計算機三級網絡技術（3）

IP地址分類及子網划分

1. 標准分類的IP地址

• 常用的A類、B類、C類采用包括“網絡號-主機號”的兩級的層次結構。

IP地址：：={<網絡號>，<主機號}

• IPv4的地址長度是32bit，用點分十進制表示，如x.x.x.x的格式。其中每個x為8bit，取值范圍00000000-11111111，對應的十進制取值范圍是0-255。
  
  

每個網絡中“全0″和“全1”的主機號的地址有特殊用途，所以是需要去除的。

2. 特殊地址形式

特殊的IP地址包括：受限廣播地址、直接廣播地址、“這個網絡上的特定主機”地址與回送地址。

（1）受限廣播地址。

受限廣播地址又稱有限廣播地址，該地址形式唯一，即：32位全為1的地址（255.255.255.255）。此地址用來將一個分組以廣播方式發送給本網絡中的所有主機（本網內成員向全網廣播）。

（2）直接廣播地址

直接廣播地址的形式是一個有效的網絡號和一個全1的主機號，用來使路由器將一個來自其他網絡的分組以廣播方式發送給特定網絡上的所有主機。

在地址計算中：直接廣播地址是IP地址網絡號不變，主機號全為1的地址。

（3）“這個網絡上的特定主機”地址——主機號

“這個網絡上的特定主機”地址用於同一網絡內部某個主機或某個路由器向另一個主機發送分組。

“這個網絡上的特定主機”地址的形式為一個全的網絡號和一個確定的主機號。

在IP地址計算中:主機號是IP地址網絡號全為0，主機號不變的地址。

（4）回送地址

A類IP地址中的127.0.0.0是一個保留地址，它即回送地址。用於網絡軟件測試和本地進程間通信使用。

3. 子網掩碼

（1）地址結構

標准的A類、B類與C類IP地址都是網絡號與主機號兩級層次結構。

IP地址：：={<網絡號>，<主機號>}

子網采用網絡號-子網號-主機號的三層IP地址結構。

IP地址：：={<網絡號>，<子網號>，<主機號>}

從主機號借用若干個位作為子網號 subnet-id，而主機號 host-id也就相應減咸少了若干個位。

（2）概念

子網掩碼主要是用來區分IP地址中的網絡號（網絡號+子網號）和主機號的。

子網掩碼的結構與形式跟IP地址一樣，也由32位的二進制數組成，用點分十進制法表示。

子網掩碼與P地址的對應關系是，IP地址中網絡號所在的位對應的子網掩碼中的相應位為1，IP地址中主機號所在的位對應的子網掩碼中的相應位為0。

注意：IP地址中網絡號和主機號是由子網撞碼來確定的，子網掩碼二進制表示中全為1則對應IP地址位段的是網絡號，全為0則對應IP地址位段的是主機號。

IP地址（194.192.2.129）

子網掩碼（255.255.255.224）

子網掩碼為255.255.255.24，該P地址所在的網絡的網絡號為194.192.2.128。

IP地址和子網掩碼進行按位與運算可以得到網絡地址（網絡號）。

補充內容：

子網內第一個可用的P地址：

子網內第一個可用的P地址是子網號（網絡地址）后的第一個地址，例如網絡地址為194.55.128.0，則子網內第一個可用的IP地址為194.55.128.1；

子網內最后一個可用的P地址：

子網內最后一個可用的P地址是直接廣播地址前一個地址，例如直接廣播地址為194.55.191.255，則子網內最后一個可用的IP地址為194.55.191.254。

