计算机网络-IPv4地址详细讲解

IP地址我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。IP地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是惟一的32bit的标识符。网络地址实际上是表示主机与网络的一个连接。1、IPv4地址及表示方法IPv4地址是一种分层的地址结构4字节，以十进制数表示，用“.”分开。X.X.X.XN_id（网络号）H_id（主机号）IP地址::={网络号，主机号}点分十进制记法10000000000010110000001100011111机器中存放的IP地址是32bit二进制代码10000000000010110000001100011111每隔8bit插入一个空格能够提高可读性采用点分十进制记法则进一步提高可读性128.11.3.3112811331将每8bit的二进制数转换为十进制数A类地址1～126网络号10网络号主机号B类地址128～191网络号110网络号主机号C类地址192～223网络号1110多播地址(multicast)网络号11110保留以后使用D类地址224～239E类地址240～2470主机号网络号2、分类的IPv4地址IP地址中的网络号字段和主机号字段net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001IP地址中的网络号字段和主机号字段net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001A类地址的网络号字段net-id为1字节IP地址中的网络号字段和主机号字段net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001A类地址的主机号字段host-id为3字节IP地址中的网络号字段和主机号字段net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001B类地址的网络号字段net-id为2字节IP地址中的网络号字段和主机号字段net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001B类地址的主机号字段host-id为2字节IP地址中的网络号字段和主机号字段net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001C类地址的网络号字段net-id为3字节IP地址中的网络号字段和主机号字段net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001C类地址的主机号字段host-id为1字节IP地址中的网络号字段和主机号字段net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001D类地址是多播地址IP地址中的网络号字段和主机号字段net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001E类地址保留为今后使用常用的三种类别的IP地址IP地址的使用范围网络最大第一个最后一个每个网络类别网络数可用的可用的中最大的网络号网络号主机数A126(27–2)112616,777,214B16,384(214)128.0191.25565,534C2,097,152(221)192.0.0223.255.255254特殊的IP地址•[网络号，0]表示指定的网络地址•[网络号，-1]广播地址向指定的网络各主机发送数据报•[-1,-1]有限广播地址对源站（当前）网络的所有主机广播•[0,0]表示本网上的本主机（Cisco路由器用于指定缺省路由）•[0,主机号]表示本网上的某主机特殊的IP地址•[127,任意]表示回送地址，用于网络软件测试。例如127.0.0.1一旦使用该地址发送数据，则立即返回。IP地址判断①10.1.0.0②192.168.1.0③172.16.1.1④192.168.10.255⑤172.31.1.0⑥1.1.1.1⑦127.1.2.3⑧202.119.256.1虚拟专用网VPN虚拟专用网VPNInternet由通过路由器相互连接的网络组成，这种网络的缺点是缺乏保密性。要保证各个单位内计算机之间的保密性，较容易的办法是建立一个“专用网络”，但成本较高。虚拟专用网技术保证了VPN中任何一对计算机之间的通信对外界是隐藏的。VPN的编址•VPN所提供的编址选择与专用网络所提供的是一样的，可以根据需要选择：•本地地址——仅在机构内部使用的IP地址，可以由本机构自行分配，而不需要向因特网的管理机构申请。•全球地址——全球惟一的IP地址，必须向因特网的管理机构申请。[RFC1918]指明的专用地址(privateaddress)10.0.0.0到10.255.255.255172.16.0.0到172.31.255.255192.168.0.0到192.168.255.255这些地址只能用于一个机构的内部通信，而不能用于和因特网上的主机通信。专用地址只能用作本地地址而不能用作全球地址。在因特网中的所有路由器对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发。