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第二章Internet地址 2 2 1地址分类 使用TCP IP协议的互连网使用3个等级的地址 即物理 链路 地址 互连网 IP 地址 端口地址 每一种地址都与TCP IP体系结构中的特定层相对应 3 一 物理地址也叫链路地址 是结点的地址 由它属于的局域网定义 物理地址包含在数据链路层使用的帧中 它是最低一级的地址 以太网使用写在网络接口卡 NIC 上的6字节 48位 的物理地址 二 IP地址一种通用的编址系统 用来唯一的标识每一个主机 而不管底层是使用什么样的物理地址 目前IP地址是一个32位地址 IPv4 可以用来标识连接在因特网上的每一个主机 在因特网上没有两个主机具有同样的IP地址 下一代的IP为IPv6 4 三 端口地址到达目的主机并非在因特网上进行数据通信的最终目的 今天的计算机是多进程设备 即可以在同一时间运行多个进程 因特网通信的最终目的是使一个进程能够和另一个进程通信 为了能同时运行多个进程 需要有一种方法对不同的进程打上标号 换言之 必须将地址赋给这些进程 给一个进程指派的标号叫做端口地址 TCP IP中的端口地址是16位长 5 2 2IP编址 一 定义在TCP IP协议的IP层使用的标识符叫做IP地址 IP地址是一个32位的地址 他唯一的定义了一个因特网上的主机或路由器 IP地址是唯一的 因为在因特网上的两个设备永远不会具有同样的地址 但是 一个设备却可以拥有多于一个的IP地址 每一个IP地址包括4字节 32位 它定义了两个部分 netid和hostid netid定义一个网络 hostid则标识在该网络上的一个主机 这两个部分的长度都是可变的 取决于地址的类 6 二 十进制记法为了使32位地址更加简洁和更容易阅读 因特网的地址通常写成用小数点将各字节分开的形式 三 IP地址的分类IP地址共分为5个不同的类 A B C D和E具体分类见下图 7 如何确定一个地址的类二进制形式 观察前几个比特就可得知 十进制形式 只要检查第一个数字就能确定 若第一个数字在0到127 含0和127 之间 则为A类 若第一个数字在128到191 含128和191 之间 则为B类 若第一个数字在192到223 含192和223 之间 则为C类 若第一个数字在224到239 含224和239 之间 则为D类 若第一个数字在240到255 含240和255 之间 则为E类 8 提取netid和hostid若地址为A类 则第一个八位组 第一个数 就是netid 而剩下的三个八位组 三个数 就是hostid 若地址为B类 则左边两个八位组 两个数 就是netid 而剩下的两个八位组 两个数 就是hostid 若地址为C类 则左边三个八位组 三个数 就是netid 而剩下的一个八位组 一个数 就是hostid 若地址为D类 则没有netid和hostid 整个地址都是用于多播 若地址为E类 则没有netid和hostid 整个地址都保留作为特殊用途 多接口设备 连接到超过一个网络的任何设备必须具有超过一个的IP地址 每个地址还可以属于不同的类 位置不是名字 IP地址定义了一个设备的网络位置 而不是标识一个设备 9 2 3特殊地址 一 网络地址再A类 B类和C类地址中 具有全0的hostid的地址不指派给任何主机 这个地址保留来定义网络地址本身 10 二 定向广播地址 directedbroadcastaddress 也翻译为直接广播地址 指在A类 B类和C类地址中 若hostid是全1 则此地址称为直接广播地址 它用来使路由器将一个分组发送到一个特定网络上的所有主机 这个地址只能在一个分组中用作目的地址 三 有限广播地址 limitedbroadcastaddress 也翻译为受限广播地址 指在A类 B类和C类地址中 若netid和hostid都是全1 32位 则此地址用于定义在当前网络上的一个广播 一个主机使用受限的广播地址 全1 可以将分组发送给它所在网络上的所有主机 这种地址属于E类 11 四 这个网络上的这个主机若一个IP地址由全0组成 就表示在这个网络上的这个主机 这发生在当一个主机在运行引导程序但又不知道其IP地址时 主机使用这个地址作为源地址来发送一个IP分组给引导服务器 并使用受限广播地址作为目的地址来发现其自己的地址 这个地址 即全0地址 只能用作源地址 这是一个A类地址 五 这个网络上的特定主机具有全0的netid的IP地址表示在这个网络上的特定主机 这是一个A类地址 12 六 环回地址第一个字节等于127的IP地址中用作环回地址 它是一个用来测试机器的软件的地址 当使用这个地址时 一个分组永远不离开这个机器 这样的地址只能用作分组中的目的地址 这也是一个A类地址 七 专用网地址当一个网络不想连接到互联网上 为了不发生混淆 最好采用如下编址方式 类netid总数A10 0 01B172 16至172 3116C192 168 0至192 168 255256 13 2 4单播 多播和广播地址 一 单播地址单播通信是一对一的 当从一个单独的源点将分组发送到一个单独的目的地址时 就是一种单播通信 在因特网上的所有系统必须至少有一个唯一的单播地址 单播地址可以是A类 B类或C类 二 多播地址多播通信是一对多的 当从一个单独的源点将分组发送到一组目的地址时 