計算機網絡中的IP地址、子網掩碼以及網絡號、主機號詳解及示例


一、IP地址

根據TCP/IP協議,連接網絡上的每個設備都必須有一個IP地址,它是一個32位的二進制數,可以用十進制數字形式屬性,每8個二進制位為一組,用一個十進制數字來表示(即0~255的范圍),可以把IP地址理解為網絡上的一個電話號碼,例如 192.168.1.1 

IP地址

 

 

 二、子網掩碼

子網掩碼又叫網絡掩碼、子網絡遮罩,它是用來知名IP地址哪些位標識的是主機所在子網(網絡號),以及哪些位標識的是主機的位掩碼(主機號)。

主機號的多少決定了一個子網中能使用的ip地址多少。
例如:主機號有6位,那么在該網絡段中,最多只能有2^6-2=62台主機。
網絡號是一個32位二進制掩碼中,連續為1的位數,
比如,在1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 000中,
網絡號為24位,可以用 /24 表示,相當於255.255.255.0.。
再例如,在1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 0000中,
網絡號為26位,可以用 /26 表示,相當於255.255.255.192

子網掩碼單獨存在沒有意義,它必須結合IP地址一起使用,它只有一個作用,就是把某個IP地址划分為網絡地址和主機地址兩部分。子網掩碼長度有32位,用來屏蔽IP地址的一部分以區別網絡標識和主機標識,並說明該IP地址是同局域網(網絡ID相同稱之為本地網絡局域網,通信不需要路由器轉發,反之為遠程網絡)上,還是在遠程網上。通過子網掩碼可以判斷兩個IP在不在一個局域網內部。

對於一個C類地址,用十進制來說,它被認定為前3組為網絡地址,最后1組為主機地址,一個沒划分子網的C類地址,默認有254個可使用地址(去掉第一個全為0的網絡地址和最后一個全為1的廣播地址),例如 192.168.1.0~192.168.1.255。默認的子網掩碼是 /24 相當於 255.255.255.0,用二進制表示為1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000

三、IP地址、子網掩碼、網絡地址、主機地址的關聯

IP地址 = 網絡地址 + 主機地址

網絡地址 = 二進制IP地址和二進制子網掩碼的運算結果

應用示例:

1、按照子網掩碼分割網絡號和主機號

例子網掩碼為:255.255.255.224,Ip地址為202.112.14.137首先將其轉化為二進制

11111111 11111111 11111111 11100000

可知其網絡號27位,主機號5位,2的5次方等於32,可以得到這個子網中可以使用的IP地址為32個。

然后將IP地址轉換為二進制格式11001010 01110000 000011110 10001001

然后將子網掩碼與IP地址進行與運算(00->0,01->0,11->1,10->0)可得

11001010 01110000 00001110 10000000則可得其網絡號為202.112.14.128

2、子網划分與連通測試

一個局域網中,使用交換機連接了4台計算機,它們的網絡參數配置如圖:

 

 

 

(1) 對四個IP地址進行分析,哪些地址位於同一個子網,哪些地址網絡地址相同,但是子網掩碼不同。

因 網絡地址=將IP地址轉成二進制和子網掩碼進行與運算所得,可得下表:

  IP 子網掩碼 網絡地址
A 210.100.1.10 255.255.255.128 210.100.1.0
B 210.100.1.131 255.255.255.128 210.100.1.128
C

210.100.1.20

255.255.255.0 210.100.1.0
D 210.100.1.145 255.255.255.0 210.100.1.0

 

 

 

 

 

 

 

可以看出,主機A、C、D的IP地址在同一子網中,主機A、C所在的網絡地址相同,子網掩碼不同。

(2) 主機互ping,列出結果,分析原因。

測試主機 A B C D
A 不通
B 不通 不通
C 不通
D

 

 

 

 

 

 

網絡間通信時,A、B、C、D之間分別發送數據,如需確定是否在同一網絡,則用某台主機的網絡號與另一台主機的子網掩碼進行與運算,觀察網絡號與與運算的結果是否相同。

例:當B向A發送數據的時候,將B的子網掩碼與A的IP地址進行與運算可得結果210.100.1.0 此時,A認為B不與自己在一個網絡中,故此時將數據轉發給網關,同理可得,當B、C互Ping時,不通。有如B向D發送數據時,將B的子網掩碼與D的IP地址進行與運算,得210.100.1.128,與B的網絡地址是一致的,此時即認為B與D在同一個網絡中,可以互相Ping通,其他同理可得。