例如：

【1】地址類別為A類。

【2】求解網絡地址，只需要將IP地址和子網掩碼全部轉換成二進制，然后按位進行與運算，即可得到網絡地址。

125.176.21.9：01111101.10110000.00010101.00001001

255.224.00.0：11111111.11100000.00000000.00000000

與運算后得:011101010000000

轉換成十進制為125.160.0.0。

【3】直接廣播地址是IP地址網絡位不變，主機位置為1的地址。

255.224.0.0：11111111.11100000.00000000.00000000

本題中P地址前11位是網絡位，后21位是主機位，將IP地址中后21位全部置為1，得：

01111101.10111111.111111111.11111111，轉換成十進制為125.191.255.255。

【4】主機號是IP地址網絡位置為0，主機位不變的地址。本題中IP地址前11位是網絡位，后21位是主機位，將地址中前11位

全部置為0，得：00000000.00010000.00010101.00001001，轉換成十進制為0.16.21.9。

【5】子網內的第一個可用的IP地址是網絡地址的后一個地址。本題中網絡地址為125.160.0.0，求得子網內的第一個可用的IP地址是125.160.0.1。

4. 子網划分

（1）判斷客戶需求的網絡數與主機數。

（2）配置滿足需求的基本網絡地址結構。

（3）配置地址掩碼。

（4）配置網絡地址。

（5）配置網絡廣播地址。

（6）配置網絡的主機地址。

• 規划子網地址的基本步驟

①確定要划分的子網數；

②求出子網數目對應二進制數的位數N以及主機數目對應二進制數的位數M；

③在該IP地址的原子網掩碼基礎上，將其主機地址部分的前N位置取1和后M位置取0，即得出該IP地址划分子網后的子網掩碼。

• 規划子網地址的基本思想

熟記2的冪：1，2，4，8，16，32，64，128，256

通過划分子網可以將一個網絡划分成若干個小網絡以滿足內部不同部門的需要，而從外部來看仍然像一個網絡一樣。划分子網既優化了網絡性能又提高了網絡管理的效率。

• 划分子網的基本方法

你選擇的子網掩碼將會產生多少個子網？2的N次方-2（N代表網絡位借用主機的位數，減2因為全0全1不分配）。

每個子網能有多少主機？2的M次方-2（M代表主機位，減2因為全0全1不分配）。

每個子網的網絡地址：主機位全為0。

每個子網的廣播地址：主機位全為1。

例如：

如果將58.45.59.128/25（/25代表子網掩碼）划分3個子網，其中第一個子網能容納48台主機，另外兩個子網分別能容納29台主機，請寫出所有子網掩碼及可用的IP地址段。（注：請按子網順序號分配網絡地址）

第一個子網能容納48台主機，加上網絡號、廣播地址則至少需要50個IP地址，其主機號長度應該占6位（2⁶=64>50）則子網號占32-6=26位。因此第一個子網的子網掩碼為255.255.255.192或/26。

第二個子網能容納29台主機，加上網絡號、廣播地址則至少需要31個IP地址，其主機號長度應該占位（2⁵=32>31）則子網號占32-5=27位。因此第二個子網的子網掩碼為255.255.255.224或/27。

第三個子網能容納29台主機，加上網絡號、廣播地址則至少需要31個IP地址，其主機號長度應該占位（2⁵=32>31）則子網號占32-5=27位。因此第二個子網的子網掩碼為255.255.255.224或/27。

