IP地址和子網(wǎng)掩碼的關(guān)系

1、IP地址和子網(wǎng)掩碼的基礎(chǔ)知識IP地址的概念1. IP地址組成IP地址源于Internet，是一種層次結(jié)構(gòu)的地址，適合于眾多的互聯(lián)網(wǎng)。Internet中每一臺主機至少有一個IP地址，且這個IP地址必須是全網(wǎng)唯一的。一個IP地址標(biāo)識一個網(wǎng)絡(luò)和與此網(wǎng)絡(luò)相連的一臺主機。IP地址由4個字節(jié)32位二進(jìn)制數(shù)組成，使用點分十進(jìn)制數(shù)表示。4個字節(jié)的IP地址分為兩個層次部分：網(wǎng)絡(luò)號（Network ID）和主機號（Host ID）,如202.93.120.44。在網(wǎng)絡(luò)尋址時只需要網(wǎng)絡(luò)號，從網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過多個網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)關(guān)）最終到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)，用網(wǎng)絡(luò)號即能判斷是否到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)，與主機號無關(guān)，主機號用于在目的網(wǎng)絡(luò)中區(qū)分某臺主機

2、。一個基本的地址分配原則：要為同一網(wǎng)絡(luò)的所有主機分配相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識號，同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同主機必須分配不同的主機標(biāo)識號（主機號）以區(qū)分主機。不同網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每臺主機必須有不同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識號。要使自己的主機加入Internet，為了避免IP地址與其他網(wǎng)絡(luò)相沖突，必須向Internet NIC（網(wǎng)絡(luò)信息中心）獲得IP地址和域名。2. IP地址的類別因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)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：種類IP地址網(wǎng)絡(luò)ID主機IDAW.X.Y.ZWX.Y.ZBW.X.Y.ZW.XY.ZCW.X.Y.ZW.X.YZ表1-1 IP地址的八位組 圖1-1顯示了根據(jù)地址種類劃分網(wǎng)絡(luò)ID和主

3、機ID的情況。A類網(wǎng)絡(luò)地址為主機ID分配了24位，為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供了更多可用的主機ID；B類網(wǎng)絡(luò)地址提供的網(wǎng)絡(luò)ID數(shù)與每個網(wǎng)絡(luò)ID的主機ID數(shù)目是一樣的，使管理員能夠配置大量的網(wǎng)絡(luò)，但每個網(wǎng)絡(luò)允許擁有較少的主機數(shù)；C類網(wǎng)絡(luò)地址提供的網(wǎng)絡(luò)ID較多，但允許每個網(wǎng)絡(luò)ID擁有的主機數(shù)目很少。（1）A類地址：一個字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)地址，最高位為0，允許有126個網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)中用3個字節(jié)表示主機地址，能夠容納多達(dá)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(wǎng)絡(luò)ID范圍是：1.X.Y.Z126.X.Y.Z。A類地址適合大型網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)ID主機ID0 0 8 16 24 32表1-2 A

4、類地址格式（2）B類地址：兩個字節(jié)網(wǎng)絡(luò)地址，最高兩位為10，接下來的14位為網(wǎng)絡(luò)地址，允許16 384個網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)允許65 534臺主機，其格式如表1-3所示。使用B類地址時可分配的網(wǎng)絡(luò)ID范圍是：128.0.Y.Z191.255.Y.Z。B類地址適合于中型網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)ID主機ID100 8 16 24 32表1-3 B類地址格式 （3）C類地址：最高3位為110，接下來的21位為網(wǎng)絡(luò)地址，允許有2097152個網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)主機數(shù)為254，其格式如表1-4所示。使用C類地址時可分配的網(wǎng)絡(luò)ID范圍是：192.0.0.Z223.255.255.Z。C類地址適合小型網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)ID主機ID1100

5、 8 16 24 32表1-4 C類地址格式（4）D類地址：多地址，實現(xiàn)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(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。這類地址不支持全網(wǎng)廣播，需要配置D類地址實現(xiàn)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。多播地址11100 8 16 24 32表1-5 D類地址格式（5）E類地址：用于將來擴(kuò)展，同時也用于實驗?zāi)康?。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。111100 8 16 24 32表1-6 E類地址格式（6）賦予主機IP地址：表1-7總結(jié)

6、了A類、B類、C類網(wǎng)絡(luò)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(qū)分三個主要類型（A類、B類、C類）。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ID的范圍互聯(lián)網(wǎng)上定義的主機數(shù)目A類711261262416 777 214B類1412819116 3841665 534C類211922332097 1528254表1-7 因特網(wǎng)地址的類型起始范圍終止范圍A類1.0.0.1126.255.255.254B類128.0.0.1191.255.255.254C類192.0.0.1223.255.255.254表1-8主機ID的有效范圍（7）私有地址：IP地址按用途分為

