IP地址与子网划分

3.3.2IP地址1．IP地址的结构和分类根据TCP/IP协议，连接在Internet上的每个设备都必须有一个IP地址，它是一个32位的二进制数，可以用十进制数字形式书写，每8个二进制位为一组，用一个十进制数来表示，即0～255。每组之间用“.”隔开，例如176.16.122.204。IPv4地址IP地址的表示：将IP地址中网络位和主机位固定下来后，IP地址被分成了不同的几类：A类、B类、C类、D类和E类网络号主机号32比特的二进制数17216122204每8比特表示成一个十进制数101011000001000001111010110011001286432168421IPv4地址的分类0NNNNNNNHostHostHost1891617242532A类：B类：10NNNNNNNetworkHostHost（1~126）（128~191）C类：110NNNNNNetworkNetworkHost（192~223）D类：1110MMMM多播组多播组多播组（224~239）E类：11110RRR保留保留保留（240~255）IPv4地址的分类IP地址类型第一字节十进制范围二进制固定最高位二进制网络位二进制主机位A类0~12708位24位B类128~1911016位16位C类192~22311024位8位D类224~2391110组播使用E类240~25511110保留试验使用2．特殊IP地址①网络地址。网络地址用于表示网络本身。具有正常的网络号部分，而主机号部分为全“0”的IP地址称为网络地址。如129.5.0.0就是一个B类网络地址。②广播地址。广播地址用于向网络中的所有设备进行广播。具有正常的网络号部分，而主机号部分为全“1”(即255)的IP地址称为直接广播地址。如129.5.255.255就是一个B类的直接广播地址。32位全为“1”(即255.255.255.255)的IP地址称为有限广播地址，用于本网广播。③回送地址。网络地址不能以十进制的127作为开头，在地址中数字127保留给系统作诊断用，称为回送地址。如127.0.0.1用于回路测试。④私有地址。只能在局域网中使用、不能在Internet上使用的IP地址称为私有IP地址，私有IP地址有：10.0.0.0～10.255.255.255，表示1个A类地址。172.16.0.0～172.31.255.255，表示16个B类地址。192.168.0.0～192.168.255.255，表示256个C类地址。0.0.0.0指己经不是真正意义上的IP地址.它表示的是所有不清主机和目的网络.这里的不清楚是指在本机的路由表里没有特定条目指明如何到达.3．子网掩码子网掩码用于识别IP地址中的网络地址和主机地址。子网掩码也是32位二进制数字，在子网掩码中，对应于网络地址部分用“1”表示，主机地址部分用“0”表示。还可以用网络前缀法表示子网掩码，即“/网络地址位数”，如138.96.0.0/16表示B类网络138.96.0.0的子网掩码为255.255.0.0。net-id(24位)net-id(8位)host-id(24位)net-id(16位)网络地址A类地址默认子网掩码255.0.0.0网络地址B类地址默认子网掩码255.255.0.0网络地址C类地址默认子网掩码255.255.255.0111111111111111111111111000000000000000000000000111111111111111100000000000000001111111100000000host-id(8位)host-id(16位)3.3.3子网划分子网划分是通过借用IP地址的若干位主机位来充当子网地址从而将原网络划分为若干子网而实现的。1．子网划分的步骤子网划分的步骤为：①确定要划分的子网数目以及每个子网的主机数目。②求出子网数目对应二进制数的位数N及主机数目对应二进制数的位数M。