IP 地址的概念

1、IP 地址組成

IP地址源于Internet ，是一種層次結構的地址，适合于衆多的互聯網。Internet中每一台主機至少有一個IP地址， 且這個IP地址必須是全網唯一的。一個IP地址标識一個網絡和與此網絡相連的一台主機。IP地址由4個字節32 位二進制數組成，使用點分十進制數表示。

4個字節的IP 地址分為兩個層次部分：網絡号（Network ID）和主機号（HostID） , 如202.93.120.44。在網絡尋址時隻需要網絡号，從網絡中經過多個網絡（網關）最終到達目的網絡，用網

絡号即能判斷是否到達目的網絡，與主機号無關，主機号用于在目的網絡中區分某台主機。 一個基本的地址分配原則：要為同一網絡的所有主機分配相同的網絡标識号，同一網絡内不同主機必須分配不同的主機标識号（主機号） 以區分主機。不同網絡内的每台主機必須有不同的網絡标識号。要使自己的主機加入Internet ，為了避免IP地址與其他網絡相沖突，必須向Internet NIC（網絡信息中心）獲得IP地址和域名。

2、IP 地址的類别

因特網标準定義了五種類型的IP 地址。三種基本種類是A 類、B類和C類。如表1-1所示：

圖 1-1 顯示了根據地址種類劃分網絡ID 和主機ID 的情況。

A 類網絡地址為主機ID 分配了24 位，為網絡設備提供了更多可用的主機ID；

B 類網絡地址提供的網絡ID 數與每個網絡ID的主機ID數目是一樣的，使管理員能夠配置大量的網絡，但每個網絡允許擁有較少的主機數；

C 類網絡地址提供的網絡ID 較多，但允許每個網絡ID 擁有的主機數目很少。

（1） A 類地址： 一個字節的網絡地址，最高位為 0，允許有126個網絡，每個網絡中用3個字節表示主機地址，能夠容納多達16 777 214 個主機ID。其格式如表1-2 所示。使用A類地址時可分配的網絡ID 範圍是： 1.X.Y.Z～126.X.Y.Z。 A 類地址适合大型網絡。

（2） B 類地址： 兩個字節網絡地址，最高兩位為10，接下來的14 位為網絡地址，允許16384個網絡，每個網絡允許65534台主機，其格式如表1-3 所示。使用B 類地址時可分配的網絡ID範圍是：128.0.Y.Z～191.255.Y.Z。 B類地址适合于中型網絡。

（3） C類地址：最高3位為110，接下來的21位為網絡地址，允許有2097152個網絡，每個網絡主機數為254，其格式如表1-4所示。使用C類地址時可分配的網絡ID範圍是：192.0.0.Z～223.255.255.Z。C 類地址适合小型網絡。

（4） D 類地址： 多地址，實現一點對多點的傳送，常用于X.25、幀中繼（FR）和ATM等使用點對點協議的網絡。這類地址不支持全網廣播，需要配置D 類地址實現一點對多點的傳送。D 類地址的前4位為1110，即地址從224.0.0.0到 239.255.255.255 。其格式如表1-5 所示。

（5） E 類地址： 用于将來擴展，同時也用于實驗目的。它們不能分配給主機。E類地址前五位 為 11110 。其格式如表1-6 所示。

（6）賦予主機IP 地址： 表 1-7 總結了A 類、 B 類、C 類網絡編址。如表所示，一個IP 地址的種類可以從最高三位來判斷，用兩位就足以區分三個主要類型（A 類、 B 類、 C 類）。

（7）私有地址：IP 地址按用途分為私有地址和公有地址兩種。所謂私有地址就是在A、B、C 三類 IP 地址中保留下來為組織機構内部分配地址時所使用的IP 地址。 私有地址主要用于在局域網中進行分配，在Internet 上是無效的。 這樣可以很好的隔離局域網和Internet 。

