRoutingProtocol)如OSPF、RIPv2、EIGRP协议时，就可以使用VLSM。使用可变长子网掩码可以让位于不同端口的同一网络编号采用不同的子网掩码，能节省大量的地址空间，允许非连续寻址则使网络的规划更灵活。无类别域间路由CIDR路由器的增多不但让路由表变大，增加查找的时间，而且加大了数据处理转发的过程。通过用通配掩码代替地址类别来判定地址的网络部分，无类别域间路由CIDR(ClasslessInter-DomainRouting)使路由器能够聚合或者归

23、纳路由信息，并且因此可以缩小路由表的大小。换句话说，只用一个地址和掩码的组合就能表示到多个网络的路由。在地址连续下，路由器可以根据IP地址的前几位决定将数据发向目的地，以加快路由转发的处理过程。超网和路由聚合实际上是同一过程的不同名称。当被聚合的网络是在共同管理控制之下时，更常用超网这个术语。超网和路由聚合实质上是子网划分的反面。超网就是将多个网络聚合起来，构成一个单一的、具有共同地址前缀的网络。也就是说，把一块连续的C类地址空间模拟成一个单一的更大一些的地址空间，模拟一个B类地址。超网的合并过程为：首先获得一块连续的C类地址空间。然后从默认掩码()中删除位，从最右边的位开始，并一直向左边处理，直到它们的网络ID一致为止。假设已经获得了下列的16个C类网络地址：这16个C类网地址分别是独立的C类网络，它们的默认掩码为。通过从右向左删除位，可得它们相同的网络ID为。子网掩码为，过程如图8.7所示。IP地址的规划与分配当在网络层采用IP协议组建一个IP网络时，必须为网络中的每一台主机分配一个唯一的IP地址，也就是要涉及IP地址的规划问题。通常IP地址规划要参照下面步骤进行。首先，分析网络规模，包括相对独立的网段数量和每个网段中可能拥有的最大主机数。11010011010100010001oooaoaoooaoo11010011010100000001oo