③对该IP地址的原子网掩码，将其主机地址部分的前N位置1(其余全置0)或后M位置0(其余全置1)即得出该IP地址划分子网后的子网掩码。例：给C类网络211.168.10.0划分5个子网，因为22-2523-2,所以需要3位子网号，主机号为8-3=5位。子网掩码为255.255.255.224。每个子网可容纳25-2=30台主机。2．划分子网时的注意事项①在划分子网时，不仅要考虑目前需要，还应了解将来需要多少子网和主机。子网掩码使用较多的主机位，可以得到更多的子网，节约了IP地址资源，若将来需要更多子网时，不用再重新分配IP地址，但每个子网的主机数量有限；反之，子网掩码使用较少的主机位，每个子网的主机数量允许有更大的增长，但可用子网数量有限。②一般来说，一个网络中的节点数太多，网络会因为广播通信而饱和。所以，网络中的主机数量的增长是有限的，也就是说，在条件允许的情况下，应将更多的主机位用于子网位。3．划分子网的优点划分子网具有以下优点：①减少网络流量。②提高网络性能。③简化管理。④易于扩大地理范围。3.3.4IP数据报格式IP数据报分为两大部分：报文头和数据区，其中报文头仅仅是正确传输高层(即传输层)数据而增加的控制信息，数据区包括高层需要传输的数据。(1)版本。占4位，指IP协议版本号(一般是4，即IPv4)，不同IP版本规定的数据格式不同。(2)报头长度。占4位，指数据报报头的长度。以32位(即4个字节)为单位，当报头中无可选项时，报头的基本长度为5(即20个字节)。(3)服务类型。占8位，包括一个3位长度的优先级，4个标志位D(延迟)、T(吞吐量)、R(可靠性)和C(代价)，另外一位未用。(4)总长度。占16位，数据报的总长度，包括头部和数据，以字节为单位。(5)标识。占16位，源主机赋予IP数据报的标识符，目的主机利用此标识判断此分片属于哪个数据报，以便重组。(6)标志。占3位，告诉目的主机该数据报是否已经分片，是否是最后的分片。(7)片偏移。占13位，本片数据在初始IP数据报中的位置，以8字节为单位。(8)生存时间(TTL)。占8位，设计一个计数器，当计数器值为0时，数据报被删除，避免循环发送。(9)协议。占8位，指示传输层所采用的协议，如TCP、UDP等。(10)首部校验和。占16位，只校验数据报的报头，不包括数据部分。(11)IP地址。各占32位的源地址和目的地址分别表示数据报发送者和接收者的IP地址，在整个数据报传输过程中，此两字段的值一直保持不变。(12)可选字段(选项)。主要用于控制和测试两大目的。在使用选项的过程中，如果造成IP数据报的报头不是32位的整数倍，这时需要使用“填充”字段凑齐。IP选项主要有以下三个选项。①源路由。指IP数据报穿越互联网所经过的路径是由源主机指定。包括严格路由选项和松散路由选项。严格路由选项规定IP数据报要经过路径上的每一个路由器，相邻的路由器之间不能有中间路由器，并经过的路由器的顺序不能改变。松散路由选项给出数据报必须要经过的路由器列表，并且要求按照列表中的顺序前进，但是，在途中也允许经过其他的路由器。②记录路由。记录IP数据报从源主机到目的主机所经过的路径上各个路由器的IP地址。③时间戳。记录IP数据报经过每一个路由器时的时间。3.3.5IPv6协议1．IPv6的优点与IPv4相比，IPv6主要有以下的优点：①超大的地址空间。IPv6将IP地址从32位增加到128位，所包含的地址数目高达2128≈1040个地址。如果所有地址平均散布在整个地球表面，大约每平方米有1024个地址，远远超过了地球上的人数。②更好的首部格式。IPv6采用了新的首部格式，将选项与基本首部分开，并将选项插入到首部与上层数据之间。首部具有固定的40字节的长度，简化和加速了路由选择的过程。③增加了新的选项。IPv6有一些新的选项可以实现附加的功能。④允许扩充。留有充分的备用地址空间和选项空间，当有新的技术或应用需要时允许协议进行扩充。⑤支持资源分配。