四级网络工程师-IP地址分类类及子网划分

第3章IP地址及其规划,本章要点:3.1IP地址的概念3.2IP地址划分技术研究与发展3.3IP地址规划,3.1IP地址的概念,3.1.1IPv4地址概念IP地址只是32位二进制数字。在二进制中，数码只有0和1。一个32位数码有32个0和1。为了方便，一般把IP地址分为4个8位字段，或者称作8位字节。,3.1.2IP地址的标准分类,基本的IP地址是分成8位一个单元的32位二进制数。一般用点分十进制表示。IP地址中的每一个8位位段用0255之间的一个十进制数表示。这些数之间用点（.）隔开，格式为x.x.x.x。IP地址分成五类，分别为：A类地址、B类地址、C类地址与特殊地址。每一个IP地址包括两部分：网络地址和主机地址，上面五类地址对所支持的网络数和主机数有不同的组合。,（1）A类地址一个A类IP地址仅使用第一个8位位段表示网络地址。剩下的3个8位位组表示主机地址。（2）B类地址一个B类IP地址使用两个8位位段表示网络号，另外两个8位位段表示主机号。（3）C类地址而C类地址使用三个8位位段表示网络地址，仅用一个8位位段表示主机号。,图3-1IP地址的标准分类,（4）特殊地址直接广播地址直接广播地址与广播地址相同，是一个Internet协议地址，指定了在某特定网络中的“所有主机”。,受限广播地址受限的广播地址是255.255.255.255。在任何情况下，路由器都不转发目的地址为受限的广播地址的数据报，这样的数据报仅出现在本地网络中。“这个网络上的特定主机”地址具有全0网络号的IP地址代表了这个网络上的特定主机当某个主机想同一网络上的其他主机发送报文的时候就会用到它。它的格式为：网络号为0，主号为确定的数值。回送地址127.x.x.x是本机回送地址，即主机IP堆栈内部的IP地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，无论什么程序使用回送地址发送数据，协议软件立即返回之，从进行任何网络传输。,3.2IP地址划分技术研究与发展,IP地址的划分共分为四个阶段。（1）第一阶段1981年，IPv4协议制定初期，IP地址设计的目的是希望每个IP地址都能唯一地、确定地识别一个网络与一台主机。这时的IP地址是由网络号与主机号组成，长32位，用点分十进制方法表示，即现在的标准分类的IP地址。（2）第二阶段在1991年起，在原来的标准分类的IP地址上，加入了子网号的三级址结构。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：网络号、子网号和主机号。,（3）第三阶段1993年提出其出了CIDR（ClasslessInterDomainRouting，无类域间路由）技术。CIDR有效地提供了一种更为灵活的在路由器中指定网络地址的方法。使用CIDR时，每个IP地址都有网络前缀，它标识了网络的总数或单独一个网络。（4）第四阶段1996年提出了NAT（NetworkAddressTranslation，网络地址转换）技术，允许一个整体机构以一个公用IP地址形式出现在Internet上。即是一种把内部私有IP地址翻译成合法网络IP地址的技术。,图3-2划分IP地址技术的发展阶段示意图,3.2.1划分子网的三级地址结构,地址有效利用率的问题：（1）A类地址的主机号长度为24位，即可以分配给1600多万个结点，这即是对一个大型的网络来说，也不可能使用到这么多的结点，即使有这样的大型网络，网络中的路由表也太大了。（2）B类地址的主机长度为16位，即一个网络中可以允许有6万多个结点，由经验得到，一般使用B类地址的网络中大多数的网络主机数都不超过50台。（3）C类地址的主机号长度为8位，即一个网络中可以只能分配256个主机和路由器的地址，这个数量又远远不够。,1子网的概念在一个IP网络中划分子网使我们能将一个逻辑上单一的大型网络分成若干个较小的网络，即允许将网络划分成许多个部分供内部使用，但是对于外部网络仍像一个网络一样。2子网的划分它将IPv4地址分为三部分：网络部分、子网部分和主机部分。3子网掩码的概念它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网以及哪些位标识的是主机的位掩码。,图3-3A类、B类和C类地址掩码,图3-4B类地址分为128个子网,3.2.2CIDR无间域内路由技术,1CIDR提出的背景随着Internet的迅速发展，标准地址分类法带来了两个问题，最大一个问题就是这些类别无法体现顾客的需求。