7、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(gòu)內(nèi)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(wǎng)中進(jìn)行分配，在Internet上是無效的。這樣可以很好的隔離局域網(wǎng)和Internet。私有地址在公網(wǎng)上是不能被識別的，必須通過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，但在局域網(wǎng)中同樣也可以使用。RFC 1918定義了3類私有地址段：私有地址范圍A類10.0.0.110.255.255.254B類172.16.0.1172.31.255.254C類192.168.0.1192.1

8、68.255.254表1-9 RFC 1918定義的3類私有地址段3. 特殊用途IP地址（1）網(wǎng)絡(luò)地址：主機號全0。（2）廣播地址：主機號全1，含這類IP地址的IP分組被廣播到網(wǎng)絡(luò)上的每一個節(jié)點。（3）回送地址：127.0.0.0或127.0.0.1，本地回環(huán)（Loopback）測試地址。（4）全0地址：0.0.0.0常用于表示默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)，在路由表中構(gòu)造默認(rèn)路徑。4. 子網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)劃分為多個物理網(wǎng)絡(luò)，并使用路由器把它們連接起來。子網(wǎng)劃分（Subnetting）技術(shù)能夠使單個網(wǎng)絡(luò)地址橫跨幾個物理網(wǎng)絡(luò)，如圖1-1所示?；ヂ?lián)網(wǎng)中的每個物理網(wǎng)絡(luò)都被稱為子

9、網(wǎng)。圖1-1大型網(wǎng)絡(luò)可被分成多個子網(wǎng)來創(chuàng)建一個互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（internetwork）這個詞通常簡化為互聯(lián)網(wǎng)（internet），指由路由器連接的一個或多個網(wǎng)絡(luò)，它通常是指單位的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。而因特網(wǎng)（Internet，I為大寫）這個詞，則指連接著世界上數(shù)百萬臺計算機的網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)行子網(wǎng)劃分的原因有很多。其中一個原因是A類網(wǎng)或B類網(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，容納了更多的主機，因而網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)堵塞。繁忙的網(wǎng)絡(luò)通信信號導(dǎo)致沖突、丟失數(shù)

10、據(jù)包以及重傳，因而降低了主機之間的通信效率。路由器像一堵墻把子網(wǎng)隔離開來，這樣本地通信就不會轉(zhuǎn)發(fā)的其他子網(wǎng)，同一子網(wǎng)中主機之間的廣播和通信，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，降低廣播通信量對于需要相互通信的不同子網(wǎng)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(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)主機上的信息被轉(zhuǎn)發(fā)出于安全的考慮，單位也可以創(chuàng)建隔離網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)。一個部門也許會把信息放在存有敏感信息的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，可以配置子網(wǎng)，以阻止來自互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部其他子網(wǎng)的通信，如圖1-4所示。圖1-4 出于安全原因可以隔離子網(wǎng)1) 子網(wǎng)編址理解子

11、網(wǎng)編址最容易的方法是，假設(shè)一個網(wǎng)站，其用于分配給它的單個IP網(wǎng)絡(luò)地址，但這個網(wǎng)站包含兩個以上的物理網(wǎng)絡(luò)，每個物理網(wǎng)絡(luò)使用可用主機ID的一部分。當(dāng)一個網(wǎng)絡(luò)被正確劃分為子網(wǎng)時，只有路由器知道有多個物理網(wǎng)絡(luò)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(jìn)一步劃分，以標(biāo)識主機所在的某個子網(wǎng)，如圖1-5所示。這就產(chǎn)生了一個層次型的編址方案，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，三部分分為網(wǎng)絡(luò)ID（Network ID）、子網(wǎng)ID（Subnet ID）及主機ID（Host ID）。網(wǎng)絡(luò)ID主機ID網(wǎng)絡(luò)ID子網(wǎng)ID主機

12、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IP地址的主機部分劃成兩部分，就能夠建立另外的子網(wǎng)地址。然后，使用IP地址的一部分把子網(wǎng)標(biāo)識為互聯(lián)網(wǎng)中唯一的網(wǎng)絡(luò)。這就是子網(wǎng)劃分。網(wǎng)絡(luò)管理員必須通過給子網(wǎng)中的每臺主機指定子網(wǎng)掩碼，來確定如何來進(jìn)行這種劃分。子網(wǎng)中的所有主機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。如何劃分主機地址（為子網(wǎng)部分保留的位數(shù)），取決于具體需要。如圖1-6所示，為子網(wǎng)部分保留的位數(shù)越多，可分配的主機的位數(shù)就越少，這就意味著在一個子網(wǎng)中可容納的主機就越少。需要較少的子網(wǎng)且擁有大量主機的網(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