私有地址在公網上是不能被識别的，必須通過NAT将内部IP 地址轉換成公網上可用的IP地址，從而實現内部IP地址與外部公網的通信。公有地址是在廣域網上使用的地址，但在局域網中同樣也可以使用。RFC 1918定義了3 類私有地址段：

3、特殊用途IP地址

（1）網絡地址：主機号全0。

（2）廣播地址：主機号全1，含這類IP 地址的IP 分組被廣播到網絡上的每一個節點。

（3）回送地址：127.0.0.0 或 127.0.0.1 ，本地回環（Loopback）測試地址。

（4）全 0 地址： 0.0.0.0 常用于表示默認網絡，在路由表中構造默認路徑。

4、子網的劃分

出于管理、性能和安全方面的考慮，許多單位把單一的網絡劃分為多個物理網絡，并使用路由器把它們連接起來。子網劃分（Subnetting ）技術能夠使單個網絡地址橫跨幾個物理網絡，如圖1-1 所示。互聯網中的每個物理網絡都被稱為子網。

圖 1-1 大型網絡可被分成多個子網來創建一個互聯網絡

互聯網絡（ internetwork ）這個詞通常簡化為互聯網（internet ），指由路由器連接的一 個或多個網絡，它通常是指單位的内部網絡。而因特網（Internet ， I 為大寫）這個詞，則指 連接着世界上數百萬台計算機的網絡。

進行子網劃分的原因有很多。其中一個原因是A 類網或 B 類網的地址空間太大，以至于單一的未使用路由的網絡中無法使用全部地址。為了有效地使用地址空間，有必要把可用的地址分配給更多較小的網絡。

随着網絡的增長，容納了更多的主機，因而網絡通信變得更為繁忙。就像高峰期的快車道，由于交通過于繁忙而出現堵塞。繁忙的網絡通信信号導緻沖突、丢失數據包以及重傳，因而降低了主機之間的通信效率。路由器像一堵牆把子網隔離開來，這樣本地通信就不會轉發的其他子網，同一子網中主機之間的廣播和通信，隻能在它們所屬的子網中進行。

同子網上的主機，可以配置路由器篩選通信，以使需要傳送到其

他子網上的信息被轉發，如圖1-3 所示。

圖 1-3 路由器使要發送到遠程子網主機上的信息被轉發

出于安全的考慮，單位也可以創建隔離網絡的子網。一個部門也許會把信息放在存有敏感信息的網絡服務器上，可以配置子網，以阻止來自互聯網内部其他子網的通信，如圖1-4 所示。

1) 子網編址

理解子網編址最容易的方法是，假設一個網站，其用于分配給它的單個IP 網絡地址，但這個網站包含兩個以上的物理網絡，每個物理網絡使用可用主機ID的一部分。當一個網絡被正确劃分為子網時，隻有路由器知道有多個物理網絡存在，并且知道如何路由它們之間的通信。

（1）劃分IP地址。 IP 地址的主機部分則由管理員進一步劃分，以标識主機所在的某個子網，如圖1-5 所示。這就産生了一個層次型的編址方案，它支持互聯網中子網間的路由， 而且在更高一層，它支持互聯網與因特網之間的路由。在互聯網中，三部分分為 網絡ID（Network ID）、子網 ID（ Subnet ID）及主機ID（Host ID）。

把 IP 地址的主機部分劃成兩部分，就能夠建立另外的子網地址。然後，使用IP地址的一部分把子網标識為互聯網中唯一的網絡。這就是子網劃分。

網絡管理員必須通過給子網中的每台主機指定子網掩碼，來确定如何來進行這種劃分。子網中的所有主機必須配置相同的子網掩碼。子網編址涉及IP地址的認真管理以及正确地定義子網掩碼。

如何劃分主機地址（為子網部分保留的位數），取決于具體需要。如圖1-6 所示，為子網部分保留的位數越多，可分配的主機的位數就越少，這就意味着在一個子網中可容納的主機就越少。

