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IPV4地址，子网掩码，子网划分

2017-11-09  本文已影响0人  nice_o

IP地址

IP地址是什么？

       IP是英文Internet Protocol的缩写，意思是“网络之间互连的协议”，工作在TCP/IP体系结构的网络层。IP协议是将整个因特网互联在一起的黏合剂，任何厂家生产的计算机，只要遵守IP协议就可以与因特网互连互通。

       IP 地址则是按照IP 协议规定的格式，为每一个正式接入到Internet 的主机所分配的、在全世界范围内是唯一的通信地址，它是网络层及以上各层所使用的地址，是一种逻辑地址。

IP地址现有两个版本：
——IPv4版本，主宰着今天的因特网
——IPv6版本，刚刚部署到部分网络中，是未来的因特网。
我们通常所讲的IP地址是指IPv4版本中的IP地址。

IP地址表示方式——点分十进制法

       IPv4地址是一个32位的二进制编址，在机器中存放的IP地址是连续的二进制代码。为提高可读性，每8位一组，用十进制表示，并利用点号分割各部分，这种方法称为点分十进制法，其全部IP地址范围可表示为0.0.0.0到255.255.255.255。

IP地址结构

       IPv4地址是一个32位的二进制编址，都由网络号net-id和主机号host-id两部分构成：
IPv4地址：：={<网络号>，<主机号>}

       一个网络号在整个因特网范围内必须是惟一的，而一个主机号则是在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的，由此一个IP地址在整个因特网范围内是唯一的。

       从IP地址的结构上来看，IP地址并不仅仅指明一个主机，还指明了主机所连接的网络。如果一个主机的地理位置不变，但将其连接到另外一个网络上，那么这个主机的IP地址必须改变。

IP地址编址方案

       IPv4根据网络规模，采用分类编址方法，将IP地址分为A到E五类，A、B、C类称为基本类，用于主机地址，而D类用于组播，E类则为保留不用。

ipv4地址.png

从这张图中可以看出

为什么将IP地址分为A类、B类、C类呢？
       因为各种网络的规模差异很大，有的网络拥有很多主机，如IBM公司覆盖全世界的网络，有的网络上的主机则很少，如一个小学学校的网络。

ipv4分类.png

这张表格清楚地展示了A、B、C三类地址可连接的最大网络数和主机数以及他们的适用网络规模。

       A类地址的网络号字段占一个字节，只有七位可供使用，因为字段的第一位已固定为0。可指派的网络号是126个，即27-2。

       为什么减二，一是，IP地址中的全0表示this，即全为0的IP地址是保留地址，意思是“本网络”；二是，网络号为127，即后7位全为1，这样的网络号是用来为本地软件环回测试本主机进程之间的通信的。

       而A类地址的主机号，占3个字节，因此每个A类网络中的最大主机数是224-2。这里减2的原因：全0的主机号字段表示该IP地址是“本主机”所连接到的单个网络地址，例如一个主机的IP地址为5.6.7.8，那么该主机所在的网络地址就是5.0.0.0。而全是1则表示该网络上的所有主机。

       当某个单位申请到一个IP地址时，实际上是获得了具有同样网络号的一段地址，具体的主机号则是由该单位自行分配，只要做到在单位管辖内的范围里无重复的主机号即可。

子网掩码

子网划分的概念

子网和主机

B类地址的子网划分，B类地址的主机号共16位。

       如果将主机地址的高7位作为子网地址，主机地址的低9位作为每个子网的主机号，这样就形成了该B类地址的子网地址表示形式：

B类子网地址.png

假定原来的B类网络地址为128.208.0.0，那么划分子网后，
10000000 11010000 0000001 0 00000000 128.208.2.0表示第1个子网；
10000000 11010000 0000010 0 00000000 128.208.4.0表示第2个子网；
10000000 11010000 0000011 0 00000000 128.208.6.0表示第2个子网；
……
       以此类推，在这个方案中，最多就可以有27-2=126个子网，减2的原因同我们上节课讲的类似，路由协议不支持全0或全1的子网地址，因此全0和全1的网段都不能使用。每个子网最多可以有29-2=510台主机。

子网掩码

       在这个实际场景中，假定一个Ip数据包已到达主路由器，那么这个路由器是如何将它转发给相应的子网的呢？
       我们知道一个32位的Ip地址（10000001 11010000 00000100 00111000）是无法看出来是否包含了有关子网的信息的，需要另外想办法，这就要使用“子网掩码”。
       子网掩码一个ip地址，由2部分组成，前半部分由连续的1构成，后半部分由连续的0构成，1的数量是网络号和子网号的个数，0的数量是主机号的个数。

子网分析.png

       为了便于计算机运算，规定如果一个网络不划分子网，那么该网络的子网掩码就用默认子网掩码来表示，默认子网掩码中1的位置和Ip地址中的网络字段对应。

默认子网掩码.png

A类地址的默认子网掩码是255.0.0.0，
B类地址的默认子网掩码是255.255.0.0，
C类地址的默认子网掩码为255.255.255.0。

B类子网划分.png

       子网掩码决定了一个网络的子网数目和每个子网的主机数，还以B类地址为例，这个表说明了采用固定长度子网号位数后的子网数和主机数，子网数是根据子网号N计算得到的，为2N-2个，表中子网号位数中没有0，1，15，16这四种情况，因为这没有意义。可以看出如果使用较少位数的子网号，则每一个子网上可连接的主机数就较多；反之，如果使用较多位数的子网号，则子网数较多，但是每个子网上可连接的主机数就较少。因此我们可以根据网络的具体情况（一共需要划分多少个子网，每个子网中最多有多少主机）来选择合适的子网掩码。

子网划分

子网掩码作用

划分子网问题
       解决该类问题的核心在于：划分子网时，子网位数不同，可划分的子网数就不同，每个子网可用子网主机数也不同。

C类子网划分.png

表中列举出来了使用固定长度子网的B类地址的子网划分选择，这是使用固定长度子网的C类地址的子网划分选择。

从C类地址子网划分表中可以看出，假设需要将一个网络划分为12个子网，这时子网号位数就应该为4位，子网掩码为255.255.255.240，可以将整个网络划分为14可用的子网。

在划分子网的情况下，路由器转发分组的情况

子网下的路由器分组转发.png

图中所示的有3个子网，以及路由器R1中的部分路由表。现在源主机H1项目的主机H2发送分组数据，分析R1受到H1向H2发送的分组后查找路由表的过程。

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