网际协议 IP、IP地址

目录

网际协议 IP

虚拟互连网络

使用中间设备进行互连

 IP 地址

IP 地址及其表示方法

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IP 地址采用 2 级结构

IP 地址的编址方法

分类的 IP 地址

各类 IP 地址的指派范围

一般不使用的特殊的 IP 地址

IPv4网络中的地址类型

分类的 IP 地址的优点和缺点

划分子网

划分子网的基本思路 

子网划分的理解

子网划分的好处

子网掩码

网络地址

子网划分方法

划分子网的步骤

无分类编址 CIDR

(1) 网络前缀

(2) 地址块

常用的 CIDR 地址块

三个特殊的 CIDR 地址块

构造超网

路由聚合 (route aggregation)

IP 地址的特点

IP 地址与 MAC 地址

IP 地址与 MAC 地址的区别

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网际协议 IP

与网际协议 IPv4 配套的 3 个协议：

        1.地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)

        2.网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)

        3.网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)

虚拟互连网络

实现网络互连、互通时需要解决许多问题，如以下“不同”：

如何将异构的网络互相连接起来？实现异构网络的互连互通方法，哪种好？

A.  都使用相同的网络？X

        ·不能满足不同用户需要。

        ·没有一种单一的网络能够适应所有用户的需求。 不适应技术发展。

B.  使用中间设备？√

        ·可以满足不同需求。

        ·实用。

使用中间设备进行互连

·使用转发器或网桥不称为网络互连

        转发器、网桥或交换机仅把一个网络扩大了，仍然是一个网络。

·网络互连使用路由器

·互连网络与虚拟互连网络

IP 网的意义

·当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，看不见互连的各具体的网络异构细节。

·如果在这种覆盖全球的 IP 网的上层使用 TCP 协议，那么就是现在的互联网 (Internet)。

分组传输路径：

 IP 地址

·在 TCP/IP 体系中，IP 地址是一个最基本的概念。

·没有IP地址，就无法和网上的其他设备进行通信。

IP 地址及其表示方法

互联网上的每台主机（或路由器）的每个接口分配一个在全世界唯一的 IP 地址。 由互联网名字和数字分配机构 ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) 进行分配。

点分十进制记法举例：

IP 地址采用 2 级结构

IP 地址的编址方法

·分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法，在 1981 年就通过了相应的标准协议。

·子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准[RFC 950] 在 1985 年通过。

·构成超网。这是比较新的无分类编址方法。1993 年提出后很快就得到推广应用。

分类的 IP 地址

·A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节，A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节。

·B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节，B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节。

·C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节，C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节。

·D 类地址是多播地址。

·E 类地址保留为今后使用。

各类 IP 地址的指派范围

网络 类别	最大可指派 的网络数	第一个可指派的网络号	最后一个可指派的网络号	每个网络中 最大主机数
A	126 (27 – 2)	1	126	16777214（224 - 2）
B	16383 (214 – 1)	128.1	191.255	65534（216 - 2）
C	2097151 (221 – 1)	192.0.1	223.255.255	254（28 - 2）

注意：

·A 类网络地址中， 网络号 0 和 127 是保留地址，不指派。0 表示“本网络”，127 保留作为本地环回测试地址。

·B 类网络地址中，网络号 128.0  是被 IANA 保留的，不指派。采用无分类编址（CIDR）时可以指派。

·C 类网络地址中，网络号 192.0.0 是被 IANA 保留的，不指派。采用无分类编址（CIDR）时可以指派。

·指派主机号时，要扣除全 0 和全 1 。全 0 和全 1 有特殊含义和用途。

一般不使用的特殊的 IP 地址

网络号	主机号	源地址 使用	目的地址 使用	代表的意思
0	0	可以	不可	在本网络上的本主机（见 6.6 节 DHCP 协议）
0	X	可以	不可	在本网络上主机号为 X 的主机
全 1	全 1	不可	可以	只在本网络上进行广播（各路由器均不转发）
Y	全 1	不可	可以	对网络号为 Y 的网络上的所有主机进行广播
127	非全 0 或全 1 的任何数	可以	可以	用于本地软件环回测试