在IPv6中删除了IPv4中的服务类型，但增加了流标记字段，可用来标识特定的用户数据流或通信量类型，以支持实时音频和视频等需实时通信的通信量。⑥增加了安全性考虑。扩展了对认证、数据一致性和数据保密的支持。2．IPv6地址(1)IPv6的地址表示IPv6地址采用128位二进制数，其表示格式有：①首选格式：按16位一组，每组转换为4位十六进制数，并用冒号隔开。如：21DA:0000:0000:0000:02AA:000F:FE08:9C5A②压缩表示：一组中的前导0可以不写；在有多个0连续出现时，可以用一对冒号取代，且只能取代一次。如上面地址可表示为：21DA:0:0:0:2AA:F:FE08:9C5A或21DA::2AA:F:FE08:9C5A③内嵌IPv4地址的IPv6地址。为了从IPv4平稳过渡到IPv6，IPv6引入一种特殊的格式，即在IPv4地址前置96个0，保留十进制点分格式，如::192.168.0.1。(2)IPv6掩码与无类域间路由(CIDR)类似，IPv6掩码采用前缀表示法，即表示成：IPv6地址/前缀长度，如21DA::2AA:F:FE08:9C5A/64。(3)IPv6地址类型IPv6地址有3种类型，即单播、组播和任播。IPv6取消了广播类型。①单播地址。单播地址是点对点通信时使用的地址，该地址仅标识一个接口。②组播地址。组播地址(前8位均为“1”)表示主机组，它标识一组网络接口，发送给组播的分组必须交付到该组中的所有成员。③任播地址。任播地址也表示主机组，但它标识属于同一个系统的一组网络接口(通常属于不同的结点)，路由器会将目的地址是任播地址的数据包发送给距离本地路由器最近的一个网络接口。如移动用户上网就需要因地理位置的不同，而接入离用户距离最近的一个接收站，这样才可以使移动用户在地理位置上不受太多的限制。当一个单播地址被分配给多于1个的接口时，就属于任播地址。任播地址从单播地址中分配，使用单播地址的任何格式，从语法上任播地址与单播地址没有任何区别。(4)特殊IPv6地址当所有128位都为“0”时(即0:0:0:0:0:0:0:0)，如果不知道主机自己的地址，在发送查询报文时用做源地址。注意该地址不能用做目的地址。当前127位为“0”，而第128位为“1”时(即0:0:0:0:0:0:0:1)，作为回送地址使用。当前96位为“0”，而最后32位为IPv4地址时，用做在IPv4向IPv6过渡期两者兼容时使用的内嵌IPv4地址的IPv6地址。IPv6数据报格式3．IPv6的数据报格式IPv6的数据报由一个IPv6的基本报头、多个扩展报头和一个高层协议数据单元组成。基本报头长度为40个字节。一些可选的内容放在扩展报头中实现，此种设计方法可提高数据报的处理效率。IPv6数据报格式对IPv4不向下兼容。IPv6数据报格式IPv6数据报的主要字段有：(1)版本。占4位，取值为6，意思是IPv6协议。(2)通信流类别。占8位，表示IPv6的数据报类型或优先级，以提供区分服务。(3)流标签。占20位，用来标识这个IP数据报属于源节点和目标节点之间的一个特定数据报序列。流是指从某个源节点向目标节点发送的分组群中，源结点要求中间路由器作特殊处理的分组。(4)有效载荷长度。占16位，是指除基本报头外的数据，包含扩展报头和高层数据。(5)下一个报头。占8位，如果存在扩展报头，该字段的值指明下一个扩展报头的类型；如果无扩展报头，该字段的值指明高层数据的类型，如TCP(6)、UDP(17)等。(6)跳数限制。占8位，指IP数据报丢弃之前可以被路由器转发的次数。(7)源地址。占128位，指发送方的IPv6地址。(8)目的地址。占128位，大多情况下，该字段为最终目的结点的IPv6地址，如果有路由扩展报头，目的地址可能为下一个转发路由器的IPv6地址。(9)IPv6扩展报头。扩展报头是可选报头，紧接在基本报头之后，IPv6数据报可包含多个扩展报头，而且扩展报头的长度并不固定，IPv6扩