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第3章IP地址3.1IP地址3.2分类IP地址3.3特殊IP地址3.4私有网络地址3.5IP地址配置3.6子网及子网掩码3.7超网3.8无类地址3.1IP地址•地址是标识对象所处位置的标识符。传输中的信息带有源地址和目的地址，分别标识通信的源结点和目的结点。•不同的物理网络技术（底层网络技术）通常具有不同的地址结构和不同的地址长度。•在一个物理网络中，每个结点都至少有一个机器可识别的地址，该地址叫作物理地址。物理地址又称为硬件地址、MAC地址或第二层地址。•物理地址有两个特点：不一致性和不唯一性。在进行网络互联时首先要解决的问题是物理网络地址的统一问题。因特网在网络层（IP层）完成地址的统一工作，将不同物理网络的地址统一到具有全球惟一性的IP地址上，IP层所用到的地址叫作因特网地址，又叫IP地址。物理网络B地址物理网络A地址物理网络N地址互联网地址—IP地址……图3-1用IP地址统一物理网络地址网络接口层IP层因特网沿用了ARPANET的思想，仍然采用层次型地址。IP地址由网络号和主机号构成。表示为：IP-address::={Network-number,Host-number}网络号（Network-number）主机号（Host-number）网络标识(网络号)的长度决定整个因特网中能包含多少个网络。主机标识(主机号)的长度决定每个网络能容纳多少台主机。IPv4地址长度为32比特（IPv6规定地址长度为128比特）。IPv4的地址空间为232，4294967296个IP地址。IP地址一般用点分十进制数表示，也可以用二进制或十六进制表示。返回3.2分类IP地址传统的因特网采用分类地址。IP定义了五类IP地址：A类、B类、C类、D类和E类。A类：图3-3互联网IP地址类别0B类：10C类：110D类：1110E类：1111第一字节第二字节第三字节第四字节0～127第一字节取值128～191192～223224～239240～255网络号主机号1字节3字节2字节2字节3字节1字节各类网络所占因特网地址空间的比例如图3-4所示。A类图3-4互联网IP地址空间50%E类D类B类C类25%12.5%6.25%6.25%231230229228228A类地址第一个字节的最高位固定为0，另外7比特可变的网络号可以标识128个网络（0～127），0一般不用，127用作环回地址。主机号为全0时用于表示网络地址，主机号为全1时用于表示广播地址，这两个主机号不能用来标识主机。A类地址的第一个字节的取值范围为0～127。B类地址第一个字节的最高2比特固定为10。B类地址的第一个字节的取值范围为128～191。C类地址第一个字节的最高3比特固定为110。C类地址的第一个字节的取值范围为192～223。D类地址用于组播（multicasting），因此，D类地址又称为组播地址。D类地址的范围为224.0.0.0～239.255.255.255，每个地址对应一个组，发往某一组播地址的数据将被该组中的所有成员接收。D类地址的第一个字节的取值范围为224～239。有些D类地址已经分配用于特殊用途。E类地址为保留地址，可以用于实验目的。E类地址的范围:240.0.0.0～255.255.255.254，E类地址的第一个字节的取值范围为240～255。表3-1各类网络地址块的示例类别起始地址结束地址网络地址主机地址范围广播地址A类86.0.0.086.255.255.25586.0.0.086.0.0.1～86.255.255.25486.255.255.255B类188.6.0.0188.6.255.255188.6.0.0188.6.0.1～188.6.255.254188.6.255.255C类206.8.2.0206.8.2.255206.8.2.0206.8.2.1～206.8.2.254206.8.2.255每个网络都要占用两个IP地址，一个用于标识网络，一个用于网络广播。每个网络使用该网络地址块的起始地址作为网络地址，该地址仅作为网络的标识，主要用在网络路由中。网络地址块的结束地址被用作该网络的广播地址。在因特网的地址中包含了网络信息。当一个路由器或网关连到多个网络上时，每个网络都会给路由器或网关分配一个IP地址，每个地址对应于一个物理连接。因特网地址的本质是标识主机的网络连接。图3-5给出了多宿主设备的地址配置。图3-5IP地址标识网络连接路由器203.16.22.0203.16.21.0203.16.20.0多宿主主机203.16.20.1203.16.21.1203.16.22.1203.16.22.2203.16.21.2返回3.3特殊IP地址在IP地址中有些地址并不是用来标识主机的，这些地址具有特殊意义。特殊地址：网络地址直接广播地址有限广播地址本网络地址环回地址1．网络地址因特网上的每个网络都有一个IP地址，其主机号部分为“0”。网络地址的一般表达式为：{Network-number，Host-number}={Network-number，0}该地址用于标识网络，不能分配给主机，因此不能作为数据的源地址和目的地址。2．直接广播地址直接广播向某个网络上所有的主机发送报文。TCP/IP规定，主机号各位全部为“1”的IP地址用于广播，叫作广播地址。直接广播地址的一般表达式为：{Network-number，Host-number}={Network-number,-1}这里的“-1”表示全“1”。直接广播地址只能作为目的地址。3．受限广播地址受限广播地址是在本网络内部进行广播的一种广播地址。TCP/IP规定，32比特全为“1”的IP地址用于本网络内的广播。受限广播地址的一般表达式为：{Network-number，Host-umber}={-1,-1}其点分十进制表示为：255.255.255.255。受限广播地址只能作为目的地址。