模块二 网络协议--TCPIP--IP地址与子网划分.ppt

1、IP地址与子网划分,IP地址 分类IP地址 特殊IP地址 私有网络地址 IP地址分配实例 子网及子网掩码 无类地址CIDR,内容提要,IP 地 址,IP地址,. 16 . 122 . 204 10101100.00010000.01111010.11001100,IP地址,为了实现Internet上不同计算机之间的通信，每台计算机都必须有一个不与其它计算机重复的地址，IP地址就是可以唯一标识主机的地址。 IP地址是一个网络编码，它既可以是一个主机（服务器、客户机）的地址，也可以是路由器一个端口的地址。即IP地址确定的是网络中的一个连接。 IP地址是数字型的，32位(32bit)，由4个 8位的

2、二进制数组成，每8位之间用圆点隔开。由于二进制数不利于记忆，通常转换成十进制数表示，其取值范围为0-255，称为点分十进制表示法。,IP地址的两种表示法,二进制 与十进制 计算机会自动进行两者之间的转换。 例：,十进制 166. 111. 4. 80 = 二进制 10100110. 01101111. 00000100. 01010000,IP地址的含义,IP地址是由网络信息中心分配的，目前共有三个这样的机构： 负责美国及其它地区的INTERNIC 负责欧洲地区的RIPE-NIC 负责亚太地区的APNIC IP地址由两个部分组成：网络标识（Net ID）和主机标识 （Host ID）。网络标识

3、用于区分不同的网络，主机标识用于在一个网络中区分主机。 IP地址被分成了A、B、C、D、E五类，每个类别的网络标识和主机标识各有规则。,IP地址 之 A类地址,第一个8位组为网络标识，其余三个8位组为主机标识。即第一个8位组作为网络地址，其余三个8位组为主机地址。 W.X.Y.Z W.0.0.0 0.X.Y.Z W: 1-127 X.Y.Z: 0.0.0-255.255.255 第一个8位组的首位（比特）为0，其余7个比特位任意。 全0表示本地网络，即0.X.X.X；全1保留诊断用，即127.X.X.X。 具有A类地址特征的有效网络地址为 1126，全世界只有128个A类网络，127这个网络专

4、门用于做网络测试 3.5.35.55 130.126.2.33 35.266.52.32 127.23.36.33 每个A类网络最多可以拥有224个IP地址，适用于大型网络。,IP地址 之 B类地址,B类地址中的第一、二个8位组为网络标识（网络地址），第三、四个8位组用于主机标识（主机地址）。 第一个8位组的前二位为10，具有B类地址特征的网络总数为214，每个网络中的IP地址可达到216。 第一个8位组的取值范围为128191。 适用于中等规模的网络。 W.X.Y.Z W.X.0.0 0.0.Y.Z W: 128-191 Y.Z: 0.0-255.255,IP地址 之 C类地址,C类地址中的

5、前三个8位组是网络标识，第四个8位组位主机标识。 第一个8位组的前三位为110，其余5位和第二、三个8位组共21位表示网络，具有C类地址特征的网络总数为221。每个网络中可拥有256（28）个IP地址。 第一个8位组的取值范围为192223。 C类地址适用于主机量较少的网络中。 W.X.Y.Z W.X.Y.0 0.0.0.Z W: 192-223 Z: 0. -255,IP地址 之 D、E类地址,D类地址用于组播通信地址，其第一个8位组的最高四位等于1110，取值范围为 224 239，用于标识组播通信地址，后28位用于区分不同的组播组，又叫多目地址（Multicast address）。 W

6、.X.Y.Z W: 224 239 E类地址的第一个8位组的最高五位等于 11110 ，其取值范围为240247，此类地址作为未来地址而被保留。 W.X.Y.Z W: 240247 目前，具体的网络只能分配到A类、B类、C类地址中的一种。,组播地址补充说明,1、与A、B、C类地址不同，组播地址格式中无网络地址和主机地址之分； 2、组播地址范围为: 224.0.0.0 239.255.255.255； 3、组播IP地址唯一地标志一个逻辑组，一个组播地址代表一组特定的主机，它只能作为IP报文的目的地址，表示该报文的一组接收者，而不能把它分配给某台具体的主机； 4、组播地址和广播地址的区别在于，广播

