IP地址和子網(wǎng)掩碼的關(guān)系

1、IP地址和子網(wǎng)掩碼的根底知識(shí)IP地址的概念1. IP地址組成IP地址源于In ternet在網(wǎng)絡(luò)尋址時(shí)只需要網(wǎng)絡(luò)號(hào)，從網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過(guò)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)最終到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)，用網(wǎng)絡(luò)號(hào)即能 判斷是否到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)，與主機(jī)號(hào)無(wú)關(guān)，主機(jī)號(hào)用于在目的網(wǎng)絡(luò)中區(qū)分某臺(tái)主機(jī)。一個(gè)根本的地址分配原那么：要為同一網(wǎng)絡(luò)的所有主機(jī)分配相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)號(hào)，同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同主機(jī)必須分配不同的主機(jī)標(biāo)識(shí)號(hào)主機(jī)號(hào)以區(qū)分主機(jī)。不同網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每臺(tái)主機(jī)必須有不同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí) 號(hào)。要使自己的主機(jī)參加In ternet ，為了防止IP地址與其他網(wǎng)絡(luò)相沖突，必須向In ter net NIC網(wǎng)絡(luò)信息中心獲得IP地址和域名。2. IP地址的類(lèi)別因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)定義了五種

2、類(lèi)型的IP地址。三種根本種類(lèi)是 A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)。如表1-1所示：是一種層次結(jié)構(gòu)的地址，適合于眾多的互聯(lián)網(wǎng)。In種類(lèi)IP地址網(wǎng)絡(luò)ID主機(jī)IDAWBW.XY.ZCZ表1-1 IP地址的八位組ID和主機(jī)ID的情況。A類(lèi)網(wǎng)絡(luò)地址為主機(jī)ID分配了 24位， B類(lèi)網(wǎng)絡(luò)地址提供的網(wǎng)絡(luò) ID數(shù)與每個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID的主機(jī)ID數(shù)目 但每個(gè)網(wǎng)絡(luò)允許擁有較少的主機(jī)數(shù)；圖1-1顯示了根據(jù)地址種類(lèi)劃分網(wǎng)絡(luò) 為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供了更多可用的主機(jī)ID ；是一樣的，使管理員能夠配置大量的網(wǎng)絡(luò)， 網(wǎng)絡(luò)ID較多，但允許每個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID擁有的主機(jī)數(shù)目很少。C類(lèi)網(wǎng)絡(luò)地址提供的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中用 3個(gè)字節(jié) A類(lèi)地址適合大型網(wǎng)絡(luò)。1A類(lèi)地址：一個(gè)字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)地

3、址， 最高位為0，允許有126個(gè)網(wǎng)絡(luò), 表示主機(jī)地址，能夠容納多達(dá) 16 777 214個(gè)主機(jī)ID。其格式如表1-2所示。2B類(lèi)地址： 網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)允許表1-2 A類(lèi)地址格式兩個(gè)字節(jié)網(wǎng)絡(luò)地址， 最高兩位為10，接下來(lái)的14位為網(wǎng)絡(luò)地址，允許16 384個(gè)65 534臺(tái)主機(jī)，其格式如表1-3所示。B類(lèi)地址適合于中型網(wǎng)絡(luò)。3 C類(lèi)地址：最高3位為 主機(jī)數(shù)為254,其格式如表1-4表1-3 B類(lèi)地址格式110，接下來(lái)的21位為網(wǎng)絡(luò)地址，允許有 2097152個(gè)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò) 所示。C類(lèi)地址適合小型網(wǎng)絡(luò)。表1-4 C類(lèi)地址格式4 D類(lèi)地址：多地址，實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳送，常用于X.25、幀中繼FR和A

