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第7章 TCP/IP协议与IP地址第2节 IP地址与子网规划,一、IP地址简介,1.什么是IP地址2.IP地址的表示3.IP地址是由什么机构分配4.查询设置本机的IP地址,1.什么是IP地址,众所周知，在电话通讯中，电话用户是靠电话号码来识别的。同样，在网络中为了区别不同的计算机，也需要给计算机指定一个号码，这个号码就是“IP地址”。,1.什么是IP地址,所谓IP地址就是给每个连接在Internet上的主机分配的一个32bit地址。Internet 上的每台主机(Host)都有一个唯一的IP地址。IP协议就是使用这个地址在主机之间传递信息，这是Internet 能够运行的基础。,2.IP地址的表示,IP地址用二进制来表示，每个IP地址长32bit，比特换算成字节，就是4个字节。例如一个采用二进制形式的IP地址是“00001010000000000000000000000001”，这么长的地址，人们处理起来也太费劲了。为了方便人们的使用，IP地址经常被写成十进制的形式，中间使用符号“.”分开不同的字节。于是，上面的IP地址可以表示为“10.0.0.1”。IP地址的这种表示法叫做“点分十进制表示法”，这显然比1和0容易记忆得多。IP地址的长度为32位，分为4段，每段8位，用十进制数字表示，每段数字范围为0255，段与段之间用句点隔开。,6,IP地址的表示,IP地址的表示：IP地址占用32位；采用点分四组表示法，每八位一组，并用十进制表示，十进制间用点隔开，或者说是点分十进制的表示方法，如：172.16.1.2（可以让大家看看自己机器上的IP地址。）,7,二进制,二进制的定义：计算机中传输的电子信号是用“0”和“1”来表示的。“0”表示低电平，“1”表示高电平。这种“0”和“1”信号称为二进制位，也称为bit。计算机中传输的数据就是这样一连串和组成的二进制数。有时为了更加容易理解地表示数据，可以采用八进制、十进制或者是十六进制。下面重点来讲解二进制与十进制间的转换。,8,二进制与十进制,十进制转换为二进制,1,9,二进制与十进制,二进制转换为十进制例如：00101101=1*20+0*21+1*22+1*23+0*24+1*25=45练习：1、十进制转换为二进制：48、99、156、2242、二进制转换为十进制：1100110、10101011,10,二进制与十进制,二进制转换为十进制的技巧11111111=128+64+32+16+8+4+2+199=64+32+2+1=01100011,3.IP地址是由什么机构分配,所有的IP地址都由国际组织NIC（Network Information Center）负责统一分配，目前全世界共有三个这样的网络信息中心。InterNIC：负责美国及其他地区；ENIC：负责欧洲地区；APNIC：负责亚太地区。Asia-Pacific Network Information Centre 我国申请IP地址要通过APNIC，APNIC的总部设在日本东京大学。申请时要考虑申请哪一类的IP地址，然后向国内的代理机构提出。,4.查询设置本机的IP地址,开始-运行-cmd-ipconfig/all 可以查询本机的 ip 地址，以及 子网掩码、网关、物理地址（Mac 地址）、DNS 等详细情况。Physical Address:44-37-E6-33-23-7A,由网卡生产厂家烧入网卡的EPROM 设置本机的IP地址可以通过：网上邻居-属性-TCP/IP 就可以开始设置了。,ARP(地址解析协议address resolution protocol),ARP的作用：将IP地址解析为MAC地址,RARP,ARP-地址解析协议，已知IP地址，解析为MAC地址。RARP-反向ARP，已知MAC地址，解析为IP地址。,二.标准分类的IP地址,最初设计互联网络时，为了便于寻址以及层次化构造网络，每个IP地址包括两个标识码（ID），即网络ID和主机ID。同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络ID，网络上的一个主机（包括网络上工作站，服务器和路由器等）有一个主机ID与其对应。IP地址根据网络ID的不同分为5种类型，A类地址、B类地址、C类地址、D类地址和E类地址。IP地址=网络地址+主机地址,16,标准分类IP地址的组成,IP地址的组成：由网络号（Network ID）+主机号（Host ID）组成；同一网络内的所有主机使用相同的网络号，同一网络内的主机号是唯一的；自行定义或是由NIC分配的方法。,电话号码与IP地址比较,标准分类的IP地址,标准分类的IP地址,20,IP地址的分类,IP地址被分为五大类：A类、B类、C类、D类、E类；其中只有A类、B类、C类是可供一般主机使用的IP地址。