IPv4单播地址

以下内容摘自笔者编著的最新图书《网管员必读――网络基础》（第2版）一书。

 

5.4.1 IPv4单播地址

IPv4 单播地址标识网络中的一个接口的位置，就像用街道地址标识城市街区的房子一样。正如一个街道地址必须能够标识一个唯一的住所一样， IPv4 单播地址也必须是全局唯一的，而且要采用一种统一的格式。

1. 单播地址的组成

每个 IPv4 单播地址包括一个网络 ID 和一个主机 ID 。

l              网络 ID （又称网络地址）

它是 IPv4 单播地址的一部分，用来标识位于同一物理或逻辑网段（其边界由 IPv4 路由器定义）上的接口的集合。 TCP/IP 网络上的网段又叫做子网或链路。同一物理或逻辑子网上的所有节点都必须使用相同的网络 ID ，而且该网络 ID 在整个 TCP/IP 网络内必须是唯一的。

l              主机 ID （又称主机地址）

它也是 IPv4 单播地址的一部分，用来标识子网上的网络节点的接口。主机 ID 在一个网段内必须是唯一的。

图 5-5 描绘了一个示例单播 IPv4 地址的结构。

图 5-5   单播 IPv4 地址的结构示例

如果网络 ID 在 TCP/IP 网络中是唯一的，而且主机 ID 在一个网段中也是唯一的，则整个 IPv4 单播地址在整个 TCP/IP 网络中就是唯一的。

2. Internet单播地址类别

Internet 团体最初定义地址类别是为了系统地给不同大小的网络分配地址前缀。地址类别定义了用于网络 ID 和主机 ID 的位数，还定义了网络的可能数量和每个网络中的主机数量。在五个地址类别中， A 类、 B 类和 C 类地址是为 IPv4 单播地址保留的。 D 类地址是为 IPv4 多播地址保留的，而 E 类地址是为试验性用途而保留的。

A 类网络 ID 被分配给拥有大量主机的网络。 A 类网络 ID 的前缀长度只有 8 位，这样，剩余的 24 位可用来标识多达 16,777,214 个主机 ID 。但是，这个较短的前缀长度将把可接受 A 类网络 ID 的网络数量限制为 126 个。 A 类地址具有以下几个主要特点：

l              A 类网络 ID 的高序位总是设置为 0 ，此约定将 A 类网络 ID 的数量从 256 个减少到 128 个。

l              首八位设置成 00000000 的地址是不能被分配的，因为它们构成了被保留的网络 ID 。

l              首八位设置成 01111111 （十进制的 127 ）的地址是不能被分配的，因为它们是为环回地址保留的。后面的两个约定将 A 类网络 ID 的数量从 128 个减少到 126 个。

【经验之谈】对于任何一个 IPv4 网络 ID 来说，主机位全部设置为 0 （全 0 主机 ID ）和主机位全部设置为 1 （全 1 主机 ID ）的两个主机 ID 是保留的主机 ID ，不能分配给网络节点接口。此约定将每个 A 类网络中的主机 ID 的数量从 16,777,216 （ 2²⁴ ）个减少到 16,777,214 个。

图 5-6 说明了 A 类地址的结构。

图 5-6  A 类地址的结构

B 类网络 ID 被分配给中型和大型网络。在这类网络的地址中，前 16 位指定了特定的网络，后 16 位指定了特定的主机。但是， B 类地址的两个高序位总是设置为 10 ，这使得所有 B 类网络的地址前缀均为 128.0.0.0/2 （或 128.0.0.0,192.0.0.0 ）。如果用 14 位表示 B 类网络 ID ，用 16 位表示主机 ID ，则可以将 B 类地址分配给 16,384 个网络，每个网络可以有 65,534 个主机。图 5-7 说明了 B 类地址的结构。

图 5-7  B 类地址的结构

C 类地址被分配给小型网络。在这类网络的地址中，前 24 位指定了特定的网络，后 8 位指定了特定的主机。但是， C 类地址的三个高序位总是设置为 110 ，这使得所有 C 类网络的地址前缀均为 192.0.0.0/3 （或 192.0.0.0,224.0.0.0 ）。如果用 21 位表示 C 类网络 ID ，用 8 位表示主机 ID ，则可以将 C 类地址分配给 2,097,152 个网络，每个网络可以有 254 个主机。图 5-8 说明了 C 类地址的结构。

图 5-8  C 类地址的结构

D 类地址是为 IPv4 多播地址保留的。 D 类地址的四个高序位总是设置为 1110 ，这使得所有 D 类地址的地址前缀均为 224.0.0.0/4 （或 224.0.0.0,240.0.0.0 ）。有关详细信息，请参见本章的 “IPv4 多播地址 ” 。

E 类地址是为试验性用途而保留的。 E 类地址的高序位总是设置为 1111 ，这使得所有 E 类地址的地址前缀均为 240.0.0.0/4 （或 240.0.0.0,240.0.0.0 ）。

表 5-5 总结了 A 、 B 和 C 三类可用于 IPv4 单播地址的 Internet 地址主要特征。

表 5 -5    A 、 B 和 C 三类地址的主要特征

类别	w 的值	网络 ID 部分	主机 ID 部分	网络 ID	每个网络的主机 ID
A	1-126	w	x.y.z	126	16,277,214
B	127-191	w.x	y.z	16,384	65,534
C	192-223	w.x.y	z	2,097,152	254

3. 单播IPv4编址准则

在为组织的子网分配网络 ID 时，请遵循以下准则：

l              网络 ID 在 IPv4 网络中必须是唯一的。

如果主机能够直接从子网访问 Internet ，则您必须使用一个由 ICANN 或者某个 Internet 服务提供商分配的公用 IPv4 地址前缀。如果主机不能直接从子网访问 Internet ，则使用一个合法的公用地址前缀或使用一个在您的专用 Intranet 内唯一的专用地址前缀均可。

l              网络 ID 不能以数字 0 或 127 开头。

第一个八位位组的这两个值是保留值，您不能将它们用于 IPv4 单播地址。

为 IPv4 子网上的节点接口分配主机 ID 时，请遵循以下准则：

l              主机 ID 在一个子网内必须是唯一的。

l              不能使用全 0 或全 1 主机 ID 。

为给定的地址前缀定义有效的 IPv4 单播地址范围时，请按照以下标准做法操作：

l              对于范围内的第一个 IPv4 单播地址，请将地址中的低序位设置为 1 ，而将地址中的所有其他主机位均设置为 0 。

l              对于范围内的最后一个 IPv4 单播地址，请将地址中的低序位设置为 0 ，而将地址中所有其他主机位均设置为 1 。

例如，地址前缀 192.168.16.0/20 的地址范围的表示方法如下：

l              该范围内的第一个 IPv4 单播地址是 11000000 10101000 00010000 00000001 （主机位以红色体字显示）或者 192.168.16.1 。

l              范围内的最后一个 IPv4 单播地址是 11000000 10101000 00011111 11111110 （主机位以红色体字显示）或者 192.168.31.254 。

因此，地址前缀 192.168.16.0/20 的地址范围是： 192.168.16.1 至 192.168.21.254 。