浅谈节约IP地址的方法.docVIP

大学计算机网络基础课程研究报告 Introduction of ComputerNetwork 浅谈节约IP地址的方法陈家佳（人文学院 广告0901 )摘要：本文主要简单介绍了IP地址的概念和作用，介绍两种节约IP地址的方法：NAT和子网划分，以及两种方法的实现原理，并且指出解决IP地址匮乏的最终方案。关键词：IP地址，NAT，子网划分，实现原理IP address of the Method of savingChen Jia Jia(school of Humanities,Advertising0901,)Abstract: This paper briefly introduces the concept and role of IP addresses, describes two methods of saving IP addresses: NAT and subnetting, and the implementation principle of the two methods, and solve the IP address that lack of final plan.Key words: IP addresses, NAT, subnetting, racetrack一、IP地址概述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，是一个庞大的网间网，其中包含了数以千万计的计算机，因此，要想实现这些计算机之间的通信，首先要解决的是给每台计算机一个唯一的标识，这就是IP地址。根据I P协议的规定，每个I P 地址的长度为32位，分4 段，每段8位，常用十进制数字表示，每段数字范围为1255，段与段之间用小数点分隔。每段也可以用十六进制或二进制表示。每个IP地址包括两部分，即网络号和主机号。同一个物理网络上的所有主机都用同一个网络号，网络上的一个主机，可以是工作站、服务器和路由器等，对应有一个主机号，这样就惟一确定了一台计算机的电子位置。由于每个网络中包含的计算机不是一样多，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，于是按照网络规模的大小，把IP地址划分成A、B、C、D、E五类，其中常用的有A类、B类、C类，D类用作组播，E类留作备用。A 类IP 地址：用7 位（bit）来标识网络号，24 位标识主机号，最前面一位为“0”，即A 类地址的第一段取值介于1126 之间。A 类地址通常为大型网络而提供，全世界总共只有126 个可能的A 类网络，每个A 类网络最多可以连接16777214 台主机。B 类IP 地址：用14 位来标识网络号，16 位标识主机号，前面两位是“10”。B 类地址的第一段取值介于128191 之间，第一段和第二段合在一起表示网络号。B 类地址适用于中等规模的网络，全世界大约有16000 个B 类网络，每个B 类网络最多可以连接65534 台主机。C 类IP 地址：用21 位来标识网络号，8 位标识主机号，前面三位是“110”。C 类地址的第一段取值介于192223 之间，第一段、第二段、第三段合在一起表示网络号。最后一段标识网络上的主机号。C 类地址适用于校园网等小型网络，每个C 类网络最多可以有254 台主机。除了上面所说的五类I P 地址外，还有几种特殊的I P 地址，T C P / I P 协议规定，凡I P 地址中的第一个字节以“ l l l 0”开始的地址都叫多点广播地址。因此，任何第一个字节大于2 2 3且小于2 4 0的I P 地址是多点广播地址；I P 地址中0 . 0 . 0. 0对应于当前主机；I P 地址中的55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，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。二、IP地址面临的危机当1981年9月TCP/ IP协议开始发布时，当时互联网上大约只有10 0 0台主机，并且几乎所有的主机都是基于时分系统的大型机，为单个用户设计的计算机几乎不存在。因此在当时I P v4所拥有的4 0亿个地址简直就是天文数字，在分配IP地址时也就相当的随意，从而导致早期的地址分配方案不尽合理，浪费比较严重。