r浅谈节约IP地址的方法.doc

1 期 作者一等：文章题目 3浅谈节约IP地址的方法刘荣欢 (理学院 信计0701 ）摘要：随着Internet技术的发展及现代用户计算机的增多，原先以Ipv4标准的IP地址分配以存在严重的空间不足，这就使人们在Ipv4的标准下，用相应的方法来解决IP地址不足。基于此，本文主要介绍用NAT技术和子网划分技术来节约IP的地址。关键词： IP地址 Ipv4标准 NAT技术 子网划分技术 3The method of saving IP address RongHuan LIU (Science College, information and computing science 0701 ）Abstract: With the Internet technology and more modern users computer, the original IP address to Ipv4 standard distribution of the existence of a serious lack of space, which makes people Ipv4 standards, using the appropriate way to solve the shortage of IP addresses. Based on this, this article introduces the use of NAT technology and IP subnetting techniques to save the address.Key words: IP Address Ipv4 standard NAT Technology Subnetting Technology一、引言IP 地址是一个唯一的由32 个二进制组成的数字, 它被分配给每台主机, 用于主机间的通信。传统的IP 编址模式将地址划分为5 类, 而主机间的通信常用的就是A、B 和C 类, 它们的基本特征如表11 所示。 表1 A、B、C 类IP 地址的基本特征类型 网络号位数 网络的最大数量（个） 主机号位数 每个网络的主机最大数A 7 126 24 16777214 B 14 16384 16 65534 C 21 2097152 8 254由表1 可以看出, A 类网络全球只能有126个, 而每个此类网络却可以拥有多达1600 多万计算机, C 类网络的网络数量最多, 每个网络最多允许254 台计算机。互联网Internet 最多可以互连二百多万个网络。每个网络若要与Internet 互联,它通常必须从A 类、B 类和C 类中选择一种网络类型。 随着Internet 的不断增长, 最初的类编址模式逐渐成为一种限制。一方面, IP 地址空间正在被耗尽。另一方面, 因为所有的网络不得不从三种可能的网络中选择一种, 浪费了许多地址空间。针对IP地址的缺乏问题，许多节约I P地址的技术就被提出，例如：通过划分子网，使大量被闲置的I P地址被重新分配；使用NAT技术（网络地址翻译）和DHCP技术，动态的使用有限的网络地址空间等等2，二、问题的提出 当1981年9月TCP/ IP协议开始发布时，当时互联网上大约只有1000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。但是随着时代和科技的进步，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，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。这就要求我们用怎样什么方法在IPv4的原则上节约IP，以满足计算机用户的上网的需求。三、IP地址的节约方法3.1子网划分技术3 3.1.1 Intemet子网划分基本概念I、IP地址IP地址能惟一确定Internet上每台计算机、每个用户的位置。在TCPfIP协议中规定分配给每台主机一个32位二进制数作为该主机IP地址。在Internet上发送的的每个数据包都包含了一个32位的发送方地址和一个32位的接收方地址。从概念E说。每个IP地址由两部分组成即网络标识netid和主机标识hostid。网络标识确定了该台主机所在的物理网络。主机标识确定了在某一物理网络上的一台主机。IP地址的层次结构具有两个重要特性：第一，每台主机分配了一个唯一的地址；第二，网络标识号的分配必须全球统一，但主机标识可由本地分配，不须全球统一。II、IP地址的格式:IP地址通常采用点分十进制表示方法，将32位二进制数每8位为一组划分，每相邻两组之间由“”隔开。再将每个8位组换算成十进制数，格式为：X1Y1Y2Y3。例如：二进制表示：11010101 11110010 11011010 11100000。对应的十迸制表示：213242218224由于Internet七的网络规模有很大区别，因此IP的编址方案将IP地址空间划分为ABC 3种基本类。每类有不同长度的网络标识和主机标识。