A类地址实在过大，以至浪费了大部分空间。另一方面，C类网络对大多数组织来说实在太小，这意味着大多数组织会请求B类地址，但又没有足够的B类地址可以满足需求。1993年，CIDR技术被提出，RFC1517、1518和1519对其进行了定义并且形成了Inernet的建议标准。CIDR利用表示用来识别网络的比特数量的“网络前缀”，取代了A类、B类和C地址。,2CIDR的概念CIDR是一个在Internet上创建附加地址的方法，这些地址提供给服务提供商ISP，再由ISP分配给客户。3CIDR的工作原理CIDR地址包括标准的32位IP地址和用正斜线“/”标记的前缀。4CIDR的技术特点（1）它区别于一般的标准分类IP地址概念的“网络前缀”，代替的原来的“网络号+主机号”的结构，形成了无分类的结构，即表示为“网络前缀+主机号”的二级地址结构，也不再使用“子网”的概念。,（2）网络前缀相同的连续的IP地址形成了一个“CIDR地址块”。它是由块起始地址与块地址数来表示的。5CIDR的优点CIDR的优点是解决了困扰传统IP寻址方法的两个问题。重点提示：CIDR的研究思路主要是将剩余的IP地址以可变大小的分块方法进行分配，而不按标准的地址分类规则分配。ISP、大学、政府机关及企业在确定IP地址结构时，即可根据对IP地址管理和路由的需要来灵活决定。,表3-1为CIDR及其对应的掩码,3.2.3NAT网络地址转换技术,1NAT的概念NAT即网络地址转换，它的基本思路是为每个公司分配少量的IP地址用于传输Internet的流量，而在公司内部的每一台主机分配一个不能够在Internet上使用的保留的专用IP地址。这些专用的地址都是管理机构预留的，它们不需要向Internet管理机构申请，但是在Internet中并不唯一。它们就用于公司的内部网络通信，如果要访问外部的Internet主机，要运行NAT的主机或路由器将内部的专用IP地址转换为全局的IP地址。,图3-5NAT在ISP服务中应用的网络结构图,2NAT的工作原理（1）内部地址翻译将内部IP一对一的翻译成外部地址。（2）内部全局地址复用使用地址和端口将多个内部地址映射到比较少的外部地址。（3）TCP负载重分配NAT路由器接受外部主机的请求并依据NAT表建立与内部主机的连接，把内部目的地址翻译成内部局部地址并转发数据包到内部主机，内部主机接受包并作出响应。NAT路由器再使用内部局部地址和端口查询数据表做出响应。如果此时，同一主机再做第二个连接，NAT路由器建立与另一虚拟主机的连接，并转发数据。,（4）处理重叠网络主机A要求向主机C建立连接，DNS服务器做地址查询。NAT路由器截获DNS的响应，如果地址有重叠，将翻译返回的地址。它将创建一个简单入口把重叠的外部全局地址翻译成外部局部地址。路由器转发DNS响应到主机A，它已经把主机C的外部全局地址翻译成外部局部地址。当路由器接受到主机C的数据包时，它将建立内部局部、全局，外部全局、局部地址间的转换，主机A将由内部局部地址翻译成内部全局地址，主机C将由外部全局地址翻译成外部局部地址。主机C接受数据包并继续通讯。,图3-6为NAT工作原理示意图,3NAT的技术类型（1）静态NAT（2）动态地址NAT（3）网络地址端口转换NAPT,4NAT技术的局限性（1）违反了IP地址的设计原则（2）使IP协议从面向无连接变成面向连接（3）与其他协议工作时经常需要修改（4）破坏了各层独立的原则重点提示：NAT的主要思路即为每一个网络系统分配一个或少量的IP地址用于传输流量到Internet，在这个网络系统内部的每一台主机分配一个能够在Internet上使用的保留的专用IP地址。,3.3IP地址规划,3.3.1基本步骤与方法1IP地址规划的步骤（1）获得网络最大子网数量与最大主机数（2）设计基本网络地址结构（3）计算子网络掩码（4）计算网络地址、广播地址与主机地址2IP地址规划详细方法,表3-232个子网的网络号,表3-3子网的广播地址,3.3.2子网地址的规划,1子网地址规划的步骤（1）获得所需的网络号个数从网络设计的需求分析中，每个子网必须分配一个网络号，而每个广域网的连接也需要分配一个网络号。（2）获得所需的主机号个数从网络设计的需求分析中，每个主机分配一个主机号；同时路由器的每一个连接也需要分配一个主机号。