IP地址和子网掩码的关系

-.z.IP地址和子网掩码的基础知识IP地址的概念IP地址组成IP地址源于Internet，是一种层次结构的地址，适合于众多的互联网。Internet中每一台主机至少有一个IP地址，且这个IP地址必须是全网唯一的。一个IP地址标识一个网络和与此网络相连的一台主机。IP地址由4个字节32位二进制数组成，使用点分十进制数表示。4个字节的IP地址分为两个层次部分：网络号（NetworkID）和主机号（HostID）,如202.93.120.44。在网络寻址时只需要网络号，从网络中经过多个网络（网关）最终到达目的网络，用网络号即能判断是否到达目的网络，与主机号无关，主机号用于在目的网络中区分*台主机。一个基本的地址分配原则：要为同一网络的所有主机分配相同的网络标识号，同一网络不同主机必须分配不同的主机标识号（主机号）以区分主机。不同网络的每台主机必须有不同的网络标识号。要使自己的主机加入Internet，为了避免IP地址与其他网络相冲突，必须向InternetNIC（网络信息中心）获得IP地址和域名。IP地址的类别因特网标准定义了五种类型的IP地址。三种基本种类是A类、B类和C类。如表1-1所示：种类IP地址网络ID主机IDAW.*.Y.ZW*.Y.ZBW.*.Y.ZW.*Y.ZCW.*.Y.ZW.*.YZ表1-1IP地址的八位组图1-1显示了根据地址种类划分网络ID和主机ID的情况。A类网络地址为主机ID分配了24位，为网络设备提供了更多可用的主机ID；B类网络地址提供的网络ID数与每个网络ID的主机ID数目是一样的，使管理员能够配置大量的网络，但每个网络允许拥有较少的主机数；C类网络地址提供的网络ID较多，但允许每个网络ID拥有的主机数目很少。（1）A类地址：一个字节的网络地址，最高位为0，允许有126个网络，每个网络中用3个字节表示主机地址，能够容纳多达16777214个主机ID。其格式如表1-2所示。使用A类地址时可分配的网络ID围是：1.*.Y.Z～126.*.Y.Z。A类地址适合大型网络。网络ID主机ID008162432表1-2A类地址格式（2）B类地址：两个字节网络地址，最高两位为10，接下来的14位为网络地址，允许16384个网络，每个网络允许65534台主机，其格式如表1-3所示。使用B类地址时可分配的网络ID围是：128.0.Y.Z～191.255.Y.Z。B类地址适合于中型网络。网络ID主机ID1008162432表1-3B类地址格式（3）C类地址：最高3位为110，接下来的21位为网络地址，允许有2097152个网络，每个网络主机数为254，其格式如表1-4所示。使用C类地址时可分配的网络ID围是：192.0.0.Z～223.255.255.Z。C类地址适合小型网络。网络ID主机ID11008162432表1-4C类地址格式（4）D类地址：多地址，实现一点对多点的传送，常用于*.25、帧中继（FR）和ATM等使用点对点协议的网络。这类地址不支持全网广播，需要配置D类地址实现一点对多点的传送。D类地址的前4位为1110，即地址从224.0.0.0到239.255.255.255。，其格式如表1-5所示。多播地址111008162432表1-5D类地址格式（5）E类地址：用于将来扩展，同时也用于实验目的。它们不能分配给主机。E类地址前五位为11110。其格式如表1-6所示。1111008162432表1-6E类地址格式（6）赋予主机IP地址：表1-7总结了A类、B类、C类网络编址。如表所示，一个IP地址的种类可以从最高三位来判断，用两位就足以区分三个主要类型（A类、B类、C类）。定义网络ID位网络ID围可定义网络的数目用于主机ID的围互联网上定义的主机数目A类71～1261262416777214B类14128～191163841665534C类21192～23320971528254表1-7因特网地址的类型起始围终止围A类B类C类表1-8主机ID的有效围（7）私有地址：IP地址按用途分为私有地址和公有地址两种。所谓私有地址就是在A、B、C三类IP地址中保留下来为组织机构部分配地址时所使用的IP地址。私有地址主要用于在局域网中进行分配，在Internet上是无效的。这样可以很好的隔离局域网和Internet。私有地址在公网上是不能被识别的，必须通过NAT将部IP地址转换成公网上可用的IP地址，从而实现部IP地址与外部公网的通信。公有地址是在广域网上使用的地址，但在局域网中同样也可以使用。RFC1918定义了3类私有地址段：私有地址围A类B类C类表1-9RFC1918定义的3类私有地址段特殊用途IP地址（1）网络地址：主机号全0。（2）广播地址：主机号全1，含这类IP地址的IP分组被广播到网络上的每一个节点。（3）回送地址：127.0.0.0或127.0.0.1，本地回环（Loopback）测试地址。（4）全0地址：0.0.0.0常用于表示默认网络，在路由表中构造默认路径。子网的划分出于管理、性能和安全方面的考虑，许多单位把单一的网络划分为多个物理网络，并使用路由器把它们连接起来。