就是一种多播通信 14 多播地址是D类地址 在因特网上的系统可以有一个或多个D类多播地址 除了它的一个或多个单播地址外 如果一个系统 通常是一个主机 有7个多播地址 就表示它属于7个不同的组 D类地址只能用作目的地址 而不能用作源地址 因特网上的多播地址可以是本地级的 也可以是全局级的 三 广播地址广播通信是一对所有的 因特网只允许在本地级进行广播 15 2 5子网编址 一 基本概念构成子网就是将一个网络化分成几个较小的子网 而每一个子网都有其自己的子网地址 在IP编址中的A类 B类和C类地址都是设计成两级的层次结构 netid hostid 16 而如下图所示 则将上述网络划分了子网 上例中 因特网的其余部分并不知道这个网络已划分为三个物理子网 而仍然当作一个网络 17 增加子网就在IP编址系统中产生了一个中间的层次 现在就为三级层次结构 netid subnetid hostid 即 当网络不划分子网时 IP地址分为两个部分 netid和hostid 当网络划分子网时 IP地址有三个部分 netid subnetid和hostid 二 掩码运算掩码运算是一个从IP地址中提取物理网络地址的过程 不管有没有构成子网 掩码运算都能够进行 如果我们没有将网络划分为子网 则掩码运算就提取一个IP地址的网络地址 如果我们划分了子网 则掩码运算就提取一个IP地址的子网地址 掩码也是一个32位数 将IP地址和掩码按位进行 与 运算 就得到网络地址和子网地址 18 A类地址构成子网例1 一个具有A类地址的组织需要至少1000个子网 试找出子网掩码和每一个子网的配置 解 A类地址由一个字节 8位 的netid和三个字节 24位 的hostid组成 需要有至少1000个子网 但从理论上讲 考虑到全1和全0的subnetid 我们需要至少1002个子网 这就表示 分配为构成子网用的最小位数应为10 29 1002 210 剩下的14位用来定义hostid 所以掩码为 255 255 192 0 这样 我们将原来的一个可用于hostid的地址范围划分为1024个 其中有两个保留作为特殊地址 每一个范围有16384 214 个地址 但是 其中第一个地址用来定义子网 而最后一个用于固定广播 也就是说连接到每一个子网的计算机数是16382 具体如下图所示 19 掩码 20 地址范围 21 例1中的子网 22 2 B类地址构成子网例2 一个具有B类地址的组织需要至少12个子网 试找出子网掩码和每一个子网的配置 解 B类地址由两个字节 16位 的netid和两个字节 16位 的hostid组成 需要有至少12个子网 但从理论上讲 考虑到全1和全0的subnetid作为保留地址 我们需要至少14个子网 这就表示 分配为构成子网用的最小位数应为4 23 14 24 剩下的12位用来定义hostid 所以掩码为 255 255 240 0 这样 我们将原来的一个可用于hostid的地址范围划分为16个 其中有两个保留作为特殊地址 每一个范围有4096 212 个地址 但是 其中第一个地址用来定义子网 而最后一个用于固定广播 也就是说连接到每一个子网的计算机数是4094 具体如下图所示 23 掩码 24 地址范围 25 例2中的子网 26 3 C类地址构成子网例3 一个具有C类地址的组织需要至少5个子网 试找出子网掩码和每一个子网的配置 解 C类地址由三个字节 24位 的netid和一个字节 8位 的hostid组成 需要有至少5个子网 但从理论上讲 考虑到全1和全0的subnetid作为保留地址 我们需要至少7个子网 这就表示 分配为构成子网用的最小位数应为3 22 7 23 剩下的5位用来定义hostid 所以掩码为 255 255 255 224 这样 我们将原来的一个可用于hostid的地址范围划分为8个 其中有两个保留作为特殊地址 每一个范围有32 25 个地址 但是 其中第一个地址用来定义子网 而最后一个用于固定广播 也就是说连接到每一个子网的计算机数是30 具体如下图所示 27 掩码 28 地址范围 29 例3中的子网 30 4 使用变长子网划分因特网允许一个地点使用变长子网划分 例 一个具有C类地址的地点需要划分为5个子网 其连接的主机数分别为 60 60 60 30 30 解决这个问题的一种方法是使用变长子网划分 在这种配置中 路由器使用两个不同的掩码 在使用一个以后再使用另一个 它先使用255 255 255 192 将网络划分为4个子网 然后再对其中的一个子网使用255 255 255 224 将其划分为两个更小的子网 31 2 6超网扩展 无类型编址 一个C类地址空间最多只能容纳254台主机 这可能无法满足一个组织的需要 一种解决问题的方法就是构成超网 supernet 这样 一个组织就可以申请一块而不是只申请一个C类地址 例如 一个需要1000个地址的组织就可申请4个C类地址 将这四个C类地址合并为一个超网 在超网掩码中 我们将netid部分中的某些1改变为0 将最低地址与超网掩码组合起来就能唯一的定义属于一个超网的地址范围 另一个定义地址范围的方法是使用最低地址和在此范围内的地址数 32 利用超网可以给需要超过254台主机地址的组织指派一组C类地址 但是 当这些C类地址放在路由表中时 每一个地址都在路由表中占据一个项目 浪费空间 无分类域