如果用X代表网络号部分，Y代表主机号部分，它们的表示如下：A类：XXXXXXXXYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYB类：XXXXXXXXXXXXXXXXYYYYYYYYYYYYYYYYC类：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXYYYYYYYY A类地址分配给少数规模很大的网络IP地址的第一个8位组表示十进制数的范围是l126B类地址分配给中等规模的网络，IP地址的第一个8位组表示十进制数的范围是128191，C类地址分配给小规模的网络。lP地址的第一个8位组表示十进制数的范围是192223。其中127是一个特别数，它被用作回环，测试网络协议时使用。这样的结果是由每类IP地址的前几位决定的。A类第一个二迸制位为0，B类的前两个二进制位为“10”，C类的前三位为“llO”。III、子网掩码子网掩码是一个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lP地址是在局域网上还是在远程网上。子网掩码的32位二进制数中，要求前面连续的若干位为1，后面连续的若干位为O，使用二进制计算中的按位“与”运算得到IP地址中的网络编号，其中掩码为l的部分代表网络号。掩码为0的部分代表主机号。 A类IP地址对应的默认子网掩码是11111111000000000000000000000000，对应的十进制表示是255000。 B类IP地址对应的默认子网掩码是11111111111111110000000000000000，对应的十进翩表示是25525500。 C类IP地址对应的默认子网掩码是11l1llll111111111111111100000000。对应的十进制表示是2552552550。子网划分在互联网中的A类、B类和C类IP地址是经常使用的IP地址，通过网络号和主机号的层次划分，它们分别适用于不同规模的网络。使用A类IP地址的网络可以容纳1600万台主机而使用C类IP地址的网络仅仅可以容纳254台主机。随着计算机的发展和网络技术的进步个人计算机应用迅速普及，小型鹇络(特别是小型局域网络)越来越多。这些网络多则拥有几十台主机少则拥有两三台主机。即使采用一个C类地址仍然是一种浪费。因此在实际应用中人们开始寻找新的解决方案以避免IP地址的浪费子网划分就是其中方案之一。3.1.2 常规子网划分方法子网划分的原理是将各类默认的子网掩码中“1”的位数变多将对应的网络数量增加，这样，每个子网内主机的数量就会减少。如果希望在一个网络中建立于网就要在这个默认的于网掩码中加入一些位，它减少了用于主机地址的位数。加入到掩码中的位数决定了可以配置的于网。因而，在一个划分了子同的网络中，每个地址包含一个网络地址、一个子冈位数和一个主机地址，如图1所示。在图1中。子网位来自主机地址的最高相邻位，并从一个8位的位组边界开始，因为默认的子网掩码总是在8位位组的边界处结束。随着主机位中加入于网位的增加，我们可以从左到右计数，并用和它们位置相关的值。将它们转换为十迸制。例如：将一个C类网络分成4个子网。假如网络地址为：1921681300，则该C类网内的主机IP地址就为1921681301192168130254。将网络理论上划分成4个子网，4是2的2次方，即占用主机地址的高序位为11000000，转换成十进制为192。这样就可以确定子网掩码为255255255192。4个子网的IP地址范围是： 子网1：192168130119216813062子网2：19216813065192168130126子网3：192168130129192168130190子网4：1921681301931921681302543.1.3 子网划分十进制法如上所述，类默认子网掩码：A类为255000，B类为25525500，C类为2552552550。当我们要划分子网用到子网掩码M时，类子网掩码的格式如下：A类为255M00，B类为255255M0C类为255255255M。M是相应的子网掩码，比如255255255240。十进制计算基数是256。下面，我们所有的十进制计算都要用256来进行。 在进行划分前，我们先做一些必要的变量说明，以便此后的划分。（1）Subnet_block，指可分配子网块大小表示在某一子网掩码下子网的块数。 （2）Subnet_num，是可分配子网数指可分配子网块中要剔除首、尾两块。是某一子网掩码下可分配实际子网数量，Subnet_num=Subnet_block-2。（3）IP_block。指每个子网可分配的IP地址块大小。（4）IP_num，指每个子网实际可分配的IP地址数。因为每个子网的首、尾IP地址必须保留(一个为网络地址，一个为广播地址)，所以它等于IP_block一2。IPnam也用于计算主机块。（5）M指子网掩码。表示上述变量关系的公式如下：M=256-IP_block，IP_block=256Sulmet_bloek或者Subnet_block=256/ IP_block。IP_num=IP_block-2，Subnet_num=Subnet_block-2。（6）2的幂数。