理解IP地址分类子网掩码默认网关VLSMCIDR

1、第2章计算机网络基础任务2.3v 理解理解IP地址的作用与意义地址的作用与意义 这一部分主要以IP地址的基础知识结构作为重点进行描述，包括IP地址的作用与意义、IP地址的分类与子网划分、VLSM（可变长的子网掩码）与CIDR（无类域间的路由），然后会引入一个比较经典的VLSM设计案例来加强对IP地址设计与规划的理解。任务2.3.1v IP地址的定义与分类地址的定义与分类 IP地址相当于人类世界中某人住宅位置的具体地址，属于哪一个城市里的哪一条街道，具体的门牌号。人类的住宅地址是为了方便寻找具体某一个人，而网络通信领域里的IP地址是为了确定一个具体网络设备或网络计算机所处的具体位置。通过理解什么

2、是IP地址、IP地址的组成部分、谁负责分发和管理IP地址、IP地址的分类等方面来成功地学习IP地址。Internet依靠TCP/IP协议，在全球范围内实现不同硬件结构、不同操作系统、不同网络系统的互联。 在Internet上，每一个节点都依靠唯一的IP地址互相区分和联系。IP地址是一个32位二进制数的地址，由4个8位字段组成，每个字段之间用点号隔开，比如202.202.1.1就是一个IP地址。简单地说，一个IP地址就代表网络上的一个通信节点，并且这个通信节点在全世界范围内是独一无二的。任务2.3.1IP地址的分类地址的分类A类IP地址：1.0.0.1126.255.255.254；子网掩码：2

3、55.0.0.0B类IP地址：128.1.0.1191.254.255.254；子网掩码：255.255.0.0C类IP地址：192.0.1.1223.255.254.254；子网掩码：255.255.255.0D类IP地址：224.0.0.1239.255.255.254E类IP地址：保留实验使用特殊特殊IP地址说明地址说明127.0.0.1：回送地址。指本地机，一般用来测试，被保留。主机ID部分被转换成二进制后，全是“1”与“0”的作保留。比如：把192.168.1.255/24这个地址的主机ID转换成二进制后就是“11111111”，这表示192.168.1.255子网内的广播地址；把1

4、92.168.1.0/24的主机ID转换成二进制后就是“00000000”，这表示192.168.1.0的整个子网。自动专用IP寻址（Automatic Private IP Addressing，APIPA）是一个DHCP故障转移机制，当DHCP服务器出故障时，APIPA在169.254.0.1到 169.254.255.254的私有空间内分配地址，所有设备使用默认的网络掩码255.255.0.0。APIPA可以为没有DHCP服务器的单网段网络提供自动配置TCP/IP协议的功能任务2.3.1谁负责发放和管理谁负责发放和管理IP地址地址 所有的IP地址都由国际组织NIC（Network Inf

5、ormation Center）负责统一分配，目前全世界共有三个这样的网络信息中心。InterNIC负责美国及其他地区；ENIC负责欧洲地区；APNIC负责亚太地区。我国申请IP地址要通过APNIC，APNIC的总部设在日本东京大学。申请时要考虑申请哪一类的IP地址，然后向国内的代理机构提出。任务2.3.2v理解子网掩码与理解子网掩码与IP子网的划分子网的划分 详细地理解IP地址的分类与子网划分，首先必须理解IP地址的组成部分。每个IP地址都包含两部分：网络ID和主机ID。网络ID标识在同一个物理网络上的所有主机，主机ID 标识该物理网络上的某一台具体的主机。整个Internet上的每台计算机

6、都依靠各自唯一的IP地址来标识。比如192.168.1.1这个地址，哪部分属于网络ID？哪部分属于主机ID？要成功识别IP地址的主机ID与网络ID，首先要成功地理解子网掩码。实际上子网掩码就是用于识别一个IP地址的网络ID与主机ID的关键。如图2.17所示，192.168.1.1的子网掩码为255.255.255.0，那么该地址的网络ID就是192.168.1.0，共计24位（子网掩码是三个255，转换成二进制就是24个“1”，所以也称为24位）表示网络ID，剩下的8位表示主机ID。图2.17 子网掩码的网络ID和主机ID任务2.3.2 将子网掩码与IP地址作一个配对，子网掩码十进制数“255