（3）网络地址整体规划计算出整个网络的子网掩码为不同的物理段设置不同的子网号,表3-4主机的IP地址,2子网地址规划的详细方法（1）计算子网号的长度（2）确定子网的地址,表3-5子网的主机地址,3.3.3VLSM地址的规划,1VLSM的概念VLSM（VariableLengthSubnetMask，可变长度子网掩码），是在标准的掩码上面再划分的子网的网络号码，无类路由选择网络可以使用VLSM，而有类路由选择网络中不能使用VLSM。2案例分析（1）需求（2）选择可变长度的子网掩码（3）三个子网IP的地址空间,图3-7使用VLSM技术的子网划分结构,3.3.4CIDR地址规划,设一个公司获得的了202.122.128.0/18的地址块，要将其分成16个大小相等的较的地址块，规划步骤如下：（1）计算出所要占用的主机号中的位数由于，所以对于这个地址块的划分需要占用后14位主机号中的前4位，可以实现将其16等分为大小相等的地址块。（2）地址块的划分16块较小地址块的划分情况如表3-6所示，其中每一个地址块所能分配的地址数为个。,表3-6划分CIDR地址块,图3-8CIDR地址块划分后的网络结构图,3.3.5内部网络专用IP地址规划,1需求分析（1）公司分为总部、销售与配送部门、零售店3层结构。（2）总部的主干网上有10个LAN，总共有120台计算机及其联网设备，其在30个城市和地区都有销售与配送部门，每个部门通过2条链路与总部的主干路由器连接。（3）各个销售与配送部门有2个LAN，一个用于销售管理，其连接的计算等设备最多为90台；一个用于配送管理；另外还有一个用来连接2个LAN与公司总部级下属零售店（4）每个零售店1个LAN，最多连接14台计算机。,2总体设计（1）采用“总部分部零售店”的3级地址结构。（2）采用A类地址的CIDR地址块，可分配的地址总长度为24位。（3）采用定长子网掩码255.255.255.0。（4）从需求分析已知，该公司网络系统中的子网数多于其主机数，所以32位标准地址结构为：8位网络号、16位子网号与8位主机号。,图3-9该公司的网络结构图,3地址规划（1）公司总部的LAN地址公司总部有10个LAN，D=0时表示公司的主干网，此时S=110，H=1254。如表3-7所示。表3-7公司总部的LAN地址,（2）公司总部到销售与配送部门的连接地址表3-8总部与分部连接的地址信息,（3）销售与配送部门的LAN地址各个地区的销售与配送部门的D不同，其中三个LAN（两个分别用于销售管理和配送管理，还有一个连接公司总部及零售店）。其分部的可分配地址空间如表3-9所示。,表3-9分部的地址信息,（4）销售与配送部门到相应零售店的连接地址销售与配送部门分别到相应零售店的连接地址为10.100+D.S.1与10.100+D.S.2。如表3-10所示。,表3-10销售与配送部门到相应零售店的连接地址,（5）零售店地址表3-11零售店地址信息,（6）案例总结该公司地址结构规划为：总部的LAN：10.0.1.010.0.10.0。总部到分部的连接：10.100+10.D.0与、10.200+10.D.0，其中D=130。分部的LAN：10.D.255.0、10.D.254.0、10.D.253.0。地址空间为10.D.255.110.D.255.254、10.D.254.110.D.254.254、10.D.253.110.D.253.254。其中D=130分部到零售店的连接：10.100+D.S.1与10.100+D.S.2，D=130，S=1240。零售店的LAN：10.D.S.0，其可分配的地址空间为10.D.S.110.D.S.254，其中D=130，S=1240。,3.3.6IPv6地址规划,1什么是IPv6地址IPv6采用128位的地址长度，可以有个地址几乎可以不受限制地提供地址。IPv6的地址分为：单播地址、组播地址、多播地址与特殊地址等基本的四类地址，同时它还加入了对自动配置的支持。2IPv6地址表示方法（1）IPv6的128位地址用16位边界划分，每个16位段转换成4位十六进制数字，用冒号“：”分隔。结果表示被称为冒号十六进制。,（2）压缩零某些地址类型中包含一系列的零。要进一步简化IPv6地址的表示，冒号十六进制格式中被设置为0的连续16位块可以被压缩为“:”例如，链接本地地址FE80:0:0:0:2AA:FF:FE9A:4CA2可以压缩为FE80:2AA:FF:FE9A:4CA2。多播地址FF02:0:0:0