子网划分（Subnetting）技术能够使单个网络地址横跨几个物理网络，如图1-1所示。互联网中的每个物理网络都被称为子网。图1-1大型网络可被分成多个子网来创建一个互联网络互联网络（internetwork）这个词通常简化为互联网（internet），指由路由器连接的一个或多个网络，它通常是指单位的部网络。而因特网（Internet，I为大写）这个词，则指连接着世界上数百万台计算机的网络。进行子网划分的原因有很多。其中一个原因是A类网或B类网的地址空间太大，以至于单一的未使用路由的网络中无法使用全部地址。为了有效地使用地址空间，有必要把可用的地址分配给更多较小的网络。随着网络的增长，容纳了更多的主机，因而网络通信变得更为繁忙。就像高峰期的快车道，由于交通过于繁忙而出现堵塞。繁忙的网络通信信号导致冲突、丢失数据包以及重传，因而降低了主机之间的通信效率。路由器像一堵墙把子网隔离开来，这样本地通信就不会转发的其他子网，同一子网中主机之间的广播和通信，只能在它们所属的子网中进行。图1-2路由器作为子网之间的桥，降低广播通信量对于需要相互通信的不同子网上的主机，可以配置路由器筛选通信，以使需要传送到其他子网上的信息被转发，如图1-3所示。图1-3路由器使要发送到远程子网主机上的信息被转发出于安全的考虑，单位也可以创建隔离网络的子网。一个部门也许会把信息放在存有敏感信息的网络服务器上，可以配置子网，以阻止来自互联网部其他子网的通信，如图1-4所示。图1-4出于安全原因可以隔离子网子网编址理解子网编址最容易的方法是，假设一个，其用于分配给它的单个IP网络地址，但这个包含两个以上的物理网络，每个物理网络使用可用主机ID的一部分。当一个网络被正确划分为子网时，只有路由器知道有多个物理网络存在，并且知道如何路由它们之间的通信。（1）划分IP地址。IP地址的主机部分则由管理员进一步划分，以标识主机所在的*个子网，如图1-5所示。这就产生了一个层次型的编址方案，它支持互联网中子网间的路由，而且在更高一层，它支持互联网与因特网之间的路由。在互联网中，三部分分为网络ID（NetworkID）、子网ID（SubnetID）及主机ID（HostID）。网络ID主机ID网络ID子网ID主机ID图1-5IP地址可以进一步划分，以支持子网的划分把IP地址的主机部分划成两部分，就能够建立另外的子网地址。然后，使用IP地址的一部分把子网标识为互联网中唯一的网络。这就是子网划分。网络管理员必须通过给子网中的每台主机指定子网掩码，来确定如何来进行这种划分。子网中的所有主机必须配置相同的子网掩码。子网编址涉及IP地址的认真管理以及正确地定义子网掩码。如何划分主机地址（为子网部分保留的位数），取决于具体需要。如图1-6所示，为子网部分保留的位数越多，可分配的主机的位数就越少，这就意味着在一个子网中可容纳的主机就越少。需要较少的子网且拥有大量主机的，应定义使用较少位数划分子网的子网掩码；而需要较多子网且拥有主机较少的，应定义使用较多位数划分子网的子网掩码。B类地址网络ID子网ID1～254主机ID1～2541008162432图1-6可以指定用于子网划分的位数（2）子网掩码。子网掩码是一个32位的二进制数，它告诉TCP/IP主机，IP地址的那些位对应于网络地址，哪些位对应于主机地址。TCP/IP协议使用子网掩码判断目标主机地址是位于本网段，还是位于远程子网。屏蔽（Masking）网络地址即可以实现以上判断，屏蔽只是简单地指定网络ID和主机ID的分界点。子网掩码中对应于网络地址的所有位都被设为1，而对应于主机地址的所有位都被设为0。如：TCP/IP比较子网掩码和IP地址时，所进行的运算是“逻辑位与（LogicalBitwiseAND）”。下面的例子说明了这种运算是如何进行的。假定一台主机的配置如下（使用二进制数来说明其部工作原理）：例1172251651IP地址10101100000110010001000000110011子网掩码11111111111111110000000000000000网络ID1010110000011001主机ID0001000000110011请注意，子网掩码是如何在第三个八位组之前划分IP地址的。把子网掩码的前面两个八位组的位全部设为1，即可以做到这一点。这个子网掩码导致IP按如下方式理解IP地址：网络ID172.25主机ID16.51若子网掩码是255.255.0.0，则这个B类地址完全属于单个网络。然而，如果这个网络连接到因特网上，则在单个网络上使用宝贵的B类地址太浪费了（主机数：65535台）。当然，可以把这个地址进行子网划分，使其能用于路由器连接的互联网。现在看看一些实例，以了解如何划分B类地址。例2172251651IP地址10101100000110010001000000110011子网掩码11111111111111111111111100000000网络ID101011000001100100010000主机ID00110011对于B类地址，第三个八位组通常是主机ID的一部分，但由于有了子网掩码，第三个八位组现在也成了网络ID的一部分，IP地址仍然不变（172.25.16.51）。