4、TMI等使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。這類(lèi)地址不支持全網(wǎng)播送，需要配置D類(lèi)地址實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳送。D類(lèi)地址的前4位表1-5所示。表1-5 D類(lèi)地址格式5E類(lèi)地址：用于將來(lái)擴(kuò)展，同時(shí)也用于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。它們不能分配給主機(jī)。E類(lèi)地址前五位為11110。其格式如表1-6所示。1111008162432表1-6 E類(lèi)地址格式6賦予主機(jī)IP地址：表1-7總結(jié)了 A類(lèi)、B類(lèi)、C類(lèi)網(wǎng)絡(luò)編址。如表所示，一個(gè)IP地址的種類(lèi)可以從最高三位來(lái)判斷，用兩位就足以區(qū)分三個(gè)主要類(lèi)型A類(lèi)、B類(lèi)、C類(lèi)。定義網(wǎng)絡(luò)ID位網(wǎng)絡(luò)ID范圍可定義網(wǎng)絡(luò)的數(shù)目用于主機(jī)ID的范圍互聯(lián)網(wǎng)上定義的主機(jī)數(shù)目A類(lèi)71 1261262416 777 214B類(lèi)1

5、412819116 3841665 534C類(lèi)21192 2332097 1528254表1-7因特網(wǎng)地址的類(lèi)型起始范圍終止范圍A類(lèi)B類(lèi)C類(lèi)表1-8主機(jī)ID的有效范圍A、B、C 三類(lèi) IP7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地址中保存下來(lái)為組織機(jī)構(gòu)內(nèi)局部配地址時(shí)所使用的IP地址私有地址主要用于在局域網(wǎng)中進(jìn)行分配，在In ter net 上是無(wú)效的。這樣可以很好的隔離局域網(wǎng)和In ternet 。私有地址在公網(wǎng)上是不能被識(shí)別的，必須通過(guò)NAT將內(nèi)部IP地址轉(zhuǎn)換成公網(wǎng)上可用的IP地址，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部IP地址與外部公網(wǎng)的通信。公有地址是在廣域網(wǎng)上使用的地址，但在局域

6、網(wǎng) 中同樣也可以使用。RFC 1918定義了 3類(lèi)私有地址段：私有地址范圍A類(lèi)B類(lèi)C類(lèi)表1-9 RFC 1918定義的3類(lèi)私有地址段3. 特殊用途IP地址(1) 網(wǎng)絡(luò)地址：主機(jī)號(hào)全 0(2)播送地址：主機(jī)號(hào)全1,含這類(lèi)IP地址的IP分組被播送到網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)4. 子網(wǎng)的劃分出于管理、性能和平安方面的考慮，許多單位把單一的網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)，并使用路由器 把它們連接起來(lái)。子網(wǎng)劃分(Sub nett ing )技術(shù)能夠使單個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址橫跨幾個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)，如圖1-1所示?；ヂ?lián)網(wǎng)中的每個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)都被稱(chēng)為子網(wǎng)。圖1-1大型網(wǎng)絡(luò)可被分成多個(gè)子網(wǎng)來(lái)創(chuàng)立一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(in ternetwork )

7、這個(gè)詞通常簡(jiǎn)化為互聯(lián)網(wǎng)(in ternet )，指由路由器連接的一個(gè)或多 個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它通常是指單位的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。而因特網(wǎng)(In ternet ，I為大寫(xiě))這個(gè)詞，那么指連接著世界上數(shù)百萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)行子網(wǎng)劃分的原因有很多。其中一個(gè)原因是A類(lèi)網(wǎng)或B類(lèi)網(wǎng)的地址空間太大，以至于單一的未使用路由的網(wǎng)絡(luò)中無(wú)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(wǎng)絡(luò)。隨著網(wǎng)絡(luò)的增長(zhǎng)，容納了更多的主機(jī)，因而網(wǎng)絡(luò)通信變得更為繁忙。就像頂峰期的快車(chē)道，由于 交通過(guò)于繁忙而出現(xiàn)堵塞。繁忙的網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)導(dǎo)致沖突、喪失數(shù)據(jù)包以及重傳，因而降低了主機(jī)之 間的通信效率。路由器像一堵墻把子網(wǎng)隔離開(kāi)來(lái)

