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IP地址与地址解析 1 1 因特网地址 目前因特网地址使用的是IPv4 IP第4版本 的IP地址 由32位二进制 4个字节 组成 通常用4个十进制来表示 十进制数之间用 分开 如 202 119 2 199为一个IP地址对应的二进制数表示方法为 11001010011101110000001011000111 2 2 因特网IP地址的分类 IP地址的一般格式为 类别 Netid Hostid 其中 1 类别 用来区分IP地址的类型 2 网络标识 Netid 表示入网主机所在的网络 3 主机标识 Hostid 表示入网主机在本网段中的标识 通常将因特网IP地址分成5种类型 A类 B类 C类 D类 E类 3 1 A类地址 地址范围从1 0 0 0到126 0 0 0 网络标识占1个字节 第1位为 0 允许有126个A类网络 每个网络大约允许有1670万台主机 通常分配给拥有大量主机的网络 如一些大公司 如IBM公司等 和因特网主干网络 4 2 B类地址 地址范围从128 0 0 0到191 255 255 255 网络标识占2个字节 第1 2位为 10 允许有16383个网络 每个网络大约允许有65533台主机 通常分配给结点比较多的网络 如区域网 5 3 C类地址 C类地址范围从192 0 0 0到223 255 255 255 网络标识占3个字节 第1 2 3位为 110 允许有2 097 151个网络 每个网络大约允许有254台主机 通常分配给结点比较少的网络 如校园网 一些大的校园网可以拥有多个C类地址 6 4 D类地址 前4位为 1110 用于多址投递系统 组播 目前使用的视频会议等应用系统都采用了组播技术进行传输 5 E类地址 前4位为 1111 保留未用 7 3 因特网规定的一些特殊地址 一 1 Hostid为全 0 的IP地址 不分配给任何主机 仅用于表示某个网络的网络地址 例 202 119 2 0 2 Hostid为全 1 的IP地址 不分配给任何主机 用作广播地址 对应分组传递给该网络中的所有结点 能否执行广播 则依赖于支撑的物理网络是否具有广播的功能 例 202 119 2 255 3 32位为全 1 的IP地址 255 255 255 255 称为有限广播地址 通常由无盘工作站启动时使用 希望从网络IP地址服务器处获得一个IP地址 4 32位为全 0 的IP地址 0 0 0 0 表示本身本机地址 8 3 因特网规定的一些特殊地址 二 5 127 0 0 1 为回送地址 常用于本机上软件测试和本机上网络应用程序之间的通信地址 一般在系统中都有一个文件hosts Windows98 NT 2000操作系统为 Windows hosts文件 Unix Linux系统为 etc hosts文件 文件中有一行 127 0 0 1localhost 9 3 因特网规定的一些特殊地址 三 在IP地址3种主要类型里 各保留了3个区域作为私有地址 其地址范围如下 A类地址 10 0 0 0 10 255 255 255B类地址 172 16 0 0 172 31 255 255C类地址 192 168 0 0 192 168 255 255 10 4 IP地址的分配 一个物理网络上的用户要想进入因特网 必须获得IP地址授权机构 称为网络信息中心NIC 分配的IP地址 IP地址必须全网唯一 组网者可以根据网络的规模和用户的数目 向较高层次的网络管理中心申请IP地址 网络中心根据申请分配若干个连续的网络号 Netid 网内的Hostid则由该网的管理员进行指定 例如 中国教育科研网 网络中心可以向亚太地区网络中心 APNIC 申请一批连续的B类或C类IP地址 支持国内所有高校接入因特网 东南大学 网络中心向教育网网络中心申请地址若干个连续的C类地址 计算机系向东南大学校园网中心申请地址 从而获得所需的IP地址 11 4 IP地址的分配 续 一般的企业网可以根据具体的接入因特网的情况 向他的上一级机构或其他代理机构申请IP地址 入网的每台主机或网络设备至少应有一个IP地址 也可以具有多个IP地址 右图所示 路由器连接两个网段 因此两个端口各分配了一个IP地址 12 5 子网掩码 subnetmaskaddress 地址浪费 地址紧缺问题 一般讲 一个单位IP地址获取的最小单位是C类地址 256个 有的单位拥有IP地址却没有那么多的主机入网 造成IP地址浪费 有的则不够用 形成IP地址紧缺 解决IP地址紧缺的方法 1 单位内IP地址不够用 使用代理 Proxy 或网络地址迁移 NAT 2 通过拨号上网的主机 随机IP地址 由拨号访问服务器提供 3 利用子网掩码地址 SubnetMaskAddress 13 子网掩码 利用一个码字来屏蔽原有的网络地址划分 而获得一个范围较小的 实际的网络地址 子网地址 一般情况下的子网掩码的地址为 Netid为全 1 Hostid为全 0 因此有 A类地址网络的子网掩码地址为 255 0 0 0B类地址网络的子网掩码地址为 255 255 0 0C类地址网络的子网掩码地址为 255 255 255 0子网掩码的用处 1 便于网络设备尽快地区分本网段地址和非本网段的地址 