子網第一個可用的地址是子網號后第一個地址。

第一個子網的網絡前綴是/26，58.45.59.128=58.45.59.10000000

第一個可用的I地址即為58.45.59.1000001=58.45.59.129

最后一個可用IP地址即為58.45.59.10111110=5845.59.190

故子網一可用的地址范圍為58.45.59.129-58.45.59.190

本題中IP地址連續分配，第一個子網可用的地址范圍為58.45.59.10000000-58.45.59.10111110

故第二個子網可用的IP地址從58.45.59.11000001=58.45.59.193開始

又由於網絡前綴為/27，故第二個子網的最后一個可用IP地址為58.45.59.11011110=58.45.59.222

故子網二可用的地址范圍為58.45.59.193-58.45.59.222

本題中IP地址連續分配，第二個子網可用的地址范圍為58.45.59.11000001-58.45.59.11011110

故第三個子網可用的P地址從58.45.59.11100001=58.45.59.225開始。

又由於網絡前綴為/27，故第三個子網的最后一個可用IP地址為58.45.59.11111110=58.45.59.254

故子網三可用的地址范圍為58.45.59.225-58.45.59.254

無類域間路由技術（CIDR）

無類域間路由的設計思想是：不按標准的地址分類規則分配剩余的IP地址，而是以可變大小的塊方法進行分配。

• 消除了傳統的A類、B類和C類地址以及划分子網的概念，可以更加有效地分配IPv4地址空間。

• 使用各種長度的“網絡前綴”來代替分類地址中的網絡號和子網號。

IP地址：：={<網絡前綴>，<主機號>}

• 使用“斜線記法”，又稱CIDR記法，即在IP地址后面加上一個斜線“/“，然后寫上網絡前綴所占的位數（對應於三級編址中子網掩碼中1的個數）。
  

CIDR把網絡前綴都相同的連續的P地址組成一個CIDR地址塊。

128.14.32.0/20共有2¹²個地址

起始地址是128.14.32.0

最小地址是128.14.32.0

最大地址是128.14.47.255

全0和全1的主機號地址一般不使用。

注意：n個子網聚合時，相同子網掩碼的可以進行與運算，可用IP地址數仍然為主機數-2，相當於省了n-1個全0和n-1個全1的地址，如果有不同的子網掩碼，那么會有全0和全1的地址無法合並，主機數-2后與之前的地址作和。

NAT工作原理

1. NAT的基本概念

NAT（網絡地址轉換）技術是解決IP地址短缺問題，可以實現將內部網絡專用的IP地址可以轉換為用於訪問外網的全局地址；

2. NAT的工作原理

如果內部網絡地址為10.0.1.2的主機希望訪問Internet地址為153.3.11.1的web服務器，則產生一個分組①，源地址S=10.0.12，端口號為2322；目的地址D=153.3.11.1，端口號為80。當分組①到達執行網絡地址轉換功能的路由器時，分組①的源地址經NAT轉換表從內部專用地址轉換成可以在外部Interet上路由的全局IP地址，這時轉換結果構成分組②，記為“S=213.0.11.1，2002，D=153.3.11.1，80“。

IPv6地址的特點

1. IPv6地址表示方法

• 用二進制格式表示128位的一個IPv6地址。

• 將這個128位的地址按每16位為一個位段，划分為8個位段。

• 將每個位段轉換成十六進制數，並用冒號隔開。

68E6: 8C64: FFFF: FFFF: 0: 1180: 960A: FFFF

• 若某個IPv6地址中出現多個連續的二進制數0，可以通過壓縮某個位段中的前導0來簡化IPv6地址的表示。例如，“002F“可以簡寫為“2F”。

• 如果某個IPv6地址中包含了一長串0，在以冒號十六進制表示法表示時，可以將連續的位段值都為0的地方簡寫為“：：”，稱為雙冒號表示法。

FFO5：0：0：0：0：0：0：B3可以寫成:FF05：：B3

2. IPv6地址表示注意事項

• 使用零壓縮法時，只能壓縮前導0，不能把位段內的有效0壓縮掉。

例如，不能將AC04：A0：0：0：0：0：0：5簡寫為AC4：A：：5

• 雙冒號“：：”在一個地址中只能出現一次。

例如，地址0：0：0：5BC：79：0：0：0，一種簡化的表示法是：：5BC：79：0：0：0，另一種表示法是0：0：0：5BC：79：：，但不可寫作：：5BC：79：

確定“：：”之間到底被壓縮了多少位0，可以用8減掉地址中剩余的位段數，再將結果乘以16即可。

例如，在地址ABC6：2F：：9：7中有4個位段（ABC6、2F、9和7），可以根據公式計算:（8-4）*16=64，那么雙冒號之間就表示有64位的二進制數字0被壓縮。

• IPv6前綴問題

IPv6不支持子網掩碼，只支持前綴長度表示法。前綴是IPv6地址的一部分，用作IPv6路由或子網標識。前綴的表示方法與IPv4中的CIDR表示方法基本類似。IPV6前綴可以用“地址/前綴長度”來表示。例如，FABC：：27：0：8/48、3CFA：2B：0：91：43：：/64