在申请Network ID时，可以根据公司的网络规模选择适合的网络号。下表是各类IP地址的分布状况，表中IP地址的4个字节用W.X.Y.Z来表示。,专用地址,IP地址的分类,D:224（11100000）239（11101111）多播，保留出来E:240255：待用,23,IP地址的分类,A类IP地址：,最小：00000000=0最大：01111111=127但是网络号中全0的IP地址是个保留地址，意思是“本网络”；另外网络号为127保留作为本地软件环回测试本主机所用。因此A类地址的第一个字节范围为：1至126即（27-2=126）,24,IP地址的分类,A类IP地址：由1.0.0.0到126.0.0.0的网络构成；网络号占用第一个字节（W），所以可提供126（27-2=126）个A类的网络；主机号共占用X、Y、Z三个字节，所以每个网络的主机数为：224 2=16777214台主机。（说明为什么减2：主机号全0表示单个网络地址，例如5.6.7.8的网络地址是5.0.0.0；主机号全1的表示网络上的所有主机。故需要减2）适用于大型网络,25,IP地址的分类,B类IP地址：128.0.0.0到191.255.0.0的网络；网络号占用前二个字节（W、X），所以它可提供214=16384个B类的网络；主机号共占用Y、Z两个字节，所以每个网络的主机数为：216 2=65534台主机。适用于中型网络,*,最小：10000000=128最大：10111111=191,26,IP地址的分类,C类IP地址：192.0.0.0到223.255.255.0的网络；网络号占用前三个字节（W、X、Y），所以它可提供221=2097152个C类的网络；主机号共占用Z一个字节，所以每个网络的主机数为：282=254台主机。适用于小型网络,最小：11000000=192最大：11011111=223,27,IP地址的分类,D类地址：用于多播。第一个数字是224239。剩余的位设计客户机参加的特定组。在多播操作中没有网络或主机位，数据包将传送到网络中选定的主机子集中。E类：第一个数字为240-247,28,IP地址的分类,保留的IP地址主机部分的所有比特位为全零的地址引用为一个网络比如192.168.1.0/24主机部分的所有比特位为全1的地址称为广播地址。它同时指一个网络上的所有主机。比如192.168.1.255/24网络号127保留，用来执行循环测试，不可用作其他用途。用户可以利用ping 127.0.0.1命令执行循环测试，以便检查网卡驱动是否正常工作。,IP地址的使用范围,例题：,128.36.199.3（B）类21.12.240.17（A）类183.194.76.253（B）类192.12.69.248（C）类189.3.0.1（B）类221.3.6.2（C）类,公有地址和私有地址,公有地址（Public address）由Inter NIC（Internet Network Information Center 因特网信息中心）负责。这些IP地址分配给注册并向Inter NIC提出申请的组织机构。通过它直接访问因特网。私有地址（Private address）属于非注册地址，专门为组织机构内部使用。以下列出留用的内部私有地址A类 10.0.0.0-10.255.255.255B类 172.16.0.0-172.31.255.255C类 192.168.0.0-192.168.255.255,32,(APIPAAutomatic Private IP Address)自动私有IP地址的起始范围是169.254.0.1169.254.255.254。当DHCP客户端与DHCP服务器建立联系时，如果客户机等待1秒服务器没有回应，它会分别以2、4、8、16秒的时间间隔重新广播四次。如果第四次请求仍然没有接到服务器的响应，则客户端就会采用保留的自动私有IP地址暂时作为自已的IP地址，同时每隔五分钟还会继续尝试寻找DHCP服务器，以获得正确的IP地址。使用自动私有IP地址可以使得当DHCP服务器不可用时，DHCP客户端之间仍然可以利用自动私有IP地址进行通讯。,IP地址的分类,三、子网划分,Internet组织机构定义了五种IP地址，用于主机的有A、B、C三类地址。其中A类网络有126个，每个A类网络可能有16，777，214台主机，它们处于同一广播域。而在同一广播域中有这么多结点是不可能的，网络会因为广播通信而饱和，结果造成16，777，214个地址大部分没有分配出去，形成了浪费。而另一方面，随着互连网应用的不断扩大，IP地址资源越来越少。为了实现更小的广播域并更好地利用主机地址中的每一位，可以把基于类的IP网络进一步分成更小的网络，每个子网由路由器界定并分配一个新的子网网络地址,子网地址是借用基于类的网络地址的主机部分创建的。