7、地址是按主机的物理位置来划分各个组(属于同一个子网)，而组播地址是指一个逻辑组，参与该的机器可能遍布整个Internet 网，而与物理位置无关；,5、 每个要求接收组播信息的主机使用IGMP协议主动登记到希望加入的组中一个主机可同时加入几个组播组； 6、网络中的路由器根据参与者的主机的位置，为该组播的通信组形成一棵发送树； 7、组播地址主要用于电视会议、电视广播、视频点播。,组播地址补充说明,IP地址,根据IP地址第一个8位组的取值区分类别： A类地址：1126 B类地址：128191 C类地址：192223,A类地址用于少量的（最多27个）主机数大于216的大型网，每个A类网络可容纳最多22

8、4台主机； B类地址用主机数介于28 - 216之间数量不多不少的中型网，B类网络最多214个； C类地址用于每个网络只能容纳28台主机的大量小型网，C类网络最多221个。,IP地址小结,特殊用途的IP地址,网络地址(“0”地址) 212.111.44.00000000 主机标识位全部为零的地址从不分配给单个主机，而是作为网络本身的标识。 例如：主机 212. 111. 44. 136所在网络的网络地址为 212. 111. 44. 0。 直接广播地址 212.111.44.11111111 TCT/IP规定，主机号各位全为“1”的网间网地址用于广播之用，叫作广播地址。所谓广播，指同时向网上所

9、有主机发送报文。 主机标识位全部为1的地址从不分配给单个主机，而是作为同网络的广播地址。 例如：主机 212. 111. 44. 136所在网络的广播地址为 212. 111. 44. 255。,有限广播(255. 255. 255. 255) 前面谈到的广播地址包含一个有效的网络号和主机号，技术上称为直接广播（directed broadcasting）地址。 有时，需要在要网内部广播，该地址叫作有限广播地址（limited broadcast address）。 回送地址 A类网络地址127是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，叫作回送地址（loop back addres

10、s）。无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，协议软件立即返回之，不进行任何网络传输。TCP/IP规定：1、含网络号127的分组不能出现在任何网络上；2、主机和网关不能为该地址广播任何寻径信息。,公有地址与私有地址,公 有 地 址 :由 Internet Assigned Numbers Authority (IANA)划 分 的 能 在 INTERNET上 用的地 址 三类私 有 地 址： 由 IANA 预 留 的 地 址： 10.0.0.0 - 10.255.255.255 172.16.0.0 - 172.31.255.255 192.168.0.0 - 192.168.255.255,

11、私有IP地址,在A、B、C 三类地址中各有一段地址作为保留地址不在全网分配，而作为私有地址，在一个网络内部可随意使用私有地址。 私有地址范围： 1个A类地址： 10.0.0.0 10.255.255.255 16个B类地址： 172.16.0.0 172.31.255.255 256个C类地址： 192.168.0.0 192.168.255.255 这些地址只可在一个网络内部使用，不可进入外网，如互联网。私有地址的合理使用可一定程度上缓解IP地址短缺的矛盾； 使用私有IP地址的主机要访问互联网需经过代理服务器，或经过地址转换（NAT）将私有地址映射到公有IP地址上。,网络中IP地址的分配,静

12、态定址static addressing 必须为每个设备分别配置IP地址，并且不能重复，否则会产生IP地址冲突。有些操作系统在初始化TCP/IP的过程中，会通过发送ARP请求来检测是否有IP冲突，如Windows 95和Windows NT。当存在冲突时，不能完成TCP/IP的初始化。 动态定址dynamic addressing 反向地址解析协议RARP：只能获得IP地址； Bootstrap协议(BOOTP)：用UDP分组，能够获得本机IP地址、默认网关IP地址、服务器地址，以及一个生产厂商指定的域。不能用于完全动态的配置，但可以通过配置文件为每个设备配置地址。 动态主机配置协议DHCP