IPv4网络中的地址类型

·网络地址：指代网络的地址。在网络的 IPv4 地址范围内，最小地址保留为网络地址。此地址的主机部分的每个主机位均为0。

·广播地址：用于向网络中的所有主机发送数据的特殊地址。广播地址使用该网络范围内的最大地址。即主机部分的各比特位全部为1的地址。

·主机地址：分配给网络中终端设备的地址。

分类的 IP 地址的优点和缺点

划分子网

1.从两级 IP 地址到三级 IP 地址 在 ARPANET 的早期，IP 地址的设计确实不够合理：

         (1) IP 地址空间的利用率有时很低。

        (2) 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。

        (3) 两级的 IP 地址不够灵活。  

2.三级 IP 地址 

·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) 。

·划分子网已成为互联网的正式标准协议。

划分子网的基本思路 

·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位作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个位。

·凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报，仍然是根据 IP 数据报的目的网络号 net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。

·然后此路由器在收到 IP 数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网。

·最后就将 IP 数据报直接交付目的主机。

不设子网的地址：

设置子网的地址：

子网划分的理解

划分子网后变成了三级结构 

·当没有划分子网时，IP 地址是两级结构。

·划分子网后 IP 地址就变成了三级结构。

·划分子网只是把 IP 地址的主机号 host-id 这部分进行再划分，而不改变 IP 地址原来的网络号 net-id。

子网划分的好处

1.缩减网络流量

2.优化网络性能

3.简化管理

4.更为灵活地形成打覆盖范围的网络

5.有效利用IP地址

划分子网纯属一个单位内部的事情，对外部网络透明，对外仍然表现为没有划分子网的一个网络。

子网掩码

·又称为地址掩码 (subnet mask)。

·位数：32 位。

·目的：让机器从 IP 地址迅速算出网络地址。

·由一连串 1 和接着的一连串 0 组成，而 1 的个数就是网络前缀的长度。

·规则：

        ·子网掩码长度＝32位

        ·某位＝1：IP地址中的对应位为网络号和子网号

        ·某位＝0：IP地址中的对应位为主机号

默认地址掩码：

IP 地址的各字段和子网掩码：

网络地址

(IP 地址) AND (子网掩码) =网络地址

例题1：已知 IP 地址是 141.14.72.24，子网掩码是 255.255.192.0。试求网络地址。

例题2：上例中，若子网掩码改为255.255.224.0，试求网络地址，讨论所得结果。

不同的子网掩码得出相同的网络地址。 但不同的掩码的效果是不同的。

子网划分方法

·有固定长度子网和变长子网两种子网划分方法。

·在采用固定长度子网时，所划分的所有子网的子网掩码都是相同的。

·虽然根据已成为互联网标准协议的RFC 950文档，子网号不能为全1或全0，但随着无分类域间路由选择CIDR的广泛使用，现在全1和全0的子网号也可以使用了，但一定要谨慎使用，确认你的路由器所用的路由选择软件是否支持全0或全1的子网号这种较新的用法。

·划分子网增加了灵活性，但却减少了能够连接在网络上的主机总数。

划分子网的步骤

1.先看IP地址是哪个标准类

2.写出标准类的掩码或者前缀情况

3.根据要求分析子网的位数或者根据条件确定子网的位数

4.假设子网位数是n,那么子网的个数是2n

5.32-网络标识位数-子网标识位数=主机号标识的位数

6.确定每个子网的情况（子网掩码或者前缀，网络地址,每个子网IP地址数，网络地址，广播地址情况，有效的IP地址情况）

1.已知主类网络，求子网情况

2.已知子网划分情况，求子网具体内容。

3.已知子网具体情况，求子网划分情况。

例如：

1.已知192.168.1.0/24,准备划分为5个子网，每个子网主机数不能少于20台主机。

解：

(1)192.168.1.0是C类地址            子网掩码是255.255.255.0            网络前缀是 /24          

(2） 划分5个子网至少要多少位二进制数           至少3位，能划分23=8个子网         

(3）每个子网主机位数是32-24-3=5                     每个子网主机地址数是25=32个地址            

(4）划分子网的掩码是：255.255.255.224（11100000），前缀是/27                

(5)因为每个子网有32个地址所有，共有8个子网              

所以每个子网络的地址情况如下：           

192.168.1.0-192.168.1.31              

192.168.1.32-192.168.1.63              

192.168.1.64-192.168.1.95              

192.168.1.96-192.168.127              

192.168.1.128-192.168.1.159              

192.168.1.160-192.168.191              

192.168.1.192-192.168.1.223              

192.168.1.224-192.168.1.255          

   

无分类编址 CIDR

·CIDR (Classless Inter-Domain Routing) ：无分类域间路由选择。

·消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间，但无法解决 IP 地址枯竭的问题。（所以需要ipv6）