7、”（二进制是11111111）对应的IP地址部分就是IP地址的网络ID，子网掩码十进制数“0”（二进制是0000000）对应的就是主机ID。注意：注意：IP地址为地址为192.168.1.0，子网掩码为，子网掩码为 255.255.255.0，可表示为，可表示为192.168.1.0/24。这里的。这里的/24就等同于就等同于255.255.255.0。任务2.3.3v计算一个计算一个IP子网内的主机数子网内的主机数 192.168.1.0/24该IP所处的子网最多可以有多少台主机？能够成功地计算某个IP子网中能容纳多少台计算机，这对有效、合理地理解IP地址的设计非常有帮助。192.168.1

8、.1的子网掩码为255.255.255.0，那么该地址的网络ID就是192.168.1.0，共计24位表示网络ID，剩下的8位表示主机ID。计算一个子网内可容纳多少台主机的公式如下：2n-2 其中，n表示主机ID“0”的个数。以IP地址192.168.1.1为例，192.168.1.0/24的子网可容纳28 -2=254台主机。为什么要在公式中减2，减掉的2是指网络ID和广播地址。如192.168.1.0/24的主机ID全为“0”表示为网络ID，192.168.1.255/24的主机ID全为“1”表示为广播地址。任务2.3.4v理解默认网关理解默认网关 默认网关通常指示一个IP网络需要向另一个

9、IP网络通信的最后通道（数据转发点）。通过文字定义可能很抽象，现在通过实例应用来理解默认网关。如图2.18所示，该环境中有两个IP网络，其中一个为192.168.1.0；另一个为192.168.2.0。不同IP网络要进行通信必须经过路由器来转发数据包，此时的默认网关实际上就是路由器上对应不同IP网络的一个转发接口，相当于一个IP网络到另一个IP网络的最后路径。计算机和计算机处于IP网络192.168.1.0中，它们要和处于192.168.2.0的主机和主机通信，主机和主机就必须通过路由器上的192.168.1.1这个IP节点转发数据包到192.168.2.0的IP网络，此时路由器上的IP地址1

10、92.168.1.1就是192.168.1.0网络的默认网关，与此同理，192.168.2.1就是IP网络192.168.2.0的默认网关。任务2.3.4图2.18 网关示意图任务2.3.5v 理解可变长子网掩码（理解可变长子网掩码（VLSM）与无类域间的路由（）与无类域间的路由（CIDR）VLSM（Variable Length Subnet Mask，可变长子网掩码），可变长子网掩码） 很直观地表达IP地址的VLSM形式：172.16.1.1，在传统的IP地址归类中应该把它归为B类IP地址，掩码应该是255.255.0.0或者写成172.16.1.1/16。但由于某种原因把172.16.1

11、.1这个B类IP地址套用了255.255.255.0掩码，即172.16.1.1/24。这就是一个典型的VLSM地址形式。 标准的主类地址 VLSM规划的地址 172.16.1.1 172.16.1.1 255.255.0.0 255.255.255.0任务2.3.5v为什么提出为什么提出VLSM，VLSM的作用是什么的作用是什么 提出VLSM的原因是减小IP地址的浪费，让IP地址的计算更加合理。比如在一条点对点的专线上，本身就只需要两个IP，如果你从运营商处购买了一段C类IP地址，如202.202.1.0/24，那么202.202.1.0/24的网络可用的IP地址就是254个（可根据上一小节

12、计算一个子网内的主机数的公式进行计算），而主线上又只需要两个IP地址,那么如果不对202.202.1.0/24进行VLSM规划，就会在一条主线上浪费252个IP地址。如果利用VLSM打破传统类别IP的规划，则会得到一个很惊奇的结果。将原本C类地址202.202.1.0/24的24位子网掩码规划成30位子网掩码，如202.202.1.0/30（30位子网掩码的十进制表示就是255.255.255.252）。原来的C类掩码是“255.255.255.0”，转换成二进制形式就是24个“1”，再加上VLSM后向主机ID借的6个“1”(252)，所以主机ID就只有两位，利用计算子网主机个数的公式 22