13、：DHCP服务器上定义一个IP地址范围，整个计算机的配置信息都可以获得，包括子网掩码等。 以上三种都基于Client-Server模式。,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

14、。,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

15、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。,IP 地址的局限性,根据IP地址的第一字节，可以识别IP地址的类别,识 别 IP地 址 分 类,练 习 : IP 地 址 分 类 写出下列IP地址对应的类别及相应的网络地址和主机地址,子网和掩码,子网,将网络进一步划分成独立的组成部分，每个部分称为这个网络（或者更高一级子网）的子网。子网的设计是为了便于网络的管理。 对于A类和B类的地址可以把一个大网划分成几个子网，每个子网可以对应一个地理范围或者区域，每个子网也可以对应一种不同的物理介质。

16、 划分子网以后，每个子网看起来象一个独立的网络。而对于远程网络而言，子网是透明的。,子网划分,原有地址结构是二维的（网络地址，主机地址），增加地址空间的维数可提高地址分配中的灵活性和可用性； 三维结构：（网络地址，子网地址，主机地址） 在一个C类地址中仅主机地址可由网管人员自主分配，向主机地址段借位组成子网地址，以形成三维地址结构；,xx xxxxxx,网络地址,C类地址,子网地址 主机地址,原主机地址段,为什么和如何划分子网,为何要划分子网？ 提高系统的可靠性，可以防止整个网络通信的瘫痪。 改进系统性能，克服简单局域网的技术条件限制。 通过设置不同访问权限，增强系统的安全保障。 便于系统的运

17、行维护，有利于故障的诊断和隔离。 如何划分子网？ 根据地理分布特点划分子网 易于组网技术的实现 节约经费 根据网络应用特点划分 将共享相同网络资源的主机划分成一个子网，可减少子网间的网络传输流量，提高网络性能。 将具有相同安全密级程度的主机划分为同一个子网，保障系统的安全。,划分子网的原因,网络1 202.120.1.0,网络2 202.120.2.0,网络3 202.120.3.0,一个路由器端口的连接（一个物理网段）至少组成一个网络； 按原来的地址结构（二维结构），一个网络至少需要一个C类地址，因为 一个网络需要有一个唯一的网络地址； IP地址的紧缺和地址分配中的浪费形成一对矛盾。,202

18、.120.1.1,202.120.1.2,202.120.1.3,202.120.1.4,202.120.3.1,202.120.3.2,202.120.2.1,202.120.2.2,202.120.2.3,路由器,202.120.3.3,子网划分,子网地址位数的确定 借1位： 0 0号子网 1 1号子网 子网地址= 0 ：表示本子网主机，不可作为有效目的地址使用， 子网地址= 1 ：子网地址全1，不可用， 因此至少要借2位。 借7位： 主机地址= 0 ：子网地址， 不可作为地址分配， 主机地址= 1 ：广播地址，不可分配， 因此最多只能借6位。,x xxxxxxx,网络地址,C类地址,子网

19、地址 主机地址,xxxxxxx x,网络地址,C类地址,子网地址 主机地址,子网划分,子网借位的重要原则： 全0和全1都不可用！ 主机地址全0表示当前子网的网络地址，全1表示当前子网的广播地址； 子网地址全0和全1在某些路由协议上不支持；,地 址 没 有 进 行 子 网划分(SubNets),Network 172.16.0.0,172.16.0.0,地 址 有 子 网 (SubNets),Network 172.16.0.0,Subnet(子 网 )地 址,172.16.2.1,172.16.2.2,172.16.2.160,172.16.3.5,172.16.3.100,172.16.3.