例如，申请到一个A类或B类地址的用户单位，理论上可以用约160 0万个或65000个IP地址，但实际上接入的没有这么多主机，这也就意味着相当一部分IP地址被闲置，并且不能被再分配。另外，美国一些大学和公司占用了大量的I P 地址，例如MIT、IBM和AT&T分别占用了1600多万，1700多万和1900多万个IP地址。由此也导致大量的IP地址被浪费，随着电脑技术的普及和因特网技术的迅猛发展，大量的个人计算机出现了，因此IPv4地址资源已经濒临枯竭，到目前为止，A类和B类地址已经用完，只有C类地址还稍有余量。三、解决IP地址短缺的方案IPv4地址资源濒临枯竭已成为人们关注的焦点，因此许多节约I P地址的技术也就相继出现了。例如NAT技术，子网划分技术等。下面我们就来着重介绍这两种技术。3.1 NATNAT全称是Network Address Translaslation,即网络地址转换，它是一个ITET标准，它将每个局域网的所有地址转换成同一个地址，允许一个机构用一个地址浏览网上的资源。NAT功能通常可能是建在路由器、ISDN路由器、防火墙或独立的NAT设备之上的。把个别IP地址隐藏起来，是外界无法直接访问内部网络设备，同时还可帮助网络超越地址限制，合理安排网络中的公用和私用IP地址的使用。节约大量的公用地址资源。NAT技术能帮助解决IP地址紧张的问题。即在内部网络中使用内部地址，通过NAT把内部地址翻译成合法的IP地址在Internet 上使用。NAT设备维护一个状态表，用来把私有IP地址映射到合法的IP地址上。每个包在NAT设备中被翻译成合法的IP地址，发往目标地址。NAT设置可以分为静态地址转换、动态地址转换、复用动态地址转换。3.1.1 静态地址转换适用的环境静态地址转换将内部保留地址与内部合法地址进行一对一的转换，且需要指定和哪个合法地址进行转换。如果内部网络有E-mail服务器或FTP服务器等可以为外部用户提供的服务，这些服务器的IP地址必须采用静态地址转换，以便外部用户可以使用这些服务。3.1.2 动态地址转换适用的环境动态地址转换也是将保留地址与内部合法地址一对一地转换，但是动态地址转换是从内部合法地址池中动态地选择一个末使用的地址对内部保留地址进行转换。3.1.3 复用动态地址转换适用的环境复用动态地址转换首先是一种动态地址转换，但是它可以允许多个内部保留地址共用一个内部合法地址。只申请到少量IP地址但却经常同时有多于合法地址个数的用户上外部网络的情况，这种转换极为有用。3.2 子网划分3.2.1 子网掩码RFC 950定义了子网掩码的使用，子网掩码是一个32为的2进制数，其对应网络地址所有位置为1，对应于主机地址的所有位置为0。由此可知，A类网络的默认子网掩码是，B类网络的默认子网掩码是25，C类网络的默认子网掩码是.。将子网掩码和IP地址按位进行逻辑“与”运算，的到IP地址网络地址，剩下为主机地址。从而区分出任意IP地址的网络地址和主机地址。子网掩码常用点分十进制表示，我们还可以用网络前缀法表示子网掩码，即“/”。如/16表示B类网络的子网掩码是.。 子网掩码告知路由器，地址的那一部分是网络地址，那一部分是主机地址，是路由器正确判断任意IP地址是否是本网段的，从而正确进行路由。例如，有两台主机，主机一得IP地址为，子网密码92，主机二IP地址3，子网掩码92，现在主机一要给主机二发送数据，先要判断两个主机是否在同一网段。主机一即：11011110.00010101.10100000.00000110255255.255.192即：11111111.11111111.11111111.11000000按位逻辑与运算结果：11011110.00010101.10100000.00000000主机二3即：11011110.00010101.10100000.0100100192即：11111111.11111111.11111111.11000000按位逻辑与运算结果：11011110.00010101.10100000.01000000两个结果不同，也就是说，两台主机不在同一网络，数据需先送默认网关，然后再发送主机二所在网络。那假如主机二子网掩码误设为28，会发生什么情况呢？