子网与子网掩码在ARPANET的早期，IP地址的设计确实不够合理。•IP地址空间的利用率有时很低。•给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。•两级的IP地址不够灵活。从1985年起在IP地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级的IP地址变成为三级的IP地址。这种做法叫作划分子网(subnetting)。划分子网已成为因特网的正式标准协议。子网编址的实现从主机域中借用若干个比特作为子网号subnet-id，而主机号host-id也就相应减少了若干个比特。IP地址=[网络号，子网号，主机号]•子网位从主机域的最左边开始连续借用。•子网号在网外是不可见的，仅在子网内使用。•子网号的位数是可变的，为了反映有多少位用于表示子网号，采用子网掩码(mask)。子网掩码32位Net_id10子网号=子网掩码与IP地址做逻辑“与”运算的结果Subnet_idHost_id32位子网掩码中，网络地址、子网地址部分对应“1”，主机地址部分为“0”。子网的规划设计在设计选择子网划分方案时，必须考虑5个问题。它们是：（1）该网络内将划分几个子网？（2）每个子网有多少有效主机？（3）有效的子网地址是什么？（4）在该子网划分中，网络掩码是什么？（5）每个子网的广播地址是什么？子网数和子网掩码的计算（1）子网数=2x-2。x是主机位中被占用的表示子网比特的数目，或者说1的个数。减2是指减去子网位全1和全0，它们默认是无效的。例如，11100000能产生23–2个子网。（2）2y-2=每个子网的主机数。y是未被占用的主机位的比特数目，或者说0的个数。如，在C类网中，对应子网掩码11100000，则可得25–2，每个子网30个主机。有效的主机是两个子网之间去掉“全0”和“全1”的数。子网数和子网掩码的计算（3）子网掩码点分十进制表示根据主网络类型，确定借用的子网位数和位置，根据对应位的权值，计算其十进制数值。如子网掩码部分为11100000，则该字节的十进制为128＋64＋32＝224。（4）256-子网掩码=基数。如，子网掩码为224，则有效子网基数为256-224=32。子网地址为在对应子网地址字节中，N×基数。（5）广播地址是所有主机位为1，直接在下一个子网之前的数。例1：关于子网掩码的计算设有一个网络地址为172.168.0.0，要在此网络中划分14个子网，问：需要多少位表示子网？子网掩码的点分十进制数值是多少？每个子网地址是什么？子网数=2x-2，则X＝4，需借用4位表示子网。由网络地址可知，这是一个B类网络，网络地址和主机地址各为16位，网络掩码为255.255.0.0。划分子网后，又使用主机地址部分的最高4位表示子网，则其对应十进制数值为128＋64＋32＋16＝240。网络掩码为255.255.240.0。例1：关于子网掩码的计算子网基数＝256－240＝16，N＝1～14，则子网地址为172.168.16.0，172.168.32.0，172.168.48.0，172.168.64.0，172.168.80.0，172.168.96.0，172.168.112.0，172.168.128.0，172.168.144.0，172.168.160.0，172.168.176.0，172.168.192.0，172.168.208.0，172.168.224.0。每个子网内表示主机的地址位为12位，则子网内有效主机数为212－2＝4094。网络内总的主机数为4094×14＝57316。使用子网划分会造成部分主机地址损失，但仍可提高IP地址利用率。例2：关于子网掩码的计算设有一个网络地址为202.119.200.0，要在此网络中划分6个子网，问：需要多少位表示子网？子网掩码的点分十进制数值是多少？每个子网地址是什么？每个子网能容纳多少主机？整个网络能容纳多少主机？例2：关于子网掩码的计算子网数=2x-2，则X＝3，需借用3位表示子网。由网络地址可知，这是一个C类网络，网络地址为24位，主机地址为8位，原来的网络掩码为255.255.255.0。划分子网后，又使用主机地址部分的最高3位表示子网，则其对应十进制数值为128＋64＋32＝224。网络掩码为255.255.255.224。例2：关于子网掩码的计算子网基数＝256－224＝32，N＝1～6，则子网地址为202.119.200.32，202.119.200.64，202.119.200.96，202.119.200.128，202.119.200.160，202.172.168.192.每个子网内表示主机的地址位为5位，则子网内有效主机数为25－2＝30。网络内总的主机数为30×6＝180。使用子网划分会造成部分主机地址损失，但仍可提高IP地址利用率。作业：关于子网掩码的计算设有一个网络地址为20.0.0.0，要在此网络中划分30个子网，问：需要多少位表示子网？子网掩码的点分十进制数值是多少？每个子网地址是什么？每个子网能容纳多少主机？整个网络能容纳多少主机？例4：子网划分利用Packettracer模拟器构建一个星型拓扑，PC机器6台，安排IP网段为172.168.0.0，为每台机器设置IP，使得整个网络划分为2个子网（每个子网3台机器），相同子网之间能够通信，不同子网之间不能通信。