20、150,E0,E1,掩码技术,在主机之间通信的情况有 同一个网络中，两台主机之间相互通信 在不同网络中，两台主机之间相互通信 区分这两种情况 获取远程主机IP地址的网络地址 判断： 如果源主机所在的网络地址 等于目的主机所在网络地址，则为相同网络主机之间的通信。 如果源主机所在的网络地址 不等于目的主机所在网络地址，则为不同网络主机之间的通信。 问题是如何获得一个主机IP地址的网络地址信息，这就需要借助于掩码(Net Mask) 。,掩码的定义,掩码(Net Mask)有网络掩码和子网掩码两种。 网络掩码 对每个网络的网络地址设定一个按位对应的32 bit 的二进制数：网络地址部分的对应位设置

21、位1，主机地址部分的对应位设置位 0 如标准C类地址219.222.135.40对应的掩码为255.255.255.0 子网掩码 将网络地址中的主机标识分离出若干位作为子网地址位。 同样设定一个和这个网络地址按位对应的32bit的二进制数：网络地址和子网地址部分的对应位设置位1，主机地址部分的对应位设置位 0。,子网掩码, 子网掩码的作用：告知设备地址的哪一部分是包含子网的网络地址段，地址哪一部分是主机地址段； 子网掩码使用与IP编址相同格式：子网掩码的网络地址部分和子网地址部分全为1，它的主机部分全为0 一个缺省C类IP地址的掩码为：,网络地址,C类IP地址,主机地址,202,112,46,

22、65,掩码,255,255,255,0,网络地址,C类IP地址,主机地址,11001010,01111000,00000011,011 00011,掩码,11111111,00000,一个主机地址为202.120.3.99，子网地址 = 011的子网掩码是：,202,120,3,99,255,255,255,224,11111111,11111111,111,子网掩码,子网地址,包含子网地址的网络号 = IP地址 掩码,网络地址,网络号,主机地址,11001010,01111000,00000011,011 00000,子网地址,202,120,3,96,一个地址 + 掩码的表示（202.12

23、0.3.99，255.255.255.224），也可写成更简洁 的形式： 202.120.3.99/27，其中27表示掩码中1的个数。,划分原则 一个C类地址子网划分可借位数在2-6位之间。 每种子网划分方案中有2个子网地址不可分配（子网地址=全0，子网地址=全1） 每个子网中至少有2个地址不可分配，（主机地址 = 全0，主机地址 = 全1） 借的位数越多，子网中主机数越少，而且划分子网后也会浪费一些IP地址，因 此子网划分既要考虑对子网数的实际需求，同时又要顾及地址空间的有效利用。 例：3个子网，需借3位，共有23-2 = 6个有效子网，每个子网中最多可有25-2 = 30台主机地址,xxx

24、 xxxxx,网络地址,C类地址,子网地址 主机地址,000 001 010 011 100 101 110 111,6个有效子网地址,子网地址1,子网地址2,子网地址3,11111111 11111111 11111111 111 00000,子网掩码,255.255.255.224 或用27个1表示,子网划分,子网划分,采用子网地址结构后，3个物理网段可以在同一个C类地址中进行IP地址分配 大大地提高了地址的利用率。,子网地址1=001 202.120.1.32/27,202.120.1.33,202.120.1.34,202.120.1.35,202.120.1.33,子网地址2=010

25、 202.120.1.64/27,202.120.1.65,202.120.1.66,202.120.1.67,202.120.1.97,子网地址3=011 202.120.1.96/27,202.120.1.98,202.120.1.99,路由器,掩码举例,举例：对于一个B类网络166.111.0.0而言，其网络掩码为：255. 255. 0. 0。 若在主机标识中取出5位作为子网地址位，则所有子网的子网掩码为255. 255. 248. 0。,Subnet Mask (子网掩码 ),IP 地 址,Network,Host,十 进 制 与 位 的 等 值,划分子网举例,例1： C类地址202

26、.112.58.0 中24位网络标识，8位主机标识。将主机标识中的前3位分离出来作为子网地址标识。则这个C类地址可以被分成23-2=6个子网 (全0和全1保留)，每个子网可以拥有25 -2 = 30台主机 (全0和全1 分别为子网网络地址和广播地址)。子网掩码都是255. 255. 255. 224 （即11111111. 11111111. 11111111. 11100000 ）。,划分子网举例,6个子网的网络地址为： 子网1： 202.112.58.00100000 = 202.112.58.32 子网2： 202.112.58.01000000 = 202.112.58.64 子网3：