需要較少的子網且擁有大量主機的網站，應定義使用較少位數劃分子網的子網掩碼；而需要較多子網且擁有主機較少的網站，應定義使用較多位數劃分子網的子網掩碼。

（2）子網掩碼。子網掩碼是一個32位的二進制數，它告訴TCP/IP主機， IP地址的那些位對應于網絡地址，哪些位對應于主機地址。TCP/IP協議使用子網掩碼判斷目标主機地址是 位于本網段，還是位于遠程子網。

屏蔽（ Masking ）網絡地址即可以實現以上判斷，屏蔽隻是簡單地指定網絡ID 和主機ID的分界點。子網掩碼中對應于網絡地址的所有位都被設為1，而對應于主機地址的所有位都被設為0。如：

A 類地址默認子網掩碼：255.0.0.0

B 類地址默認子網掩碼：255.255.0.0

C 類地址默認子網掩碼：255.255.255.0

TCP/IP比較子網掩碼和IP 地址時，所進行的運算是“邏輯位與（Logical Bitwise AND）”。 下面的例子說明了這種運算是如何進行的。假定一台主機的配置如下（使用二進制數來說明其内部工作原理） ：

請注意，子網掩碼是如何在第三個八位組之前劃分IP 地址的。把子網掩碼的前面兩個 八位組的位全部設為1，即可以做到這一點。這個子網掩碼導緻IP 按如下方式理解IP地址：

IP 地址 172.25.16.51 子網掩碼 255.255.0.0 網絡ID172.25，主機 ID16.51若子網掩碼是255.255.0.0 ，則這個B 類地址完全屬于單個網絡。然而，如果這個網絡連接到因特網上，則在單個網絡上使用寶貴的B類地址太浪費了（主機數：65535 台）。當 然，可以把這個地址進行子網劃分，使其能用于路由器連接的互聯網。現在看看一些實例， 以了解如何劃分B 類地址。

對于 B 類地址，第三個八位組通常是主機ID 的一部分，但由于有了子網掩碼，第三個八位組現在也成了網絡ID 的一部分，IP 地址仍然不變（172.25.16.51 ）。但是由于子網掩碼不同， IP協議“看到”的IP 地址是不同的。子網掩碼導緻IP協議按下列方式解釋IP 地址：

IP 地址 172.25.16.51

子網掩碼255.255.255.0

網絡 ID 172.25.16主機 ID51

子網掩碼255.255.255.0

能夠使B類的網絡ID被分配給253個子網 （為什麼不是255個

接下來就有一些規則和解釋）。這就使得單一的B類網絡地址能夠支持包含253 個子網的一 個大範圍互聯網。子網劃分後，可用的網絡從172.25.1.0 到 172.25.254.0 。每個子網可容納254台主機。 下述例子沒有在八位組邊界上準确地劃分子網：

在此例中，第三個八位組被細分，前三位屬于網絡ID，而剩下的位屬于主機ID。如下所示，按八位組劃分的IP 地址看起來與以前的例子完全相同，然而，主機上運行的IP軟件限制了可以在單個物理網絡中痛心的地址範圍。