·要点： (1) 网络前缀 (2) 地址块 (3) 地址掩码（又称子网掩码）

(1) 网络前缀

(2) 地址块

·CIDR 把网络前缀都相同的所有连续的 IP 地址组成一个 CIDR 地址块。

·一个 CIDR 地址块包含的 IP 地址数目，取决于网络前缀的位数。

注意：

常用的 CIDR 地址块

网络前缀长度	点分十进制	包含的地址数	相当于包含分类的网络数
/13	255.248.0.0	512 K	8 个 B 类或 2048 个 C 类
/14	255.252.0.0	256 K	4 个 B 类或 1024 个 C 类
/15	255.254.0.0	128 K	2 个 B 类或 512 个 C 类
/16	255.255.0.0	64 K	1 个 B 类或 256 个 C 类
/17	255.255.128.0	32 K	128 个 C 类
/18	255.255.192.0	16 K	64 个 C 类
/19	255.255.224.0	8 K	32 个 C 类
/20	255.255.240.0	4 K	16 个 C 类
/21	255.255.248.0	2 K	8 个  C 类
/22	255.255.252.0	1 K	4 个 C 类
/23	255.255.254.0	512	2 个 C 类
/24	255.255.255.0	256	1 个 C 类
/25	255.255.255.128	128	1/2 个 C 类
/26	255.255.255.192	64	1/4 个 C 类
/27	255.255.255.224	32	1/8 个 C 类

三个特殊的 CIDR 地址块

构造超网

·每一个 CIDR 地址块中的地址数一定是 2 的整数次幂。

·除最后几行外，CIDR 地址块都包含了多个 C 类地址（是一个 C 类地址的 2n 倍，n 是整数）。

·因此在文献中有时称 CIDR 编址为“构造超网”。

路由聚合 (route aggregation)

CIDR 地址块划分举例

这个 ISP 共有 64 个 C 类网络。如果不采用 CIDR 技术，则在与该 ISP 的路由器交换路由信息的每一个路由器的转发表中，需要有 64 行。采用地址聚合后，转发表中只需要用 1 行来指出到 206.0.64.0/18 地址块的下一跳。 在 ISP 内的路由器的转发表中，也仅需用 206.0.68.0/22 这 1 个项目，就能把外部发送到这个大学各系的所有分组，都转发到大学的路由器。

可见：网络前缀越短，地址块所包含的地址数越多。

IP 地址的特点

(1) 每个 IP 地址都由网络前缀和主机号两部分组成。

IP 地址是一种分等级的地址结构。

        ·方便了 IP 地址的分配和管理。

        ·实现路由聚合，减小了转发表所占的存储空间，以及查找转发表的时间。

(2) IP 地址是标志一台主机（或路由器）和一条链路的接口。

·当一台主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址，其网络号必须是不同的。这种主机称为多归属主机 (multihomed host)。

·一个路由器至少应当连接到两个网络，因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。

(3) 转发器或交换机连接起来的若干个局域网仍为一个网络

·按照互联网的观点，一个网络（或子网）是指具有相同网络前缀的主机的集合。

·转发器或交换机连接起来的若干个局域网都具有同样的网络号，它们仍为一个网络。

·具有不同网络号的局域网必须使用路由器进行互连。

(4) 在 IP 地址中，所有分配到网络前缀的网络都是平等的。

互联网同等对待每一个 IP 地址，不管是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网。

注意：

·同一个局域网上的 主机或路由器的 IP 地址中的网络号 必须一样。

·路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。

·两个路由器直接相连的接口处，可指明也可不指明 IP 地址。 如指明 IP 地址，则这一段连线就构成了一种只包含一段线路的特殊“网络” 。这种网络仅需两个 IP 地址，可以使用 /31 地址块。主机号可以是 0 或 1。

IP 地址与 MAC 地址

IP 地址与 MAC 地址的区别

在 IP 层抽象的互联网上只能看到 IP 数据报。

在局域网的链路层，只能看见 MAC 帧。

不同层次、不同区间使用的源地址和目的地址

·尽管互连在一起的网络的 MAC 地址体系各不相同，但 IP 层抽象的互联网却屏蔽了下层这些很复
杂的细节。
·只要我们在网络层上讨论问题，就能够使用统一的、抽象的 IP 地址研究主机和主机或路由器之间的通信。

欢迎一起学习~