IP地址与子网掩码简介(八)

一、IP地址概述

　　IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。

　　IPV4协议规定IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个8位二进制数，只有大约43亿个地址。下一代的IPV6协议采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。

　　IP地址分为公网IP和私有IP，公网IP是由因特网信息中心向申请者提供的可以直接通过互联网访问的地址，私有地址用于局域网内部使用，是局域网交换机分配给各设备的地址。

二、IP地址分类

　　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，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，网络上的一个主机设备都有一个主机ID与其对应。Internet委员会定义了5种IP地址类型以适合不同容量的网络，即A类~E类。

类别 最大网络数 可用IP地址范围 单个网段最大主机数 保留的私有IP地址范围 子网掩码 说明
A 126(2^7-2) 1.0.0.1-126.255.255.254 16777214 10.0.0.0-10.255.255.254 255.0.0.0 第一位范围1-126，A类IP地址中网络的标识长度为8位，主机标识的长度为24位
B 16384(2^14) 128.0.0.1-191.255.255.254 65534 172.16.0.0-172.31.255.254 255.255.0.0 第一位范围128-191，B类IP地址中网络的标识长度为16位，主机标识的长度为16位
C 2097152(2^21) 192.0.0.1-223.255.255.254 254 192.168.0.0-192.168.255.254 255.255.255.0 第一位范围192-223，C类IP地址中网络的标识长度为24位，主机标识的长度为8位
D / 224.0.0.1-239.255.255.254 / / / 第一位范围224-239，D类IP地址不分网络地址和主机地址，第一个字节以1110开始，它是一个专门保留的地址，主要用于多点广播。
E / 240.0.0.1-254.255.255.254 / / / 第一位范围240-254，E类IP地址是以1111开始，他的第一字节的范围是240~255，为将来使用保留。

三、IP地址编码方式

　　由于IP地址是以32位二进制来表示，每8位用.号分割，为了方便我们识别，将其转换位为十进制进行表示，就形成了类似192.168.0.1这种IP地址。根据转换关系可知以.号分割的4组数字范围为0-255之间，不在这范围的IP地址是错误的，因此IP地址范围为0.0.0.0-255.255.255.255。
 
四、子网掩码
　　子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在广域网上。
　　子网掩码是在IPv4地址资源紧缺的背景下为了解决lP地址分配而产生的虚拟lP技术，通过子网掩码将A、B、C三类地址划分为若干子网，从而显著提高了IP地址的分配效率，有效解决了IP地址资源紧张的局面。另一方面，在企业内网中为了更好地管理网络，网管人员也利用子网掩码的作用，人为地将一个较大的企业内部网络划分为更多个小规模的子网，再利用三层交换机的路由功能实现子网互联，从而有效解决了网络广播风暴和网络病毒等诸多网络管理方面的问题（局域网通信规则是要求所有的计算机必须在同一网段中才可以相互通信）。
　　IP地址和子网掩码相互配合(必不可少)用于确定网络位和主机位，进行子网划分。子网掩码与IP地址格式一样，也是32位二进制，用连续的1来表示IP的网络位，用连续的0表示IP的主机位，例如：
IP地址(二进制) IP地址(十进制) 子网掩码(二进制) 子网掩码(十进制) 网络位
10.0.0.105 00001010.00000000.00000000.01101001 11111111.00000000.00000000.00000000 255.0.0.0  前8位为网络位，即10
10.0.0.105 00001010.00000000.00000000.01101001 11111111.11111111.00000000.00000000 255.255.0.0 前16位为网络位，即10.0
10.0.0.105 00001010.00000000.00000000.01101001 11111111.11111111.11111111.00000000 255.255.255.0 前24位为网络位，即10.0.0
　　子网掩码255.0.0.0、255.255.0.0、255.255.255.0通常也是ABC三类地址使用的默认子网掩码，在实际进行子网划分的过程中，我们也可以看到类似255.255.255.240的子网掩码，该子网掩码的二进制表示为11111111.11111111.11111111.11110000，前面连续的28个1表示IP地址前面的28个二进制位为网络位，后面连续的4个0表示IP地址后面的4个二进制位为主机位。
　　IP协议中规定IP地址主机位全部为0的地址称为网段地址，IP地址主机位全部为1的地址称为网段直接广播地址。除了网段地址和广播地址以外的地址(除后面提到的特殊地址)为可用IP地址，可分配给网段内的主机。
 