27、 202.112.58.01100000 = 202.112.58.96 子网4： 202.112.58.10000000 = 202.112.58.128 子网5： 202.112.58.10100000 = 202.112.58.160 子网6： 202.112.58.11000000 = 202.112.58.192 主机的IP地址 “与” 网络/子网掩码 = 网络/子网地址。 逻辑运算“与” 0 “与” 1 = 0； 0 “与” 0 = 0 1 “与” 0 = 0； 1 “与” 1 = 1,掩码的使用,掩码的作用可以获取主机IP地址的网络地址信息，用于区分主机通信的不同情况，由此选择不

28、同的路径。路由器就是利用此技术得到网络/子网地址信息的。 练习：请判定例1 网络中，IP地址202.112. 58. 66 属于哪个子网。,练习答案： 202.112.58.66 “与” 255.255.255.224 = 202.112.58.64， 可知 202.112.58.66是子网 2 中的主机。 202.112.58.66 = 11001010. 01110000. 00111010. 01000010 与 255.255.255.224 = 11111111. 11111111. 11111111. 11100000 - 202.112.58.64 = 11001010. 011

29、10000. 00111010. 01000000,举例,网络A是一个C类网络202.112.58.0, 子网掩码255.255.255.224 。 设定 主机A的IP地址为202.112.58.01000001 = 202.112.58.65 主机B的IP地址为202.112.58.00100011 = 202.112.58.35 主机C的IP地址为202.112.58.01000010 = 202.112.58.66,举例,当主机A向主机C发送消息的时候，路由器1将目的地址202.112.58.66 “与” 255.255.255.224，后得到子网网络地址为202.112.58.64，得

30、知是同一个网络中主机的通信，不用转发。 当主机A向主机B发送消息的时候，路由器1将目的地址202.112.58.35 “与” 255.255.255.224，后得到子网网络地址为202.112.58.32，得知是不同子网间主机的通信，将这个信息转发到子网1。 当主机A向主机166.111.5.58发送消息时，路由器1将目的地址166.111.5.58 “与” 255.255.255.224，后得到网络地址166.111.5.32，得知是与本网络以外的主机的通信，将这个信息转发到网络166.111.0.0 。,子网计算小窍门,例子：一个主机的IP地址是202.112.14.137，掩码是255.

31、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。,子网计算小窍门,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25622432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16

32、0，因此可以得到广播地址为202.112.14.159。,广 播 (Broadcast)地 址,练 习 : 广 播 (Broadcast)地 址,地 址,类,子 网地址,广 播地址,201.222.10.60,255.255.255.248,子 网 掩 码,15.16.193.6,255.255.248.0,128.16.32.13,255.255.255.252,153.50.6.27,255.255.255.128,C,201.222.10.56,201.222.10.63,A,15.16.192.0,15.16.199.255,B,128.16.32.12,128.16.32.15,B,

33、153.50.6.0,153.50.6.127,子 网 (Subnet)例 子,Cisco A,Cisco B,E0,S0,E0,S0,T0,Cisco A,E0: 172.16.2.1 S0: 172.16.1.1,S0: 172.16.1.2 E0: 172.31.4.1 T0: 172.31.16.1,Cisco B,Mask,255.255.255.0,Subnet,172.16.2.0,172.16.1.0,Mask,Subnet,255.255.255.0,可变长子网掩码 (VLSM),所谓VLSM，即通过使用变长子网掩码（variable-length subnet mask, VLSM）,就可以对不同的子网用不同的子网掩码。 在IP地址划分过程中，根据不同子网主机数要求不同，可以对不同的子网采用不同的子网掩码。,下面来看一个VLSM的设计举例。在这个例子中，对网络寻址有如下的设置需求： 一个服务器群，需要300个IP地址 一个用户网段，需要200个IP地址 在两台路由器之间的一条串行链路，需要2个IP地址 与4台路由器互联的交换机网段，需要4个IP地