3、計算子網數的方法

   把子網掩碼化成2進制看有多少個1,把該進制中1的個數減去第一步所得出的位數,即為子網位數。

如果子網位數為n,則從理論是講可以划分出2n個子網。

   子網個數就是等於2的子網位數次方個。比如,子網位數是4位,所以子網個數就是:2的4次方=16個子網。(有些是不能用第一個子網和最后一個子網的)

   例如,一個C段地址的掩碼是 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 0000  子網位數為|24-26|=2 , 子網個數為2的2次方等於4個子網。

   所以,如果你要在一個C段地址中划分5個子網,那就只能把子網位數設置成3,掩碼地址為 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 0000  ,子網位數為|24-27|=3

四、網關

  網關(Gateway)又稱網間連接器、協議轉換器。網關在網絡層以上實現網絡互連,是最復雜的網絡互連設備,僅用於兩個高層協議不同的網絡互連。網關既可以用於廣域網互連,也可以用於局域網互連。 網關是一種充當轉換重任的計算機系統或設備。使用在不同的通信協議、數據格式或語言,甚至體系結構完全不同的兩種系統之間,網關是一個翻譯器。與網橋只是簡單地傳達信息不同,網關對收到的信息要重新打包,以適應目的系統的需求。同層–應用層。網關實質上是一個網絡通向其他網絡的IP地址。

五、示例

某縣局辦公樓共有四層,為了做好局域網地址規划,該局信息中心王工計划為辦公樓每一層分配一段IP地址,假設該局可用地址是172.56.16.0/24,請協助王工做好地址分配工作。

1.請為四個網段,每一層的掩碼最合理的是()

A.255.255.255.0

B.255.255.255.128

C.255.255.255.192

D.255.255.255.222

解析,要划分為4個子網,因為子網個數就是等於2的子網位數次方個。所以子網位數可以使用2,也就是掩碼為1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 0000 轉換為十進制是255.255.255.255.192

 

2.每一層可供分配的主機地址有多少()

A.252

B.126

C.62

D.30

解析,主機號的多少決定了一個子網中能使用的ip地址多少。本例中,掩碼為 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 0000  網絡號為26位,主機號6位,那么在該網絡段中,最多只能有2^6-2=62台主機,減去2台是因為每個網絡中第一個主機位全為0的地址是網絡地址,最后一個全為1的是廣播地址,不能使用。

 

3.能夠與主機172.56.16.16直接通信的是()

A.172.56.16.33

B.172.56.16.77

C.172.56.16.160

D.172.56.16.222

解析,直接看就是16和32都在第一個子網62個地址中,所以必定能通信。計算可以用本方IP和對方掩碼的二進制運算,可以得到和自己相同同的網絡號。

172.56.16.33轉換為二進制 

1010 1100 0011 1000 0001 0000 0010 0001

255.255.255.255.192

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 0000

運算后

10101100 00111000 00010000 00000000

轉換為十進制 172.56.16.0 和172.56.16.16的網絡號相同。

網絡號(網絡地址) 用子網掩碼和IP地址運算得到。

 

 

4.路由表中路由表項包括()

A.目的網絡和到達該網絡的完整路徑

B目的主機和到達該目的主機的完整路徑

C.目的網絡和到達該目的網絡下一跳路由器的IP地址

D.目的網絡和到達該目的網絡下一跳路由器的MAC地址

 

                    目標地址段      掩碼       下一跳路由器IP(網關)

route-static 172.56.17.0    0.0.0.0     172.56.16.1         

 

5.那么四層辦公樓地址塊經過聚合后的地址是()

A.172.56.16.0/24

B.172.56.16.0/25

C.172.56.16.0/26

D.172.56.16.0/27

四個子網的地址為 172.56.16.0/26 172.56.16.64/26 172.56.16.128/26 172.56.16.192/26

IP地址聚合,就是把兩個小網絡合並為一個大網絡,主要是通過修改子網位實現。通俗點說就是合為一個網段。要計算IP地址聚合后的地址,其實就是比較幾個IP的網絡前綴,相同的部分有多少位,這多少位就是聚合后的IP,子網掩碼就是把相同的網絡前綴變為1,剩下的為0,算出十進制就可以了。

最后一組都換算成二進制

這個IP聚合算不出答案。


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