路由器隔离受限广播，因特网不支持全网络范围的广播。4．本网络地址本网络特定主机地址的一般表达式为：{Network-number，Host-number}={0,Hostnumber}本网络特定主机地址只能作为目的地址。本网络本主机地址的一般表达式为：{Network-number，Host-number}={0,0}本网络本主机地址的点分十进制表示为：0.0.0.0。本网络本主机地址只能作为源地址。5．环回地址环回地址（LoopbackAddress）是用于网络软件测试以及本机进程之间通信的特殊地址。A类网络地址127.X.X.X被用作环回地址。环回地址的一般表达式为：{Network-number，Host-number}={127,any}习惯上采用127.0.0.1作为环回地址，命名为localhost。环回接口对IP数据报的处理过程如图3-6所示。图3-6环回接口对IP数据报的处理IP输出函数IP输入函数放入IP输入队列根据帧类型进行分用地址解析目的IP地址是广播地址/组播地址？是目的IP地址与本接口的IP地址相同？否是否目的IP地址是环回地址？否是返回3.4私有网络地址•因特网地址分配机构为私有网络保留了三组IP地址（RFC1918），任何位于防火墙和代理服务器后面的私有网络都可以使用这三组地址。这三组保留地址如下：A类：10.0.0.0～10.255.255.255B类：172.16.0.0～172.31.255.255C类：192.168.0.0～192.168.255.255•节省大量的IP地址，缓解IP地址不足的问题。•借助于代理服务器的网络地址转换（NAT）功能，隐藏私有网络的地址框架，保证私有网络的安全。返回3.5IP地址配置•为了确保网络上的主机能够正常工作，在为主机配置IP地址时，应遵守以下原则：同一物理网络上的所有主机应该采用相同的网络号；在一个网络中主机号必须是惟一的；主机号不能为全“1”(主机号为全“1”是广播地址)；主机号不能为全“0”(主机号为全“0”表示网络)；因特网上的网络号必须是惟一的；网络号不能为全“1”；网络号不能为全“0”(“0”表示一个本地网)；网络号不能以127开头(127是环回地址)。返回3.6子网及子网掩码一个标准的A类、B类和C类网络可以进一步划分为子网。子网划分技术能够使单块网络地址横跨几个物理网络，这样路由器所连接的多个物理网络可以是同属于一个网络的不同子网。划分子网的原因：（1）有效地利用地址空间。（2）便于进行管理。（3）可以隔离广播和通信，减少网络拥塞。（4）出于安全方面的考虑。（5）由于历史的原因和应用的需要。•划分子网的方法是将IP地址的主机号部分划分成两部分，拿出一部分来标识子网，另一部分仍然作为主机号。带子网标识的IP地址结构如图3-9所示。•划分后IP地址由三部分组成：网络号、子网号以及主机号。因此，IP地址可以表示为：IP-address::={Network-number，Subnet-number，Host-number}网络号（Network-number）图3-9带子网的IP地址结构主机号（Host-number）子网号（Subnet-number）网络号（Network-number）主机号（Host-number）•在划分子网后，我们如何知道网络号、子网号以及主机号的长度呢？为此，TCP/IP采用了子网掩码。•子网掩码是一个32位的二进制数字，指定了子网标识和主机号的分界点。子网掩码中对应于网络号和子网号的所有比特都被设为1，而对应于主机号的所有比特都被设为0。TCP/IP协议使用子网掩码判断目的主机是位于本地子网，还是位于远程子网。•获得子网地址的方法是将子网掩码和IP地址进行按位“与”运算。•究竟拿出多少比特作为子网号来标识子网，取决于子网的数量和子网的规模。•各类网络的主机号的比特数用p表示，如果从p比特主机号中拿出m比特来划分子网，则剩下n=p-m比特用于标识主机。•m比特可以标识2m个子网，但一般不建议使用m比特子网号为全“0”和全“1”的子网，原因是有些路由协议并不同时发布网络地址和子网掩码。这样，m比特实际可以划分2m-2个可用的子网。•n比特可以标识2n台主机，但n比特为全“0”时用于标识子网，为全“1”时用于表示子网广播地址。这样，n比特主机号实际可以标识2n-2台主机。通常规划一个网络时划分子网的步骤如下：（1）确定需要多少个子网号来惟一标识每一个子网。（2）确定需要多少个主机号来标识每个物理网络(子网)上的每台主机。（3）综合考虑子网数和子网中的主机数后，确定一个符合要求的子网掩码。（4）确定标识每个子网的网络号。（5）确定每个子网上可以使用的主机号的范围。•例：假设已经得到一个B类网络地址160.46.0.0。要求把整个网络划分成18个不同的子网，该网络的最大的段要求1800个可供主机寻址的地址。想要提供18个子网，必须占用主机地址的5比特。除去子网号为全“0”和全“1”的子网外，5比特可以提供30个可用的子网（25-2=30）。这样，子网掩码为：255.255.248.0。每个子网可以容纳的主机数为211-2=2046，可以满足要求。表3-3给出了各个子网的地址、子网中主机IP地址的范围以及子网的直接广播地址。表3-3160.46.0.0的32个子网划分子网地址开始地址结束地址广播地址160.46.0.0n/an/an/a160.46.8.0160.46.8.1160.46.15.254160.46.15.255160.46.16.0160.46.16.1160.46.23.254160.46.23.255160.46.24.0160.46.24.1160.46.31.254160.46.31.255160.46.32.0160.46.32.1160.46.39.254160.46.39.255…………160.46.240.0160.46.240.1160.46.247.254160.46.247