Qonete思科认证CCNA基础知识之IP地址和子网掩码

生命中 不断地有人离开或进入 于是 看见的 看不见的 记住的 遗忘了 生命中 不断地有人离开或进入 于是 看见的 看不见的 记住的 遗忘了 生命中 不断地有得到和失落 于是 看不见的 看见了 遗忘的 记住了 生命中 不断地有得到和失落 于是 看不见的 看见了 遗忘的 记住了 然而 看不见的 是不是就等于不存在 记住的 是不是永远不会消失 然而 看不见的 是不是就等于不存在 记住的 是不是永远不会消失 思科认证思科认证 CCNA 基础知识之基础知识之 IP 地址和子网掩码地址和子网掩码 一 为什么要使用 IP 地址 一个 IP 地址是用来标识网络中的一个通信实体 比如一台主机 或者是路由器的某一个端 口 而在基于 IP 协议网络中传输的数据包 也都必须使用 IP 地址来进行标识 如同我们 写一封信 要标明收信人的通信地址和发信人的地址 而邮政工作人员则通过该地址来决 定邮件的去向 同样的过程也发生在计算机网络里 每个被传输的数据包也要包括的一个源 IP 地址和 一个目的 IP 地址 当该数据包在网络中进行传输时 这两个地址要保持不变 以确保网络 设备总是能根据确定的 IP 地址 将数据包从源通信实体送往指定的目的通信实体 目前 IP 地址使用 32 位二进制地址格式 为方便记忆 通常使用以点号划分的十进 制来表示 如 202 112 14 1 一个 IP 地址主要由两部分组成 一部分是用于标识该地址所从属的网络号 另一部分 用于指明该网络上某个特定主机的主机号 为了给不同规模的网络提供必要的灵活性 IP 地址的设计者将 IP 地址空间划分为五 个不同的地址类别 如下表所示 其中 A B C 三类最为常用 A 类 0 127 0 8 位 24 位 B 类 128 191 10 16 位 16 位 C 类 192 223 110 24 位 8 位 D 类 224 239 1110 组播地址 E 类 240 255 1111 保留试验使用 网络号由因特网权力机构分配 目的是为了保证网络地址的全球唯一性 主机地址由 各个网络的管理员统一分配 因此 网络地址的唯一性与网络内主机地址的唯一性确保了 I P 地址的全球唯一性 二 划分子网 为了提高 IP 地址的使用效率 可将一个网络划分为子网 采用借位的方式 从主机位 最高位开始借位变为新的子网位 所剩余的部分则仍为主机位 这使得 IP 地址的结构分为 三部分 网络位 子网位和主机位 引入子网概念后 网络位加上子网位才能全局唯一地标识一个网络 把所有的网络位 用 1 来标识 主机位用 0 来标识 就得到了子网掩码 如下图所示的子网掩码转换为十进 制之后为 255 255 255 224 子网编址使得 IP 地址具有一定的内部层次结构 这种层次结构便于 IP 地址分配和管 理 它的使用关键在于选择合适的层次结构 如何既能适应各种现实的物理网络规模 又 能充分地利用 IP 地址空间 即 从何处分隔子网号和主机号 小窍门 子网的计算 在思科网络技术学院 CCNA 教学和考试当中 不少同学在进行 IP 地址规划时总是很 头疼子网和掩码的计算 现在给大家一个小窍门 可以顺利的解决这个问题 首先 我们看一个 CCNA 考试中常见的题型 一个主机的 IP 地址是 202 112 14 137 掩 码是 255 255 255 224 要求计算这个主机所在网络的网络地址和广播地址 常规办法是把这个主机地址和子网掩码都换算成二进制数 两者进行逻辑与运算后即 可得到网络地址 其实大家只要仔细想想 可以得到另一个方法 255 255 255 224 的掩 码所容纳的 IP 地址有 256 224 32 个 包括网络地址和广播地址 那么具有这种掩码 的网络地址一定是 32 的倍数 而网络地址是子网 IP 地址的开始 广播地址是结束 可使 用的主机地址在这个范围内 因此略小于 137 而又是 32 的倍数的只有 128 所以得出网 络地址是 202 112 14 128 而广播地址就是下一个网络的网络地址减 1 而下一个 32 的 倍数是 160 因此可以得到广播地址为 202 112 14 159 可参照下图来理解本例 CCNA 考试中 还有一种题型 要你根据每个网络的主机数量进行子网地址的规划和 计算子网掩码 这也可按上述原则进行计算 比如一个子网有 10 台主机 那么对于这个 子网就需要 10 1 1 1 13 个 IP 地址 注意加的第一个 1 是指这个网络连接时所需 的网关地址 接着的两个 1 分别是指网络地址和广播地址 13 小于 16 16 等于 2 的 4 次方 所以主机位为 4 位 而 256 16 240 所以该子网掩码为 255 255 255 240 如果一个子网有 14 台主机 不少同学常犯的错误是 依然分配具有 16 个地址空间的 子网 而忘记了给网关分配地址 这样就错误了 因为 14 1 1 1 17 大于 16 所 以我们只能分配具有 32 个地址 32 等于 2 的 5 次方 空间的子网 这时子网掩码为 25 5 255 255 224 三 IP 地址的局限性 最初的因特网设计者没有预想到网络会有如此快速地发展 因此现在网络面临的问题 都可以追溯到因特网发展的早期决策上 IP 地址的分配更能体现这点 目前使用的 IPv4 地址使用 