我们需要熟练掌握28(256)以内的2的幂代表的十进制数(如128=27,64=26等)，这样可以使我们立即推算出Subnet_block和IP_block的数目。实例说明：（1）已知所需子网数12。求实际子网数。这里实际子网数指Subnct_num，由于12最接近2的幂为16(掣)，即Subnet_bloek=16，那么Subnet_num=162=14，故实际子网数为14。（2）已知一个B类子网的每个子网主机数要达到60x255个(约相当于XY01一XY59254的数量)，求子网掩码。首先。60接近2的幂为64(26)，即IP_block=64，其次，子网掩码M=256-IP_block=256-64=192最后由子网掩码格式B类是255255M0。得出子网掩码为2552551920。（3）如果所需子网数为7，求子网掩码。7最接近2的幂为8。但8个Subnet_block因为要保留首、尾2个子网块，即8-2-67，并不能达到所需网数，所以应取2的幂为16，即Subnet_block=16。因为IP_block=256Subnet_bloek=25616=16，所以子网掩码M=256-IP_block=256-16=240。（4）已知网络地址为219134120，要有4个子网。求子网掩码及主机块。由于211YYY是一个C类网，子网掩码格式为255255255M，又知有4个子网，4接近2的幂是8，所以Subnet_block=8，Subnet_num=8-2=6，IP_block=256Subnet_block=2568=32子网掩码M=256-IP_block=256-32=224，故子网掩码表示为255255255224。又因为子网块的首、尾两块不能使用，所以可分配6个子网，每个子网有32个可分配主机块即3263、6495、96127、128159、160191、192223，其中首块(O31)和尾块(224255)不能使用。 由于每个子网块中的可分配主机块又有首、尾两个不能使用(一个是子网网络地址。一个是子网广播址)d所以主机块分别为3362、6594、97126、129158、161190及193222，因此子网掩码为255255255224主机块共有6段分别为21913412332191341262、2191341265 2191341294、2191341297 21913412126、21913412129 21913412158、21913412161 21913412190及2191341219321913412222。用户可以任选其中的4段作为4个子网。3.2、NAT技术4 NAT(Network Address Translation)网络地址转换，其功能是将企业内部自行定义的非法IP地址转化为Internet公网上可识别的合法IP地址。由于现行的IP地址标准Ipv4的限制，Internet面临着IP地址空间短缺的问题。从ISP申请并给企业的每位员工分配一个合法的IP地址是不现实的，因此NAT技术能较好解决现阶段Ipv4地址短缺的问题。 NAT技术的原理，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。静态地址转换, 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Email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。 动态地址转换, 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。 复用动态地址转换，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。四、结论 上述的两种方法只能解决暂时的IP地址危机，不是长久之计，因为IPv4的地址空间只有那么多，随着Internet技术的迅猛发展，再怎么节约也会有用尽的时候，所以还是要出现新的地址方案来取而代之。当然，这些方法已经取得了预料当中的效果，延长了IPv4的使用时间，让I Pv4用到了新方案的出现，如果不是这些节省I P地址的方法，IPv4的地址空间早在1997年就被用光了。现在，新的I P 地址方案I P v6已经出现，正在逐渐推广开来，I P v 6的地址空间是12 8位，相对于现在的IPv4，是一个非常广阔的地址空间，那将是IP地址即将匮乏的有效解决方案。References: 1YuXue ZHANG. Using subnet addressing to improve the utilization of IP address space, energy technology and management No. 6, 20052RenFeng XIAO ,Qiang HAO. IP address of the Method of saving. Jinan Vocational College. August 2008 4 (Total 69)3 XueJun ZHU, Rui SHEN. Subnetting techniqu