13、需要較多子網(wǎng)且擁有主機較少的網(wǎng)站，應(yīng)定義使用較多位數(shù)劃分子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼。B類地址網(wǎng)絡(luò)ID子網(wǎng)ID1254主機ID125410 0 8 16 24 32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32位的二進(jìn)制數(shù)，它告訴TCP/IP主機，IP地址的那些位對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)地址，哪些位對應(yīng)于主機地址。TCP/IP協(xié)議使用子網(wǎng)掩碼判斷目標(biāo)主機地址是位于本網(wǎng)段，還是位于遠(yuǎn)程子網(wǎng)。屏蔽（Masking）網(wǎng)絡(luò)地址即可以實現(xiàn)以上判斷，屏蔽只是簡單地指定網(wǎng)絡(luò)ID和主機ID的分界點。子網(wǎng)掩碼中對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)地址的所有位都被設(shè)為1，而對應(yīng)于主機地址的所有位都被設(shè)為0。如：A類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼：255.

14、0.0.0B類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼：255.255.0.0C類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0TCP/IP比較子網(wǎng)掩碼和IP地址時，所進(jìn)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(jìn)行的。假定一臺主機的配置如下（使用二進(jìn)制數(shù)來說明其內(nèi)部工作原理）：例1 172 25 16 51IP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ID0001 00000011 0011請注意，子網(wǎng)掩

15、碼是如何在第三個八位組之前劃分IP地址的。把子網(wǎng)掩碼的前面兩個八位組的位全部設(shè)為1，即可以做到這一點。這個子網(wǎng)掩碼導(dǎo)致IP按如下方式理解IP地址： IP地址 172.25.16.51 子網(wǎng)掩碼 255.255.0.0 網(wǎng)絡(luò)ID 172.25 主機ID 16.51若子網(wǎng)掩碼是255.255.0.0，則這個B類地址完全屬于單個網(wǎng)絡(luò)。然而，如果這個網(wǎng)絡(luò)連接到因特網(wǎng)上，則在單個網(wǎng)絡(luò)上使用寶貴的B類地址太浪費了（主機數(shù)：65 535臺）。當(dāng)然，可以把這個地址進(jìn)行子網(wǎng)劃分，使其能用于路由器連接的互聯(lián)網(wǎng)。現(xiàn)在看看一些實例，以了解如何劃分B類地址。例2 172 25 16 51IP地址1010 1100000

16、1 10010001 00000011 0011子網(wǎng)掩碼1111 11111111 11111111 11110000 0000網(wǎng)絡(luò)ID1010 11000001 10010001 0000主機ID0011 0011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(wǎng)掩碼，第三個八位組現(xiàn)在也成了網(wǎng)絡(luò)ID的一部分，IP地址仍然不變（172.25.16.51）。但是由于子網(wǎng)掩碼不同，IP協(xié)議“看到”的IP地址是不同的。子網(wǎng)掩碼導(dǎo)致IP協(xié)議按下列方式解釋IP地址： IP地址 172.25.16.51 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0 網(wǎng)絡(luò)ID 172.25.16 主機ID 51子網(wǎng)掩

17、碼255.255.255.0能夠使B類的網(wǎng)絡(luò)ID被分配給253個子網(wǎng)（為什么不是255個接下來就有一些規(guī)則和解釋）。這就使得單一的B類網(wǎng)絡(luò)地址能夠支持包含253個子網(wǎng)的一個大范圍互聯(lián)網(wǎng)。子網(wǎng)劃分后，可用的網(wǎng)絡(luò)從172.25.1.0到172.25.254.0。每個子網(wǎng)可容納254臺主機。下述例子沒有在八位組邊界上準(zhǔn)確地劃分子網(wǎng)： 例3 172 25 16 51IP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ID1 00000011

18、0011在此例中，第三個八位組被細(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(wǎng)絡(luò)中痛心的地址范圍。 IP地址 172.25.16.51 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0 網(wǎng)絡(luò)ID 172.25.0 主機ID 16.51在這個例子中，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個子網(wǎng)： 172.25.32 （1010 1100 0001 1001 0010 0000） 172.25.64 （1010 1100 0001 1001 0100 0000） 172.25