32 位的地址 即在 IPv4 的地址空间中有 232 4 294 967 296 约为 43 亿 个地址可用 这样的地址空间在因特网早期看来几乎是无限的 于是便 将 IP 地址根据申请而按类别分配给某个组织或公司 而很少考虑是否真的需要这么多个地 址空间 没有考虑到 IPv4 地址空间最终会被用尽 因此 IPv4 地址是按照网络的大小 所使用的 IP 地址数 来分类的 它的编址方案使用 类 的概念 A B C 三类 IP 地址的定义很容易理解 也很容易划分 但是在实际网络规 划中 它们并不利于有效地分配有限的地址空间 对于 A B 类地址 很少有这么大规模 的公司能够使用 而 C 类地址所容纳的主机数又相对太少 所以有类别的 IP 地址并不利 于有效地分配有限的地址空间 不适用于网络规划 在这种情况下 人们开始致力于下一代因特网协议 IPv6 的研究 由于现在 IPv6 的协 议并不完善和成熟 需要长期的试验验证 因此 IPv4 到 IPv6 的完全过渡将是一个比较 长的过程 在过渡期间我们仍然需要在 IPv4 上实现网络间的互连 而在 90 年代初期引入 了变长子网掩码 VLSM 和无类域间路由 CIDR 等机制 作为目前过渡时期提高 IPv4 地址空间使用效率的短期解决方案起到了很大的作用 快速计算子网掩码和主机块 一 明确概念 在介绍十进制算法前我们先要明确一些概念 类范围 IP 地址常采用点分十进制表示方法 X Y Y Y 在这里 X 在 1 126 范围内称为 A 类地址 X 在 128 191 范围内称为 B 类地址 X 在 192 223 范围内称为 C 类地址 比如 10 202 52 130 因为 X 为 10 在 1 126 范围内 所以称为 A 类地址 类默认子网掩码 A 类为 255 0 0 0 B 类为 255 255 0 0 C 类为 255 255 255 0 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 255 M 0 0 B 类为 2 55 255 M 0 C 类为 255 255 255 M M 是相应的子网掩码 比如 255 255 255 240 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 二 变量说明 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 网掩码下可分配的实际子网数量 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 2 IP num 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 256 Subnet block 或 Subnet block 256 IP block IP num IP block 2 Subnet num Subnet block 2 6 2 的幂数 大家要熟练掌握 28 256 以内的 2 的幂代表的十进制数 如 128 2 7 64 26 等 这样可以使我们立即推算出 Subnet block 和 IP block 的数目 三 举例说明 现在 通过举一些实际例子 大家可以对子网掩码和主机块的十进制算法有深刻的了 解 1 已知所需子网数 12 求实际子网数 这里实际子网数指 Subnet num 由于 12 最接近 2 的幂为 16 24 即 Subnet blo ck 16 那么 Subnet num 16 2 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 60 255 个 约相当于 X Y 0 1 X Y 5 9 254 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 bl ock 256 64 192 最后由子网掩码格式 B 类是 255 255 M 0 得出子网掩码为 255 255 1 92 0 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 6 7 并不能达到所需子网数 所以应取 2 的幂为 16 即 Subnet block 16 因为 IP b lock 256 Subnet block 256 16 16 所以子网掩码 M 256 IP block 256 16 240 4 已知网络地址为 211 134 12 0 要有 4 个子网 求子网掩码及主机块 由于 211 Y Y Y 是一个 C 类网 子网掩码格式为 255 255 255 M 又知有 4 个子网 4 接近 2 的幂是 8 23 所以 Subnet block 8 Subnet num 8 2 6 IP block 256 Subnet block 256 8 32 子网掩码 M 256 IP block 256 32 224 故子网掩码表示 为 255 255 255 224 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 32 63 64 95 96 127 128 159 160 191 192 223 其中首块 0 31 和尾块 