3即：11011110.00010101.10100000.0100100128即：11111111.11111111.11111111.10000000结果为11011110.00010101.10100000.00000000 这个结果与主机的网络地址相同，主机一与二被认为处于同一网络，数据不在发送给默认网关，而直接在本网传送，从而导致网络传送错误。因此，子网掩码不能任意设置，子网掩码的设置关系到子网的划分。3.2.2 静态子网划分在静态子网划分中,各子网中的每个主机和路由器都使用了相同的子网掩码,子网掩码中1.0的位数固定不变。个例分析:某单位要构建6个分布于不同地点的局域网络,每个网络至多有28 台主机, 但只申请到了一个C类网络ID号,判断这个方案可行与否。在这个实际应用中, 若使用传统类编址方法,则至少要申请6个C类网络,从而浪费1300多个IP地址。利用子网编址可解决IP地址浪费问题。因为C类网络主机号部分是8位,现在要在这8位中选择一部分作为子网号, 剩余的作为主机号。因为23-26, 25- 228,所以占用主机位的子网位数: 3位,子网化后保留的主机位数: 8- 3=5位。用二进制表示主网:11010011. 00011110. 00000101 .00000000用二进制表示的子网掩码:11111111 .11111111. 11111111 .11100000 子网位主机位用点分十进制表示的子网掩码:24因为主机位有三位, 所以它可以有23=8种不同组合分配给子网,而主机位有5位,就有25=32种不同的组合以分配给不同的主机。子网掩码是24的子网位变化情况子网位 220.30.5.x中的8位组(二进制) 220.30.5.x中的8位组(十进制) 子网号000 0000 0000 0 /27001 0010 0000 32 2/27010 0100 0000 64 4/27011 0110 0000 96 6/27100 1000 0000 128 28/27101 1010 0000 160 60/27110 1100 0000 192 92/27111 1110 0000 224 24/27在实际应用中,不允许使用顶端子网(子网位各位全1)和末端子网(子网位各位全0) ,那么,使用子网掩码24 以后,该C类IP地址可以分配给6个子网。子网中的主机地址。从子网位的分配很容易推出,若有n位主机位,则有2n个组合,每种组合分配给一台主机。但是,全0 和全1和主机号要分别留给子网和广播地址,减去这2个地址后,每个子网就有2n - 2台主机。在上例中, 每个子网有25-2=30台主机。上例若按照每个子网28个主机计算, 利用静态子网编址方法,实际浪费IP地址80多个,相比1 300多个IP地址的浪费,子网编址已经大大提高了IP地址使用的效率。当然,如果某几个子网中只有几台计算机,它也会浪费了分配给这些子网的30个主机地址,这是静态子网编址的主要缺点。3.2.3用可变长度子网掩码(VLSM) 子网化VLSM是用改变长度的掩码把一个地址空间(例如主网)划分开,设计为不同大小的子网, 即允许在一个给定网络部分里按所需的主机数配置大小合适的子网。这样子网可以根据其大小使用合适的掩码以避免地址的浪费。四、最终的解决方案IPv6是下一版本的互联网协议，也可以是下一代互联网的协议。它采用128位地址长度，几乎可以不受限制的提供地址。特点：1. IPv6地址长度128比特，地址空间增大了2的96次方倍；2灵活的IP报文头部格式。使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPv4中可变长度的选项字段。IPv6中选项部分的出现方式也有变化，使路由器可以简单路过选项二不做任何处理，加快报文处理速度。3. IPv6简化了报文头部格式，字段只有7个，提高了吞吐量；4.提高安全性。身份认证和隐私权是IPv6的关键性；5.支持更多的服务类型；6.允许协议继续演变，增加新功能，是指适应未来技术发展。优势：与IPv4相比IPv6具有以下优势：一 就有更大的地址空间，具有2128-1个地址；二 IPv6使用更小的路由器，提高了路由器转发数据包的速度；三 IPv6增加了增强的组播支持以及对流的支持，是网路上的多媒体应用了长足发展机会，为服务质量控制提供良好的网络平台；四 IPv6加入了对自动配置的支持；五 IPv6具有更高安全性。用户可以对