但是由于子网掩码不同，IP协议“看到”的IP地址是不同的。子网掩码导致IP协议按下列方式解释IP地址：主机ID51子网掩码255.255.255.0能够使B类的网络ID被分配给253个子网（为什么不是255个接下来就有一些规则和解释）。这就使得单一的B类网络地址能够支持包含253个子网的一个大围互联网。子网划分后，可用的网络从172.25.1.0到172.25.254.0。每个子网可容纳254台主机。下述例子没有在八位组边界上准确地划分子网：例3172251651IP地址10101100000110010001000000110011子网掩码11111111111111111110000000000000网络ID1010110000011001000主机ID1000000110011在此例中，第三个八位组被细分，前三位属于网络ID，而剩下的位属于主机ID。如下所示，按八位组划分的IP地址看起来与以前的例子完全相同，然而，主机上运行的IP软件限制了可以在单个物理网络中痛心的地址围。主机ID16.51在这个例子中，分配三位用于子网编址，使得网络管理员可以用下面的网络ID配置6个子网：172.25.32（101011000001100100100000）172.25.64（101011000001100101000000）172.25.96（101011000001100101100000）172.25.128（101011000001100110000000）172.25.160（101011000001100110100000）172.25.192（101011000001100111000000）每个子网有13位可用于主机编址。（3）子网划分规则。RFC950是定义子网编址的规，其中有两条规则适用于网络ID的子网部分：eq\o\ac(○,1)由于按照惯例，全为0的网络ID代表“本网络”，所以网络ID的子网部分则不能全为0，因为那就表示“本子网”。eq\o\ac(○,2)由于全为1的网络ID是一个广播地址，所以网络ID的子网部分不能全为1，因为全为1的地址用于向子网广播。这些规则限制了能创建的子网种类。在上面的例子中，请注意以下的两个子网从可用子网中忽略了：172.25.0（101011000001100100000000）子网部分全为0172.25.224（101011000001100111100000）子网部分全为1子网划分实例讲解需要进行子网规划一般两种情况：给定一个网络，整网络地址可知，需要将其划分为若干个小的子网。全新网络，自由设计，需要自己指定整网络地址。后者多了一个根据主机数目确定主网络地址的过程，其他都一样。我们先来讨论第一种情况：例：学院新建4个机房，每个机房有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。分析：要划分为4个子网必须要向最后的八位主机号借位，那借几位呢？我们来看要求：4个机房，每个机房25台机器，那就是需要4个子网，每个子网下面最少25台主机。考虑到扩展性，一般机房能够容纳的机器数量是固定的，建设好之后向机房增加机器的情况很少，增加新机房（新子网）情况较多。注明：当然对于我们这题，考虑主机和子网最后的结果都是相同的，但如果要组建较大规模网络的时候，这点要特别注意）我们依据子网最大主机数来确定借几位。使用公式－2>=最大主机数－2>=25－2>=25所以主机位数n为：5相对应的子网需要借3位确定了子网部分，后面的就简单了，前面的网络部分不变看最后的这八位。得到6个可用的子网地址：全部转换成点分十进制表示这就得出了所有子网的网络地址，那个子网的主机地址呢？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：接下来我们再来讨论第二种情况：全新的网络，需要自己来指定整网络地址，这就需要先考虑选择A类、B类或C类IP地址的问题，就像上例中的网络地址空间：192.168.10.0不给定，任由自己选择，那有的同学可能会说，直接选择A类地址有24位的主机位来随便借位。这当然可以，但那就会浪费太多的地址了，在局域网中当然可由你随便设置，但在广域网里可没有则多的地址给你分配，所以从开始就应该养成好的习惯。那如何选择呢？和划分子网的时候一样，通过公式计算（－2），我们知道划分子网越多浪费的地址就越多。还记得上面我们每个子网都有两个IP不能用吗？（主机位全为0或全为1）每次划分子网一般都有两个子网的地址要浪费掉（子网部分全为0或全为1）所以，我们需要建设一个拥有4个子网，每个子网有25台主机的网络，那我们一共需要（4+2）*（25+2）个IP数的网络来划分。（4+2）*（25+2）＝162一个C类网络可以拥有254的主机地址，所以我们选择C类地址来作为整个网络的网络号。如果我们现在有6个机房，每个机房有50台主机呢？（6+2）*（50+2）＝416显然我们就要用到B类地址的网络了。后面划分子网的步骤和上面一样，这里就不多说了。