224 255 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 一个是子网广播地址 所以主机块分别为 33 62 65 94 97 126 129 158 161 190 及 193 222 因此子网掩码为 255 255 255 224 主机块共有 6 段 分别为 211 1 34 12 33 211 134 12 62 211 134 12 65 211 134 12 94 211 134 12 97 211 134 12 126 211 134 12 129 211 134 12 158 211 134 12 161 211 134 12 190 及 211 134 1 2 193 211 134 12 222 用户可以任选其中的 4 段作为 4 个子网 总之 只要理解了公式中的逻辑关系 就能很快计算出子网掩码 并得出可分配的主 机块 子网掩码的主要功能是告知网络设备 一个特定的 IP 地址的哪一部分是包含网络地址与子 网地址 哪一部分是主机地址 网络的路由设备只要识别出目的地址的网络号与子网号即 可作出路由寻址决策 IP 地址的主机部分不参与路由器的路由寻址操作 只用于在网段中 唯一标识一个网络设备的接口 本来 如果网络系统中只使 用 A B C 这三种主类地址 而不对这三种 主类地址作子网划分或者进行主类地址的汇总 则网络设备根据 IP 地址的第一个字节的数值范围即可判断它属于 A B C 中的哪一个主类网 进而可确定 该 IP 地址的网络部分和主机部分 不需要子网掩码的辅助 但为了使系统在对 A B C 这三种主类网进行了子网的划分 或者采用无类别的域 间选路技术 Classless Inter Domain Routing CIDR 对网段进行汇总的情况下 也能 对 IP 地址的网络及子网部分与主机部分作正确的区分 就必须依赖于子网掩码的帮助 子网掩码使用与 IP 相同的编址格式 子网掩码为 1 的部分对应于 IP 地址的网络与子 网部分 子网掩码为 0 的部分对应于 IP 地址的主机部分 将子网掩码和 IP 地址作 与 操 作后 IP 地址的主机部分将被丢弃 剩余的是网络地址和子网地址 例如 一个 IP 分组 的目的 IP 地址为 10 2 2 1 若子网掩码为 255 255 255 0 与之作 与 运算得 10 2 2 0 则网络设备认为该 IP 地址的网络号与子网号为 10 2 2 0 子网掩码是用来判断任意 两台计算机的 IP 地址是否属于同一子网络的根据 最为简单的理解就是两台计算机各自的 IP 地址与子网掩码进行 AND 运算后 如果得出 的结果是相同的 则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的 可以进行直接的通讯 就这么简单 请看以下示例 运算演示之一 aa I P 地址 192 168 0 1 子网掩码 255 255 255 0 AND 运算 转化为二进制进行运算 I P 地址 11010000 10101000 00000000 00000001 子网掩码 11111111 11111111 11111111 00000000 AND 运算 11000000 10101000 00000000 00000000 转化为十进制后为 192 168 0 0 运算演示之二 I P 地址 192 168 0 254 子网掩码 255 255 255 0 AND 运算 转化为二进制进行运算 I P 地址 11010000 10101000 00000000 11111110 子网掩码 11111111 11111111 11111111 00000000 AND 运算 11000000 10101000 00000000 00000000 转化为十进制后为 192 168 0 0 运算演示之三 I P 地址 192 168 0 4 子网掩码 255 255 255 0 ND 运算 转化为二进制进行运算 I P 地址 11010000 10101000 00000000 00000100 子网掩码 11111111 11111111 11111111 00000000 AND 运算 11000000 10101000 00000000 00000000 转化为十进制后为 192 168 0 0 通过以上对三组计算机 IP 地址与子网掩码的 AND 运算后 我们可以看到它运算结果 是一样的 均为 192 168 0 0 所以计算机就会把这三台计算机视为是同一子网络 然后进行通讯的 我现在单位使 用的代理服务器 内部网络就是这样规划的 也许你又要问 这样的子网掩码究竟有多少了 IP 地址可以用呢 你可以这样算 根据上面我们可以看出 局域网内部的 ip 地址是我们自己规定的 当然和其他的 ip 地址 是一样的 这个是由子网掩码决定的通过对 255 255 255 0 的分析 可得出 前三位 IP 码由分配下来的数字就只能固定为 192 168 0 所以就只剩下了最后的一 位了 那么显而易见了 ip 地址只能有 2 的 8 次方 1 即 256 1 255 一般末位为 0 或 者是 255 的都有其特殊的作用 但是这样划分但浪费地址了 所以后来又引出一种叫 VLSM 可变长掩码 的新算法 如