8、，這樣本地通信就不會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)的其他子網(wǎng)，同一子網(wǎng)中 主機(jī)之間的播送和通信，只能在它們所屬的子網(wǎng)中進(jìn)行。圖1-2路由器作為子網(wǎng)之間的橋，降低播送通信量對(duì)于需要相互通信的不同子網(wǎng)上的主機(jī)，可以配置路由器篩選通信，以使需要傳送到其他子網(wǎng)上 的信息被轉(zhuǎn)發(fā)，如圖1-3所示。圖1-3路由器使要發(fā)送到遠(yuǎn)程子網(wǎng)主機(jī)上的信息被轉(zhuǎn)發(fā)出于平安的考慮，單位也可以創(chuàng)立隔離網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)。一個(gè)部門(mén)也許會(huì)把信息放在存有敏感信息的 網(wǎng)絡(luò)效勞器上，可以配置子網(wǎng)，以阻止來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部其他子網(wǎng)的通信，如圖1-4所示。圖1-4出于平安原因可以隔離子網(wǎng)1)子網(wǎng)編址理解子網(wǎng)編址最容易的方法是，假設(shè)一個(gè)網(wǎng)站，其用于分配給它的單個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)地址，但這

9、個(gè)網(wǎng)站包含兩個(gè)以上的物理網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)使用可用主機(jī)ID的一局部。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)被正確劃分為子網(wǎng)時(shí)，只有路由器知道有多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)存在，并且知道如何路由它們之間的通信。(1 )戈9分IP地址。IP地址的主機(jī)局部那么由管理員進(jìn)一步劃分，以標(biāo)識(shí)主機(jī)所在的某個(gè)子網(wǎng)，如 圖1-5所示。這就產(chǎn)生了一個(gè)層次型的編址方案，它支持互聯(lián)網(wǎng)中子網(wǎng)間的路由，而且在更高一層， 它支持互聯(lián)網(wǎng)與因特網(wǎng)之間的路由。在互聯(lián)網(wǎng)中，三局部分為網(wǎng)絡(luò)ID (Network ID)、子網(wǎng)ID (SubnetID)及主機(jī) ID ( Host ID )網(wǎng)絡(luò)ID主機(jī)ID網(wǎng)絡(luò)ID子網(wǎng)ID主機(jī)ID圖1-5 IP地址可以進(jìn)一步劃分，以支持子網(wǎng)的劃分把

10、IP地址的主機(jī)局部劃成兩局部，就能夠建立另外的子網(wǎng)地址。然后，使用IP地址的一局部把子網(wǎng)標(biāo)識(shí)為互聯(lián)網(wǎng)中唯一的網(wǎng)絡(luò)。這就是子網(wǎng)劃分。網(wǎng)絡(luò)管理員必須通過(guò)給子網(wǎng)中的每臺(tái)主機(jī)指定子網(wǎng)掩碼，來(lái)確定如何來(lái)進(jìn)行這種劃分。子網(wǎng)中的 所有主機(jī)必須配置相同的子網(wǎng)掩碼。子網(wǎng)編址涉及IP地址的認(rèn)真管理以及正確地定義子網(wǎng)掩碼。如何劃分主機(jī)地址為子網(wǎng)局部保存的位數(shù)，取決于具體需要。如圖1-6所示，為子網(wǎng)局部保留的位數(shù)越多，可分配的主機(jī)的位數(shù)就越少，這就意味著在一個(gè)子網(wǎng)中可容納的主機(jī)就越少。需要較少的子網(wǎng)且擁有大量主機(jī)的網(wǎng)站，應(yīng)定義使用較少位數(shù)劃分子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼；而需要較多 子網(wǎng)且擁有主機(jī)較少的網(wǎng)站，應(yīng)定義使用較多位數(shù)劃分

11、子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼。B類(lèi)地址圖1-6可以指定用于子網(wǎng)劃分的位數(shù)2子網(wǎng)掩碼。子網(wǎng)掩碼是一個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù)，它告訴 TCP/IP主機(jī)，IP地址的那些位對(duì)應(yīng)于 網(wǎng)絡(luò)地址，哪些位對(duì)應(yīng)于主機(jī)地址。TCP/IP協(xié)議使用子網(wǎng)掩碼判斷目標(biāo)主機(jī)地址是位于本網(wǎng)段，還是位于遠(yuǎn)程子網(wǎng)。屏蔽Masking網(wǎng)絡(luò)地址即可以實(shí)現(xiàn)以上判斷，屏蔽只是簡(jiǎn)單地指定網(wǎng)絡(luò)ID和主機(jī)ID的分界點(diǎn)。子網(wǎng)掩碼中對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)地址的所有位都被設(shè)為1,而對(duì)應(yīng)于主機(jī)地址的所有位都被設(shè)為0。如：TCP/IP比擬子網(wǎng)掩碼和IP地址時(shí)，所進(jìn)行的運(yùn)算是“邏輯位與Logical Bitwise AND。下面的例子說(shuō)明了這種運(yùn)算是如何進(jìn)行的。假定一臺(tái)主機(jī)的配置如下使