　　IP地址和子网掩码总是成对出现的，我们在表示一个IP地址的子网掩码时，除了直接以xx.xx.xx.xx形式表示外，还可以通过计算用二进制表示的子网掩码中1的数量n，将IP地址和其子网掩码简写为 IP /n的形式，比如192.168.1.6/24 表示前24位为网络位、后8位为主机位。
　　综上所述，举例列出如下表格做总结：
IP地址(十进制) IP地址(二进制)(下划线标注的为主机位) 子网掩码(十进制) 子网掩码(二进制) IP/子网掩码简写 网段地址 广播地址 可分配地址范围
192.168.1.3 11000000.10101000.00000001.00000011 255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000 192.168.1.3/16 192.168.0.0 192.168.255.255 192.168.0.1-192.168.255.254
192.168.1.3 11000000.10101000.00000001.00000011 255.255.255.240 11111111.11111111.11111111.11110000 192.168.1.3/28 192.168.1.0 192.168.1.255 192.168.1.1-192.168.1.254
192.168.1.3 11000000.10101000.00000001.00000011 255.255.255.192 11111111.11111111.11111111.11000000 192.168.1.3/26 192.168.1.0 192.168.1.63 192.168.1.1-192.168.1.62
192.168.1.3 11000000.10101000.00000001.00000011 255.240.0.0 11111111.11110000.00000000.00000000 192.168.1.3/12 192.160.0.0 192.175.255.255 192.160.0.1-192.175.255.254
 
五、特殊IP地址
  • 直接广播地址：专门用于同时向网段中所有主机进行发送消息的一个地址，IP协议中把IP主机位全为255的地址用作广播地址，例如，对于10.1.1.0 （255.0.0.0 ）网段，其广播地址为10.255.255.255。
  • 受限制广播地址：地址255.255.255.255是一个特殊的广播地址，它的广播范围比直接广播地址传送消息的范围更大，可以到达广播域的边界(网关)。
  • 0.0.0.0：在IPV4中表示一个还没分配到IP的主机，在服务器中则表示本机上的所有IPV4地址，在路由中表示的是默认路由。
  • 网段地址：当IP主机位全部位0的时候，这个地址表示网段，例如，对于10.1.1.0 （255.0.0.0 ）网段，其网段为10.0.0.0。
  • 127.0.0.1：该地址称为回环地址，表示自己，用于让单独的计算机进行自我回路测试和通信，发送给该地址的数据只会被本机接收，不会向其他设备发送。
  • 127.*.*.*：该组地址都是回环地址，当然除了127.0.0.1，其他的不常用。

六、子网划分

　　Internet组织机构定义了五种IP地址，有A、B、C三类地址。A类网络有126个，每个A类网络可能有16777214台主机，它们处于同一广播域。而在同一广播域中有这么多节点是不可能的，网络会因为广播通信而饱和，结果造成16777214个地址大部分没有分配出去。可以把基于每类的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每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。

　　当我们对一个网络进行子网划分时，基本上就是将它分成小的网络。比如，当一组IP地址指定给一个公司时，公司可能将该网络"分割成"小的网络，每个部门一个。这样，技术部门和管理部门都可以有属于它们的小网络。通过划分子网，我们可以按照我们的需要将网络分割成小网络。这样也有助于降低流量和隐藏网络的复杂性。

　　子网掩码告知路由器，IP地址的前多少位是网络地址，后多少位（剩余位）是主机地址，使路由器正确判断任意IP地址是否是本网段的，从而正确地进行路由。

　　例如，有两台主机，主机一的IP地址为222.21.160.6，子网掩码为255.255.255.192，主机二的IP地址为222.21.160.73，子网掩码为255.255.255.192。主机一要给主机二发送数据，先要判断两个主机是否在同一网段。

IP地址(十进制) IP地址(二进制)(下划线标注的为主机位) 子网掩码(十进制) 子网掩码(二进制) 网段地址 可用地址范围
222.21.160.6 11011110.00010101.10100000.00000110 255.255.255.192 11111111.11111111.11111111.11000000 222.21.160.0 222.21.160.1-222.21.160.62
222.21.160.73 11011110.00010101.10100000.01001001 255.255.255.192 11111111.11111111.11111111.11000000 222.21.160.64 222.21.160.65-222.21.160.126

　　C类地址判断前三位是否相同，即可确定2个IP地址是否在同一网段内，但本例中的222.21.160.6与222.21.160.73不在同一网段，因为这两个C类IP地址已经做了子网划分就不能只判断前三个字节是否相同就确认这两个IP是否在同一网段。其中222.21.160.6在222.21.160.1-222.21.160.62 段，222.21.160.73在222.21.160.65-222.21.160.126 段，所以不在同一网段，如果要通信需要通过路由器转发。

　　根据子网掩码的作用，我们可以知道，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。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……每个子网中，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。

　　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。对子网掩码使用必须要更多的子网位，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子网位，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。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，会将更多的主机位用于子网位。

　　综上所述，子网掩码的设置关系到子网的划分。子网掩码设置的不同，所得到的子网不同，每个子网能容纳的主机数目不同。若设置错误，可能导致数据传输错误。

posted @ 2023-06-15 17:41  我若安好，便是晴天  阅读(497)  评论(0)  编辑  收藏  举报