IP寻址

IP寻址周艳芳第一节IP寻址技术简介一、IP地址的概念我们知道因特网是全世界范围内的计算机联为一体而构成的通信网络的总称。联在某个网络上的两台计算机之间在相互通信时，在它们所传送的数据包里都会含有某些附加信息，这些附加信息就是发送数据的计算机的地址和接受数据的计算机的地址。象这样，人们为了通信的方便给每一台计算机都事先分配一个类似我们日常生活中的电话号码一样的标识地址，该标识地址就是我们今天所要介绍的IP地址。。根据TCP/IP协议规定，IP地址是由32位二进制数组成，而且在INTERNET范围内是唯一的例如，某台联在因特网上的计算机的IP地址为：11010010010010011000110000000010很明显，这些数字对于人来说不太好记忆。人们为了方便记忆，就将组成计算机的IP地址的32位二进制分成四段，每段8位，中间用小数点隔开，然后将每八位二进制转换成十进制数，这样上述计算机的IP地址就变成了：210.73.140.2。二、IP地址的分类我们说过因特网是把全世界的无数个网络连接起来的一个庞大的网间网，每个网络中的计算机通过其自身的IP地址而被唯一标识的，据此我们也可以设想，在INTERNET上这个庞大的网间网中，每个网络也有自己的标识符。这与我们日常生活中的电话号码很相像，例如有一个电话号码为0515163，这个号码中的前四位表示该电话是属于哪个地区的，后面的数字表示该地区的某个电话号码。与上面的例子类似，我们把计算机的IP地址也分成两部分，分别为网络标识和主机标识。同一个物理网络上的所有主机都用同一个网络标识，网络上的一个主机（包括网络上工作站、服务器和路由器等）都有一个主机标识与其对应?IP地址的4个字节划分为2个部分，一部分用以标明具体的网络段，即网络标识；另一部分用以标明具体的节点，即主机标识，也就是说某个网络中的特定的计算机号码。例如，盐城市信息网络中心的服务器的IP地址为210.73.140.2，对于该IP地址，我们可以把它分成网络标识和主机标识两部分，这样上述的IP地址就可以写成：网络标识：210.73.140.0主机标识：2合起来写：210.73.140.2由于网络中包含的计算机有可能不一样多，有的网络可能含有较多的计算机，也有的网络包含较少的计算机，于是人们按照网络规模的大小，把32位地址信息设成三种定位的划分方式，这三种划分方法分别对应于A类、B类、C类IP地址。1．A类IP地址一个A类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，A类IP地址就由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”。A类IP地址中网络的标识长度为7位，主机标识的长度为24位，A类网络地址数量较少，可以用于主机数达1600多万台的大型网络。2．B类IP地址一个B类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前两段号码为网络号码，B类IP地址就由2字节的网络地址和2字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”。B类IP地址中网络的标识长度为14位，主机标识的长度为16位，B类网络地址适用于中等规模规模的网络，每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。3．C类IP地址一个C类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，C类IP地址就由3字节的网络地址和1字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。C类IP地址中网络的标识长度为21位，主机标识的长度为8位，C类网络地址数量较多，适用于小规模的局域网络，每个网络最多只能包含254台计算机。除了上面三种类型的IP地址外，还有几种特殊类型的IP地址，TCP/IP协议规定，凡IP地址中的第一个字节以“lll0”开始的地址都叫多点广播地址。因此，任何第一个字节大于223小于240的IP地址是多点广播地址；IP地址中的每一个字节都为0的地址（“0.0.0.0”）对应于当前主机；IP地址中的每一个字节都为1的IP地址（“255．255．255．255”）是当前子网的广播地址；IP地址中凡是以“llll0”的地址都留着将来作为特殊用途使用；IP地址中不能以十进制“127”作为开头，27．1．1．1用于回路测试，同时网络ID的第一个6位组也不能全置为“0”，全“0”表示本地网络。三、IP的寻址规则1.网络寻址规则A、网络地址必须唯一。B、网络标识不能以数字127开头。在A类地址中，数字127保留给内部回送函数。C、网络标识的第一个字节不能为255。数字255作为广播地址。D、网络标识的第一个字节不能为“0”，“0”表示该地址是本地主机，不能传送。2.主机寻址规则A、主机标识在同一网络内必须是唯一的。B、主机标识的各个位不能都为“1”，如果所有位都为“1”，则该机地址是广播地址，而非主机的地址。C、主机标识的各个位不能都为“0”，如果各个位都为“0”，则表示“只有这个网络”，而这个网络上没有任何主机。四、IP子网掩码概述1.子网掩码的概念子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。2.确定子网掩码数用于子网掩码的位数决定于可能的子网数目和每个子网的主机数目。在定义子网掩码前，必须弄清楚本来使用的子网数和主机数目。定义子网掩码的步骤为：A、确定哪些组地址归我们使用。比如我们申请到的网络号为“210.73.a.b”，该网络地址为c类IP地址，网络标识为“210.73”，主机标识为“a.b”。B、根据我们现在所需的子网数以及将来可能扩充到的子网数，用宿主机的一些位来定义子网掩码。比如我们现在需要12个子网，将来可能需要16个。用第三个字节的前四位确定子网掩码。前四位都置为“1”，即第三个字节为“11110000”，这个数我们暂且称作新的二进制子网掩码。”