12、用二進(jìn)制數(shù)來(lái)說(shuō)明其內(nèi)部工作原 理：例 1172251651IP地址1010 11000001 10010001 00000011 0011子網(wǎng)掩碼1111 11111111 11110000 00000000 0000網(wǎng)絡(luò)ID1010 11000001 1001主機(jī)ID0001 00000011 0011請(qǐng)注意，子網(wǎng)掩碼是如何在第三個(gè)八位組之前劃分IP地址的。把子網(wǎng)掩碼的前面兩個(gè)八位組的位全部設(shè)為1，即可以做到這一點(diǎn)。這個(gè)子網(wǎng)掩碼導(dǎo)致IP按如下方式理解IP地址：網(wǎng)絡(luò) ID 172.25主機(jī) ID 16.51例 2172251651IP地址1010 11000001 10010001 00000

13、011 0011子網(wǎng)掩碼1111 11111111 11111111 11110000 0000網(wǎng)絡(luò)ID1010 11000001 10010001 0000主機(jī)ID0011 0011“看到的IP地址是不同的。子網(wǎng)掩碼導(dǎo)致 IP協(xié)議按以下方式解釋IP地址:主機(jī)ID 51下述例子沒(méi)有在八位組邊界上準(zhǔn)確地劃分子網(wǎng)：例 3172251651IP地址1010 11000001 10010001 00000011 0011子網(wǎng)掩碼1111 11111111 11111110 00000000 0000網(wǎng)絡(luò)ID1010 11000001 1001000主機(jī)ID1 00000011 0011在此例中，第三個(gè)

14、八位組被細(xì)分，前三位屬于網(wǎng)絡(luò)ID，而剩下的位屬于主機(jī)ID。如下所示，按八位組劃分的IP地址看起來(lái)與以前的例子完全相同，然而，主機(jī)上運(yùn)行的IP軟件限制了可以在單個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中痛心的地址范圍。網(wǎng)絡(luò) 主機(jī) ID16.51在這個(gè)例子中，分配三位用于子網(wǎng)編址，使得網(wǎng)絡(luò)管理員可以用下面的網(wǎng)絡(luò)ID配置6個(gè)子網(wǎng)：1010 1100 0001 1001 1000 0000 )172.25.160( 1010 1100 0001 1001 1010 0000)每個(gè)子網(wǎng)有13位可用于主機(jī)編址。(3) 子網(wǎng)劃分規(guī)那么。RFC 950是定義子網(wǎng)編址的標(biāo)準(zhǔn)，其中有兩條規(guī)那么適用于網(wǎng)絡(luò)ID的子網(wǎng)局部： 由于按照慣例，全為0的

15、網(wǎng)絡(luò)ID代表“本網(wǎng)絡(luò)，所以網(wǎng)絡(luò)ID的子網(wǎng)局部那么不能全為 0,因 為那就表示“本子網(wǎng)。 由于全為1的網(wǎng)絡(luò)ID是一個(gè)播送地址，所以網(wǎng)絡(luò)ID的子網(wǎng)局部不能全為1，因?yàn)槿珵?的 地址用于向子網(wǎng)播送。這些規(guī)那么限制了能創(chuàng)立的子網(wǎng)種類(lèi)。在上面的例子中，請(qǐng)注意以下的兩個(gè)子網(wǎng)從可用子網(wǎng)中忽略 了：172.25.0(1010 1100 0001 1001 0000 0000)子網(wǎng)局部全為 05. 子網(wǎng)劃分實(shí)例講解需要進(jìn)行子網(wǎng)規(guī)劃一般兩種情況：一、給定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，整網(wǎng)絡(luò)地址可知，需要將其劃分為假設(shè)干個(gè)小的子網(wǎng)。二、全新網(wǎng)絡(luò)，自由設(shè)計(jì)，需要自己指定整網(wǎng)絡(luò)地址。后者多了一個(gè)根據(jù)主機(jī)數(shù)目確定主網(wǎng)絡(luò)地址的過(guò)程，其他都一樣