划分子网后，通过使用掩码，把子网隐藏起来，使得从外部看网络没有变化，这就是子网掩码。,子网划分是通过合理设置子网掩码的值来实现的。,子网概念的基本思想,允许将网络划分成多个部分供内部使用，但对于外界说来依然像是一个网络子网划分有利于优化网络性能、改善网络管理子网划分通过设置子网掩码实现划分子网后IP地址由：网络地址+子网地址+主机地址，称为三级地址结构网络号+子网号+主机号,1.子网掩码,子网掩码是一个32位的2进制数，其对应网络地址的所有位都置为1，对应于主机地址的所有位都置为0。网络号+子网号+主机号1+1+0网络号+子网号=网络地址主机号=主机地址,1.子网掩码,子网掩码是一个32位的2进制数，其对应网络地址的所有位都置为1，对应于主机地址的所有位都置为0。由此可知，A类网络的缺省的子网掩码是255.0.0.0，B类网络的缺省的子网掩码是255.255.0.0，C类网络的缺省的子网掩码是255.255.255.0。,1.子网掩码,将子网掩码和IP地址按位进行逻辑“与”运算，得到IP地址的网络地址，剩下的部分就是主机地址，从而区分出任意IP地址中的网络地址和主机地址。子网掩码常用点分十进制表示，我们还可以用网络前缀法表示子网掩码，即“/”。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。,例题：求出IP地址中的网络地址和主机地址,IP:210.36.247.125子网掩码：255.255.255.0问：以上IP中的网络地址与主机地址分别是什么？网络地址：210.36.247.0 主机地址：0.0.0.125,40,例题2,判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络的根据。也就是说子网掩码是从IP地址中抽取网络号的工具。两台计算机各自的IP地址与子网掩码进行按位与运算后，如果得出的结果是相同的，则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的，可以进行直接的通讯。利用1与运算的特殊性。所以子网掩码有两个特征：子网掩码由前面连续的1位和后面连续的0位组成子网掩码由前面连续的1位长度等于网络号的长度,41,IP地址-子网掩码,子网络 这里指广播报文可达的网络直接的通讯这里指广播报文可达按位与对二进制表示方式进行逐位的与运算.与运算(&)：只有两个操作数(0、1)都为1时，运算结果才为1，否则都为0；1&0=0 0&1=0 0&0=0 1&1=1,(IP 地址)AND(子网掩码)=网络号（包括子网号）,网络号 net-id,主机号 host-id,两级 IP 地址,网络号,三级 IP 地址,主机号,子网号,子网掩码,因特网部分,本地部分,因特网部分,本地部分,划分子网时的网络地址,AND,网络地址,C类地址的子网划分选择,说明：子网数是根据子网号计算出来的，除去全0与全1的两种情况（RFC950规定）。可用主机数中主机号全0的表示这个网络号，全1的表示广播地址。,默认子网掩码：255.255.255.0,11111111 11111111 11111111 0000000011111111 11111111 11111111 1000000011111111 11111111 11111111 1100000011111111 11111111 11111111 11100000,例题3：如何进行子网划分,某公司现在1C类IP地址：201.12.168.1201.12.168.255现在根据业务需要，把本公司的网络划分成6个子网，每个子网要求有30台可用的IP。作为网络工程师，请你拿出子网划分的方案。解决方案：把IP的子网掩码设置成255.255.255.224,按照此方案换分子网后,1（24个）00000000（默认）1（24个）11100000第一个子网 201.12.168.0（1-15）201.12.168.32 201.12.168.64201.12.168.92,如何进行子网划分,（1）判断用户需求(例如6个子网，30台主机)（2）计算满足需求的子网数与主机数（3）计算子网掩码2n=子网数2x-n-2=主机数（n为子网位数，x为默认主机位数）假如以上两个条件同时满足，即可确定n的大小,48,IP地址-子网掩码,划分IP子网：将IP地址中的再划分为和目的：节约IP地址空间；网段隔离的需要掩码的另一表示方法：192.168.1.12/24,49,IP地址-子网掩码,运算演示之一：求IP地址所属的网络号求192.168.1.32的网络号I P 地址 192.168.1.32子网掩码 255.255.255.0AND运算转化为二进制进行运算：I P 地址 11000000.10101000.00000001.00100000子网掩码11111111.11111111.11111111.00000000AND运算 11000000.10101000.00000001.00000000转化为十进制后为：192.168.1.0,50,IP地址-子网掩码,运算演示之一：求IP地址所属的网络号(续)简便的做法，因为255全1,与运算结果就是另一个操作数，因而实际操作中仅须对非255的掩码部分进行与运算。