IP 地址172.25.16.51

子網掩碼255.255.255.0

網絡 ID 172.25.0

主機 ID16.51

在這個例子中，分配三位用于子網編址，使得網絡管理員可以用下面的網絡ID配置 6個子網：

（3）子網劃分規則。RFC 950是定義子網編址的規範，其中有兩條規則适用于網絡ID的子網部分：

1、由于按照慣例，全為0的網絡ID代表“本網絡” ，所以網絡ID的子網部分則不能 全為 0，因為那就表示“本子網”。

2、 由于全為1的網絡 ID是一個廣播地址，所以網絡ID的子網部分不能全為1，因為全為 1 的地址用于向子網廣播。

這些規則限制了能創建的子網種類。在上面的例子中，請注意以下的兩個子網從可用子網中忽略了：

172.25.0（1010 11000001 10010000 0000）子網部分全為0

172.25.224（1010 11000001 10011110 0000）子網部分全為1

5、子網劃分實例講解

需要進行子網規劃一般兩種情況：

一、給定一個網絡，整網絡地址可知，需要将其劃分為若幹個小的子網。

二、全新網絡，自由設計，需要自己指定整網絡地址。

後者多了一個根據主機數目确定主網絡地址的過程，其他都一樣。

我們先來讨論第一種情況：

例：學院新建4個機房，每個機房有25台機器，給定一個網絡地址空間：192.168.10.0 ，現在需要将其劃分為4個子網。

分析：

192.168.10.0 是一個标準的C類IP地址，默認子網掩碼為255.255.255.0

要劃分為4個子網必須要向最後的八位主機号借位，那借幾位呢？我們來看要求：4 個機房，每個機房25台機器，那就是需要4個子網，每個子網下面最少25台主機。

考慮到擴展性，一般機房能夠容納的機器數量是固定的，建設好之後向機房增加機器的情況很少，增加新機房（新子網）情況較多。注明： 當然對于我們這題，考慮主機和子網最 後的結果都是相同的，但如果要組建較大規模網絡的時候，這點要特别注意）

我們依據子網内最大主機數來确定借幾位。

确定了子網部分，後面的就簡單了，前面的網絡部分不變看最後的這八位。

得到 6 個可用的子網地址： 全部轉換成點分十進制表示

這就得出了所有子網的網絡地址，那個子網的主機地址呢？

注意：在一個網絡中主機地址全為0的 IP是網絡地址，全為1的是網絡廣播地址，不可用。

所以我們的子網地址和子網主機地址如下：

接下來我們再來讨論第二種情況：

全新的網絡，需要自己來指定整網絡地址，這就需要先考慮選擇A 類、B類或C類IP地址的問題，就像上例中的網絡地址空間：192.168.10.0不給定，任由自己選擇，那有的同學可能會說，直接選擇A 類地址有24位的主機位來随便借位。這當然可以，但那就會浪費太多的地址了，在局域網中當然可由你随便設置，但在廣域網裡可沒有那麼多的地址給你分配，所以從開始就應該養成好的習慣。

那如何選擇呢？

和劃分子網的時候一樣，通過公式計算（－ 2），我們知道劃分子網越多浪費的地址就越多。

還記得上面我們每個子網内都有兩個IP不能用嗎？（主機位全為0或全為1）每次劃分子網一般都有兩個子網的地址要浪費掉（子網部分全為0 或全為1）所以，我們需要建設一個擁有4 個子網，每個子網有25 台主機的網絡，那我們一共需要（ 4 2）X（25 2）＝162個 IP數的網絡來劃分。

一個 C 類網絡可以擁有254 的主機地址，所以我們選擇C 類地址來作為整個網絡的網絡号。

如果我們現在有6 個機房，每個機房有50台主機呢？

（ 6 2） x（ 50 2 ）＝ 416 顯然我們就要用到B 類地址的網絡了。 後面劃分子網的步驟和上面一樣，這裡就不多說了。

注意： 我們這裡讨論的是一般情況，目前已經有很多路由器支持主機位全為0或全為1的子網，IP：192.168.10.0掩碼：255.255.248.0這樣的表示方法。這些不在我們的讨論範圍内。

6、如何快速計算網絡号

例：某台主機的IP地址是201.222.5.121

子網掩碼是：255.255.255. 248

試給出：該主機所在網絡的網絡号；

該子網的廣播号；

該子網的IP 範圍。（要求用十進制運算）

計算： 256-248=8-2=6(得到該子網一共6 個 IP)

121÷ 8=15 餘1

121-1=120(得到該主機的網絡号，即：202.222.5.120)

120 8-1=127(得到該網絡的廣播号，即：202.222.5.127)

答：該主機所在的網絡号是202.222.5.120；

該子網的廣播号是202.222.5.127；

該子網的主機IP範圍為201.222.5.121～ 202.222.5.126。

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