2 将子网进一步划分 缩小子网的地址空间 将一个网段划分为多个子网段 便于网络管理 14 子网掩码的用处之一 例如 右图所示主机A与主机B交互信息 主机A IP地址 202 183 58 11子网掩码 255 255 255 0路由地址 202 183 58 1主机B IP地址 202 183 56 5子网掩码 255 255 255 0路由地址 202 183 56 1 便于网络设备尽快地区分本网段地址和非本网段的地址 15 子网掩码的用处之一 路由器从端口202 183 58 1接收到主机A发往主机B的IP数据报文后 1 首先用端口地址202 183 58 1与子网掩码地址255 255 255 0进行 逻辑与 得到端口网段地址 202 183 58 0 2 然后将目的地址202 183 56 5与子网掩码地址255 255 255 0进行 逻辑与 得202 183 56 0 3 将结果202 183 56 0与端口网段地址202 183 58 0比较 如果相同 则认为是本网段的 不予转发 如果不相同 则将该IP报文转发到端口202 183 56 1所对应的网段 16 子网掩码的用处之二 例如 右图所示学校校园网信息中心可以将202 183 56 0 C类地址 分配给两个系 每个系约有120台计算机 则可以将子网掩码地址定义为 255 255 255 128这样将原来的一个网段分成两个独立的子网段 便于网络管理 系1的地址范围 202 183 56 1 202 183 56 126子网地址 1100101010110111001110000 xxxxxxx系2的地址范围 202 183 56 129 202 183 56 254子网地址 1100101010110111001110001xxxxxxx 将子网进一步划分 缩小子网的地址空间 将一个网段划分为多个子网段 便于网络管理 17 6 专用IP地址 TCP IP协议需要IP地址支持 IP地址资源具有告急的趋势 一种解决方案是 利用专用网的地址分配方案 RFC1918 原理 定义两类IP地址 1 全局IP地址 用于因特网 公共主机 2 专用IP地址 仅用于组织的专用网内部 本地主机 公共主机和本地主机可以共存于同一网络和进行互访 大多数路由器不转发携带本地IP地址的分组 本地主机必须经网络地址迁移服务器 NAT或代理服务器 才能访问因特网 18 RFC1918定义的专用IP地址 10 0 0 0 10 255 255 2551个A类地址 172 16 0 0 172 31 255 25516个连续的B类地址 192 168 0 0 192 168 255 255256个连续的C类地址 企业内部网的主机的IP地址可以设置成专用IP地址 进行企业内部的网络应用 并可通过代理服务器访问因特网 如下图所示 这样只需要申请少量的因特网IP地址 既解决了IP地址不足的问题 又解决了网络安全问题 19 7 IP地址的配置 1 IP地址和子网掩码的配置以Win7为例 右击 网络 属性 选择Internet宽带连接 属性 网络 选择TCP IPV4协议 属性 其界面如下图所示 标注 指定IP地址 输入本机的IP地址 192 168 2 54 20 8 IP地址与物理地址的映射 IP地址标识了因特网中的一个设备 因特网用户之间的数据交换是通过IP地址进行传输的 而数据传输必须通过物理网络实现 物理网络不能直接识别IP地址 必须经过一定的转换 将IP地址映射为网络的物理地址 在因特网协议中 IP地址到物理地址的映射由ARP 地址解析协议 完成 左图显示了IP地址与硬件地址的关系 不同的物理网络 具有不同的物理地址表示方式 例如 以太网采用网卡的MAC地址 X 25网采用X 25地址 21 IP地址 物理地址的映射 IP地址向物理地址的映射是有ARP 地址解析协议 实现的 1 具有广播能力的网络 如 各种类型的局域网 如下图所示 主机A与主机B进行数据通信 1 主机A发ARP请求广播帧 带接收方IP地址 本机IP地址和物理地址 2 主机B收到A发来的ARP请求后 发ARP响应帧 并返回自己的物理地址 3 主机A和主机B用物理地址在物理网中进行数据通信 22 IP地址 物理地址的映射 2 无广播能力的网络 如X 25网 由因特网网关 路由器 实现 跨网段投递 利用ARP获得路由器的IP地址对应的物理地址 将数据直接发给该路由器 由路由器转发 23 9 物理地址 IP地址的映射 物理地址向IP地址的映射是由RARP 反向地址解析协议 实现的 应用场合主要有 无盘工作站 动态主机配置无盘工作站因为没有硬盘 无法事先存储IP地址 要使无盘工作站与普通的主机一样 连入因特网 需要在网络上设置一个服务器 存放无盘工作站所需的IP地址 同时在无盘工作站的网卡上增加了特殊的ROM模块 无盘工作站启动时是通过网络由服务器引导 BOOTP 的 它的IP地址保留在服务器上 如下图所示 当无盘工作站加电时 ROM模块中驻留的软件以广播的方式发出携带本结点物理地址的RARP请求 具有此项服务功能的服务器予以响应 返回该结点的IP地址 保存在无盘工作站的内存中 24 物理地址 IP地址的映射 1 无盘工作站 25 物理地址 IP地址的映射 2 动态主机配置为了提高IP地址