I P 地址 192.168.1.32子网掩码 255.255.255.0AND运算所求网络号 192.168.1.0,51,IP地址-子网掩码,运算演示之二：判断IP地址是否属于同一子网IP地址172.16.1.12，172.16.1.32，172.16.3.20，掩码255.255.255.0运算结果IP地址网络号172.16.1.12172.16.1.0172.16.1.32172.16.1.0172.16.3.20172.16.3.0结论：172.16.1.12与172.16.1.32在同一子网，而172.16.3.20属于另一子网,52,IP地址-子网掩码,运算演示之二：判断IP地址是否属于同一子网IP地址172.16.1.12，172.16.1.32，172.16.3.20，掩码255.255.0.0运算结果IP地址网络号172.16.1.12172.16.0.0172.16.1.32172.16.0.0172.16.3.20172.16.0.0结论：172.16.1.12与172.16.1.32在同一子网，而172.16.3.20属于另一子网,53,C类IP地址-子网掩码,合格的子网掩码255.255.255.000000000255.255.255.12810000000255.255.255.19211000000255.255.255.22411100000255.255.255.24011110000255.255.255.24811111000255.255.255.25211111100,54,B类IP地址-子网掩码,合格的子网掩码255.255.0.000000000255.255.128.010000000 00000000255.255.192.011000000 00000000255.255.255.22411100000255.255.255.24011110000255.255.255.24811111000255.255.255.25211111111 11111100,55,IP地址-子网掩码,演示之三：下列IP地址是否属于同一子网172.16.1.3，172.16.1.35，掩码255.255.255.224仅末字节须运算地址末字节掩码结果00000011 1110000000000000=0001000111110000000100000=32网络号分别为：172.16.1.0，172.16.1.32，所以2个IP地址属于不同的子网。,C类IP子网划分实例,有一个C类地址换分成4子网255.255.255.0255.255.255.224解决办法，把IP地址的子网掩码设置成：255.255.255.224,2.子网划分与掩码的设置,子网掩码不能任意设置，子网掩码的设置关系到子网的划分例如：A 主机的 IP 地址是 192.155.12.112，B 主机的IP 地址是 192.155.12.120，C 主机的 IP 地址是 192.155.12.176，D 主机的 IP 地址是 192.155.12.222。共同的子网掩码是 255.255.255.224。以上主机有可能属于不同的子网,子网划分与掩码的设置,给出一个IP与子网掩码判断是否划分子网的方法（1）先看IP属于那类（2）看看其子网掩码是否采用默认子网掩码（3）若采用默认子网掩码则表示不划分子网，否则划分子网。例如：210.36.247.125/255.255.255.0不划分子而210.36.247.125/255.255.255.192则划分子网,划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。从主机号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:=,划分子网的基本思路,子网划分与掩码的设置,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。划分子网时，随着子网地址借用主机位数的增多，子网的数目随之增加，而每个子网中的可用主机数逐渐减少。以C类网络为例，原有8位主机位，2的8次方即256个主机地址，默认子网掩码255.255.255.0。