19、.96 （1010 1100 0001 1001 0110 0000） 172.25.128 （1010 1100 0001 1001 1000 0000） 172.25.160 （1010 1100 0001 1001 1010 0000） 172.25.192 （1010 1100 0001 1001 1100 0000）每個子網(wǎng)有13位可用于主機編址。（3）子網(wǎng)劃分規(guī)則。RFC 950是定義子網(wǎng)編址的規(guī)范，其中有兩條規(guī)則適用于網(wǎng)絡(luò)ID的子網(wǎng)部分： 由于按照慣例，全為0的網(wǎng)絡(luò)ID代表“本網(wǎng)絡(luò)”，所以網(wǎng)絡(luò)ID的子網(wǎng)部分則不能全為0，因為那就表示“本子網(wǎng)”。 由于全為1的網(wǎng)絡(luò)ID是一個廣播地址

20、，所以網(wǎng)絡(luò)ID的子網(wǎng)部分不能全為1，因為全為1的地址用于向子網(wǎng)廣播。這些規(guī)則限制了能創(chuàng)建的子網(wǎng)種類。在上面的例子中，請注意以下的兩個子網(wǎng)從可用子網(wǎng)中忽略了：172.25.0 （1010 1100 0001 1001 0000 0000）子網(wǎng)部分全為0172.25.224 （1010 1100 0001 1001 1110 0000）子網(wǎng)部分全為15. 子網(wǎng)劃分實例講解需要進(jìn)行子網(wǎng)規(guī)劃一般兩種情況：一、 給定一個網(wǎng)絡(luò)，整網(wǎng)絡(luò)地址可知，需要將其劃分為若干個小的子網(wǎng)。二、 全新網(wǎng)絡(luò)，自由設(shè)計，需要自己指定整網(wǎng)絡(luò)地址。后者多了一個根據(jù)主機數(shù)目確定主網(wǎng)絡(luò)地址的過程，其他都一樣。我們先來討論第一種情況：例

21、：學(xué)院新建4個機房，每個機房有25臺機器，給定一個網(wǎng)絡(luò)地址空間：192.168.10.0，現(xiàn)在需要將其劃分為4個子網(wǎng)。分析：192.168.10.0是一個標(biāo)準(zhǔn)的C類IP地址，默認(rèn)子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0要劃分為4個子網(wǎng)必須要向最后的八位主機號借位，那借幾位呢？我們來看要求：4個機房，每個機房25臺機器，那就是需要4個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)下面最少25臺主機?？紤]到擴(kuò)展性，一般機房能夠容納的機器數(shù)量是固定的，建設(shè)好之后向機房增加機器的情況很少，增加新機房（新子網(wǎng)）情況較多。注明：當(dāng)然對于我們這題，考慮主機和子網(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)的時候，這點要特別注意）我們依據(jù)子網(wǎng)

22、內(nèi)最大主機數(shù)來確定借幾位。使用公式2n2>=最大主機數(shù) 2n2>=25 252>=25所以主機位數(shù)n為：5相對應(yīng)的子網(wǎng)需要借3位確定了子網(wǎng)部分，后面的就簡單了，前面的網(wǎng)絡(luò)部分不變看最后的這八位。得到6個可用的子網(wǎng)地址：全部轉(zhuǎn)換成點分十進(jìn)制表示這就得出了所有子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址，那個子網(wǎng)的主機地址呢？注意：在一個網(wǎng)絡(luò)中主機地址全為0的IP是網(wǎng)絡(luò)地址，全為1的是網(wǎng)絡(luò)廣播地址，不可用。所以我們的子網(wǎng)地址和子網(wǎng)主機地址如下：接下來我們再來討論第二種情況：全新的網(wǎng)絡(luò)，需要自己來指定整網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)地址空間：192.168.10.0

23、不給定，任由自己選擇，那有的同學(xué)可能會說，直接選擇A類地址有24位的主機位來隨便借位。這當(dāng)然可以，但那就會浪費太多的地址了，在局域網(wǎng)中當(dāng)然可由你隨便設(shè)置，但在廣域網(wǎng)里可沒有那么多的地址給你分配，所以從開始就應(yīng)該養(yǎng)成好的習(xí)慣。那如何選擇呢？和劃分子網(wǎng)的時候一樣，通過公式計算（2n2），我們知道劃分子網(wǎng)越多浪費的地址就越多。還記得上面我們每個子網(wǎng)內(nèi)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(wǎng)一般都有兩個子網(wǎng)的地址要浪費掉（子網(wǎng)部分全為0或全為1）所以，我們需要建設(shè)一個擁有4個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)有25臺主機的網(wǎng)絡(luò)，那我們一共需要（4+2）X（25+2）個IP數(shù)的網(wǎng)絡(luò)來劃分。（4+2）X（25+2）162一個C類網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號。如果我們現(xiàn)在有6個機房，每個機房有50臺主機呢？（6+2）x（50+2）416顯然我們就要用到B類地址的網(wǎng)絡(luò)了。后面劃分子網(wǎng)的步驟和上面一樣，這里就不多說了。注意：