C、把对应初始网络的各个位都置为“1”，即前两个字节都置为“1”，第四个字节都置为“0”，则子网掩码的间断二进制形式为：“11111111.11111111.11110000.00000000”D、把这个数转化为间断十进制形式为：“255.255.240.0这个数为该网络的子网掩码。二、网关大家都知道，从一个房间走到另一个房间，必然要经过一扇门。同样，从一个网络向另一个网络发送信息，也必须经过一道“关口”，这道关口就是网关。顾名思义，网关(Gateway)就是一个网络连接到另一个网络的“关口”。按照不同的分类标准，网关也有很多种。TCP/IP协议里的网关是最常用的，在这里我们所讲的“网关”均指TCP/IP协议下的网关。那么网关到底是什么呢？网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。比如有网络A和网络B，网络A的IP地址范围为“192.168.1.1~192.168.1.254”，子网掩码为255.255.255.0；网络B的IP地址范围为“192.168.2.1~192.168.2.254”，子网掩码为255.255.255.0。在没有路由器的情况下，两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的，即使是两个网络连接在同一台交换机(或集线器)上，TCP/IP协议也会根据子网掩码(255.255.255.0)判定两个网络中的主机处在不同的网络里。而要实现这两个网络之间的通信，则必须通过网关。如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中，就把数据包转发给它自己的网关，再由网关转发给网络B的网关，网络B的网关再转发给网络B的某个主机(如附图所示)。网络B向网络A转发数据包的过程。所以说，只有设置好网关的IP地址，TCP/IP协议才能实现不同网络之间的相互通信。那么这个IP地址是哪台机器的IP地址呢？网关的IP地址是具有路由功能的设备的IP地址，具有路由功能的设备有路由器、启用了路由协议的服务器(实质上相当于一台路由器)、代理服务器(也相当于一台路由器)。1969年仅有四节点的ARPA网在美国实验成功，有谁能想到由此演化的互联网会成为世界最大的数据网呢。随着计算机的普及，上网人数的不断增加，越来越多的企业把目光投向互联网。支撑Internet运转的关键是IP技术，在此详细讲解其基本概念及IP的寻址过程。MAC地址(位于数据链路层)介质访问控制(MediaAccessControl)地址一般位于网卡中，用于标识网络设备，控制对网络介质的访问。例如，网络设备要访问传输电缆(网线，位于物理层)，必须具备一个MAC地址，发送的数据要到达目的地，必须知道目的地的MAC地址。因为一个网卡具有唯一的MAC地址，所以又叫做物理地址。网络地址(位于网络层)因为一个网络地址可以根据逻辑分配给任意一个网络设备，所以又叫逻辑地址。网络地址通常可分成网络号和主机号两部分，用于标识网络和该网络中的设备。采用不同网络层协议，网络地址的描述是不同的，如IPX，以PAD.0134.02d3.es50为例，PAD为网络号，而0134.02d3.es50是标识该网络中设备的主机号。IP协议则用32位二进制来表示网络地址，一般就叫做IP地址。MAC地址用于网络通信，网络地址是用于确定网络设备位置的逻辑地址。IP地址为了适应不同大小的网络需求，所有的IP地址被分为不同的类别—ClassA、B、C，这就是有类IP地址。可用IP地址的前三位做区分。在计算网络支持的主机数时要减2，是因为全0的主机号用于标识该网络，全1的主机号是该网络的广播地址。广播地址用于标识网络的所有主机，数据发向广播地址就相当于向全网络主机广播。或者以网络掩码(netmask)作区分。网络掩码和IP一样也是32位二进制数，把网络掩码和IP地址逻辑与得出的结果就是主机号。有类IP地址(ClassIP)的局限网络的发展出乎设计者的想象。32位的IPv4(IP的第四版本)虽有232个IP地址，但是将IP地址分类的方法，理想化地把网络分为千万级、万级、百级，僵化的选择导致了大量的浪费。而随着网上站点的增加，用于维持网络间通信的路由器路由信息的不断增长，最终将导致路由器无法负荷，只能将部分站点的路由信息丢弃，造成不能访问。保留地址在Internet中有部分IP地址是保留作内部网络使用的。采用保留地址，每个局域网都可以为内部网络的众多主机分配一个IP地址。通过NAT地址转换，在访问外部网络时将保留地址转为真实地址，能够满足内部网络采用TCP/IP协议的同时，也保持了Internet上的地址唯一性。如果内部网络不连入Internet的话，实际上是可以使用任何一类地址。否则必须保证连通网络的地址唯一性。子网化(Subnetting)把一个网络再细分成数个小网，就叫子网化。假设一家公司有一个B类地址130.5.0.0，可是需要为各地的分公司分别建立网络。130.5是其网络号，把主机号(16位)分成子网号(8位)和子网主机号(8位)两部分，共有子网28-2个，这样就可以为每个分公司分配一个子网。子网化是一种解决IP地址紧张的方案。此外，子网化还可以防止路由信息的无限制增长。由于同一网络不同子网的网络号是一致的，所以Internet路由器到各个子网的路由是一致的。子网化的另一个好处就是无论该网络的拓扑如何改变都不会影响到Internet的路由，Internet路由器也就不用花费大量的资源去计算更新路由信息。如前所述IP是用于寻址的，所以子网在此就相当于分级寻址。先由Internet路由器根据网络号定位到目的网络，再由内部的路由器根据扩展网络号进一步定位到目的网络中的子网络。路由器工作原理与第三层交换第三层交换是在第二层交换机上插入一个路由模块，利用交换机的高速背板路由模块和其它的交换模块高速交换数据。在这种情况下，当A主机要向B主机发送数据时，A将B的IP地址和自己的相比较。如果确认B与A是同一个子网，A将发送一个广播ARP，B返回其MAC地址；于是A用MAC