借用1位主机位，产生2个子网，每个子网有126个主机地址；借用2位主机位，产生4个子网，每个子网有62个主机地址,子网划分选择,每个网中，第一个IP地址（即主机部分全部为0的IP）和最后一个IP（即主机部分全部为1的IP）不能分配给主机使用，所以每个子网的可用IP地址数为总IP地址数量减2；根据子网ID借用的主机位数，我们可以计算出划分的子网数、掩码、每个子网主机数，列表如下,C类地址的子网划分选择,说明：子网数是根据子网号计算出来的，除去全0与全1的两种情况（RFC950规定）。可用主机数中主机号全0的表示这个网络号，全1的表示广播地址。,63,IP地址-子网掩码,C类子网划分:网段中可用的IP地址 对于C类子网，掩码末字节中取0的位数为n，则划分的网段中可用的IP地址个数为2n-2!注意：同一网段内子网掩码的选择要一致。问题1:为什么是2n-2而不是2n问题2:为什么掩码255.255.255.254在实际子网划分中不用?练习1:某公司目前下设经理室、财务部、销售部研发部和等四个部门，拥有一个C类地址，问IP子网划分的掩码应怎样选择？每个部门各可以接入多少台机器?,计算题（2002年网络设计师试题）,【说明】设有 A，B，C，D 四台主机都处在同一个物理网络中，A 主机的 IP 地址是 192.155.12.112，B 主机的IP 地址是 192.155.12.120，C 主机的 IP 地址是 192.155.12.176，D 主机的 IP 地址是 192.155.12.222。共同的子网掩码是 255.255.255.224。【问题1】A，B，C，D 四台主机之间哪些可以直接通信？哪些需要通过设置网关(或路由器)才能通信？请画出网络连接示意图，并注明各个主机的子网地址和主机地址。【问题2】若要使主机 A，B，C，D 在这个网上都能直接相互通信，可采取什么办法？,根据192.155.12.112“与”255.255.255.224的结构得出A主机的子网地址为192.155.12.96，主机地址为0.0.0.16根据192.155.12.120“与”255.255.255.224的结构得出A主机的子网地址为192.155.12.96，主机地址为0.0.0.24根据192.155.12.176“与”255.255.255.224的结构得出A主机的子网地址为192.155.12.160，主机地址为0.0.0.16根据192.155.12.222“与”255.255.255.224的结构得出A主机的子网地址为192.155.12.192，主机地址为0.0.30.,66,例题2,判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络的根据。也就是说子网掩码是从IP地址中抽取网络号的工具。两台计算机各自的IP地址与子网掩码进行按位与运算后，如果得出的结果是相同的，则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的，可以进行直接的通讯。利用1与运算的特殊性。所以子网掩码有两个特征：子网掩码由前面连续的1位和后面连续的0位组成子网掩码由前面连续的1位长度等于网络号的长度,主机C：子网地址：192.155.12.160主机地址：0.0.0.16主机A：子网地址：192.155.12.96主机地址：0.0.0.16,主机B：子网地址：192.155.12.96主机地址：0.0.0.24主机D：子网地址：192.155.12.192主机地址：0.0.0.30,解题思路,1）同一个子网可以直接通信，不同子网需要通过网关或者路由器才能通信,答案,问题1：A、B两台主机之间可以直接通信。A、B与C之间通过路由器方能通信。A、B与D之间通过路由器方能通信。C与D之间通过路由器方能通信。问题2：将子网掩码改为255.255.255.0（即C类地址的默认值）,192.155.12.96,192.155.12.96,192.155.12.160,192.155.12.192,本章需要掌握计算题,（1）能算出标准IP分类表,72,IP地址的分类,IP地址被分为五大类：A类、B类、C类、D类、E类；其中只有A类、B类、C类是可供一般主机使用的IP地址。在申请Network ID时，可以根据公司的网络规模选择适合的网络号。下表是各类IP地址的分布状况，表中IP地址的4个字节用W.X.Y.Z来表示。,本章需要掌握计算题,(2)给出IP与子网掩码，能求出其网络地址与主机地址，并能判断给出的多个IP地址中那些属于同一个子网（即哪些IP之间可以直接通讯）（3）给出IP范围，能根据实际需要划分子网（如何确定子网掩码）,给出IP与子网掩码，能确定此IP是否划分了子网,210.36.247.120 255.255.255.0 没有划分子网160.36.247.120 255.255.255.0 划分子网判断依据：看IP是否采用默认子网掩码，假如是则没有划分子网，假如不是，则划分了子网,下 课,