16、。 我們先來(lái)討論第一種情況：分析：要?jiǎng)澐譃?個(gè)子網(wǎng)必須要向最后的八位主機(jī)號(hào)借位，那借幾位呢？我們來(lái)看要求：4個(gè)機(jī)房，每個(gè)機(jī)房25臺(tái)機(jī)器，那就是需要 4個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)下面最少 25臺(tái)主機(jī)。考慮到擴(kuò)展性，一般機(jī)房能夠容納的機(jī)器數(shù)量是固定的， 建設(shè)好之后向機(jī)房增加機(jī)器的情況很少， 增加新機(jī)房(新子網(wǎng))情況較多。注明：當(dāng)然對(duì)于我們這題，考慮主機(jī)和子網(wǎng)最后的結(jié)果都是相同的， 但如果要組建較大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，這點(diǎn)要特別注意)我們依據(jù)子網(wǎng)內(nèi)最大主機(jī)數(shù)來(lái)確定借幾位。使用公式-2=最大主機(jī)數(shù)2=252=25所以主機(jī)位數(shù)n為：5相對(duì)應(yīng)的子網(wǎng)需要借3位確定了子網(wǎng)局部，后面的就簡(jiǎn)單了，前面的網(wǎng)絡(luò)局部不變看最后的這八

17、位。得到6個(gè)可用的子網(wǎng)地址：全部轉(zhuǎn)換成點(diǎn)分十進(jìn)制表示這就得出了所有子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址，那個(gè)子網(wǎng)的主機(jī)地址呢？注意：在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)地址全為0的IP是網(wǎng)絡(luò)地址，全為1的是網(wǎng)絡(luò)播送地址，不可用。所以我們的子網(wǎng)地址和子網(wǎng)主機(jī)地址如下：接下來(lái)我們?cè)賮?lái)討論第二種情況：這當(dāng)然可以，但那就會(huì)浪費(fèi)太多的地址了，在局域網(wǎng)中當(dāng)然可由你隨便設(shè)置，但在廣域網(wǎng)里可沒(méi) 有那么多的地址給你分配，所以從開(kāi)始就應(yīng)該養(yǎng)成好的習(xí)慣。那如何選擇呢？和劃分子網(wǎng)的時(shí)候一樣，通過(guò)公式計(jì)算(一2),我們知道劃分子網(wǎng)越多浪費(fèi)的地址就越多。還記得上面我們每個(gè)子網(wǎng)內(nèi)都有兩個(gè)IP不能用嗎？(主機(jī)位全為 0或全為1)每次劃分子網(wǎng)一般都有兩個(gè)子網(wǎng)的地址要浪

18、費(fèi)掉(子網(wǎng)局部全為0或全為1)所以，我們需要建設(shè)一個(gè)擁有4個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)有25臺(tái)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，那我們一共需要(4+2)X (25+2)個(gè)IP數(shù)的網(wǎng)絡(luò)來(lái)劃分。(4+2) X (25+2)= 162一個(gè)C類(lèi)網(wǎng)絡(luò)可以擁有254的主機(jī)地址，所以我們選擇C類(lèi)地址來(lái)作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)。如果我們現(xiàn)在有6個(gè)機(jī)房，每個(gè)機(jī)房有50臺(tái)主機(jī)呢？(6+2) x (50+2)= 416顯然我們就要用到 B類(lèi)地址的網(wǎng)絡(luò)了。后面劃分子網(wǎng)的步驟和上面一樣，這里就不多說(shuō)了。6. 如何快速計(jì)算網(wǎng)絡(luò)號(hào)例：某臺(tái)主機(jī)的IP地址是201.222.5. 121子網(wǎng)掩碼248試給出：該主機(jī)所在網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)；該子網(wǎng)的播送號(hào)；該子網(wǎng)的IP范圍。(要求用十進(jìn)制運(yùn)算)計(jì)算：256- 248=8-2=6 ( 得到該子網(wǎng)一共6個(gè)IP)121-8=15 余 1121-1=120(得到該主機(jī)7. IP的未來(lái)因特網(wǎng)界所面臨的最大問(wèn)題之一，應(yīng)當(dāng)是未分配的IP地址資源急劇下降。在解決這個(gè)問(wèn)題的努力中，因特網(wǎng)工程組(In ternet En gi neeri ng Task Force, IETF)已