13、-2=2，那么202.202.1.0/30子网刚好只有两台主机，正好用于一条点对点的专线上，保证了一个地址都没有浪费。任务2.3.5v CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类域间的路由），无类域间的路由） CIDR将数个IP网络结合在一起，使用一种无类别的路由选择算法，可以减少Internet核心路由器的路由选择算法，可以减小Internet核心路由器的路由记录数目。事实上，CIDR构建了一个“超级网络”，也是VLSM的一个逆向过程。VLSM是把一个较大的主类网络划小，而CIDR是把多个较小的网络汇聚。CIDR示意图如图2.19所示。图2.19 CIDR示

14、意图任务2.3.6v 演示：区分网络演示：区分网络ID、主机、主机ID、子网掩码与网关、子网掩码与网关演示目标：演示目标：通过演示加强对IP的网络ID、主机ID、子网掩码与网关的认识。演示环境：演示环境：如图2.20所示。演示工具：演示工具：三台安装有Windows操作系统的计算机、一台二层交换机、一台路由器。如果教学环境不具备上述工具或者不方便进行集中演示，则可使用本书所提供的“虚拟实验室”来完成集中演示，同样可以达到与真实环境相同的效果。关于虚拟实验室的具体实施过程，请参看随书光盘中的“虚拟实验室的实现过程”。演示前的提示：演示前的提示：此演示的目的在于让学习者区别IP地址的构成，识别子网

15、掩码与网关的作用，从演示中去体会具体的意义和作用，这样就会涉及路由器的引入，而本小节并非以路由器的讲解作为核心，所以可以由教师在演示前完成路由器的基本配置，不需要学习者在本小节去掌握路由器的具体原理与配置。图2.20 网络ID、主机ID、子网掩码与网关综合实验环境任务2.3.6 将计算机与计算机的IP地址分别配置成192.168.1.2和192.168.1.3，子网掩码配置为255.255.255.0；将计算机的IP地址配置成192.168.2.2，子网掩码配置为255.255.255.0。暂时不填写“默认网关”选项。 在计算机上完成ping 192.168.1.3（计算机），ping 192

16、.168.2.2（计算机），此时会发现一个问题：计算机 ping计算机能ping通；而计算机 ping计算机却不能ping通。这是为什么？回答：回答：计算机和计算机的网络ID都是192.168.1.0，具备相同的网络ID号，那么它们就处于同一个IP子网内，所以相互之间能直接Ping通；而计算机与计算机的网络ID不同，计算机A的网络ID为192.168.1.0，计算机C的网络ID为192.168.2.0，所以它们相互之间不能直接Ping通，不同网络ID的主机通信必须使用路由器。 现在将计算机A上的“默认网关”项填写为192.168.1.1，计算机C上的“默认网关”项填写为192.168.2.1，

17、然后再到计算机A（192.168.1.2）上去ping计算机C（192.168.2.2）,可成功地ping通。这是为什么？回答：回答：主机A与主机C因为网络ID不同，处于不同的IP子网内，路由器可以让不同的IP子网通信，分别为不同的IP子网提供网关，所以当主机A与主机C分别填写了各自的网关后，就有了转发到不同IP网络的通路，所以此时它们之间能ping通。任务2.3.7v演示：演示：VLSM的基本应用与特性的基本应用与特性演示目标：演示目标：通过实验过程更深入地理解VLSM的基本应用与特性。演示环境：演示环境：任何两台通过交换机或者集线器连接的计算机。演示步骤：演示步骤：图2.21 实训理解VL

18、SM的应用任务2.3.7 在其中一台计算机上，把IP地址填写为192.168.1.1，子网掩码为255.255.255.0；在另一台计算机上填写IP地址为192.168.1.5，子网掩码为255.255.255.0，此时检测这两台计算机的连通性，因为它们具备相同的网络ID，所以能直接完成通信。 现在将这两台计算机的IP地址保持不变，将两台计算机的子网掩码都改为255.255.255.252，此时再次检测两台计算机的连通性，会发现两台计算机连通失败。这是为什么？ 现在根据VSLM的核心知识来分析第二步中两台计算机连通失败的原因。实训理解VLSM的应用如图2.21所示，两个IP地址的前三个小节部分192.168.1和子网掩码的前三个小节部分255.255.255，都一样。这不是本小节关注的重点，现在注意观察两个IP地址的第四个小节部分，也就是原本属于C类地址主机ID部分的“1”和“5”，现在由于子网掩码的最后一部分从“0”变成了“252”，所以两个IP地址的“