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IP科普

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发表于 2020-4-14 16:49:08 | 显示全部楼层 |阅读模式

1.2  IP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。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0~255,段与段之间用句点隔开。例如159.226.1.1。IP地址有两部分组成,一部分为网络地址,另一部分为主机地址。IP地址分为A、B、C、D、E5类。常用的是B和C两类。ip地址就像是我们的家庭住址一样,如果你要写信给一个人,你就要知道他(她)的地址,这样邮递员才能把信送到,计算机发送信息是就好比是邮递员,它必须知道唯一的“家庭地址”才能不至于把信送错人家。只不过我们的地址使用文字来表示的,计算机的地址用十进制数字表示。
  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”。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。
  按照TCP/IP(Transport Control Protocol/Internet Protocol,传输控制协议/Internet协议)协议规定,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。
  有人会以为,一台计算机只能有一个IP地址,这种观点是错误的。我们可以指定一台计算机具有多个IP地址,因此在访问互联网时,不要以为一个IP地址就是一台计算机;另外,通过特定的技术,也可以使多台服务器共用一个IP地址,这些服务器在用户看起来就像一台主机似的。
  将IP地址分成了网络号和主机号两部分,设计者就必须决定每部分包含多少位。网络号的位数直接决定了可以分配的网络数(计算方法2^网络号位数);主机号的位数则决定了网络中最大的主机数(计算方法2^主机号位数-2)。然而,由于整个互联网所包含的网络规模可能比较大,也可能比较小,设计者最后聪明的选择了一种灵活的方案:将IP地址空间划分成不同的类别,每一类具有不同的网络号位数和主机号位数。

1.2.1地址介绍
TCP/IP协议需要针对不同的网络进行不同的设置,且每个节点一般需要一个“IP地址”、一个“子网掩码”、一个“默认网关”。不过,可以通过动态主机配置协议(DHCP),给客户端自动分配一个IP地址,避免了出错,也简化了TCP/IP协议的设置。
那么,局域网怎么分配IP地址呢?互联网上的IP地址统一由一个叫“IANA”(Internet Assigned Numbers Authority,互联网网络号分配机构)的组织来管理。
1.A类IP地址
  一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成,网络地址的最高位必须是“0”, 地址范围1.0.0.1-126.255.255.254(二进制表示为:00000001 00000000 00000000 00000001 - 01111110 11111111 11111111 11111110)。可用的A类网络有126个,每个网络能容纳1600多万个主机。

  2.B类IP地址
  一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成,网络地址的最高位必须是“10”,地址范围128.1.0.1-191.254.255.254(二进制表示为:10000000 00000001 00000000 00000001 - 10111111 11111110 11111111 11111110)。可用的B类网络有16382个,每个网络能容纳6万多个主机 。
  3.C类IP地址
  一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成,网络地址的最高位必须是“110”。范围192.0.1.1-223.255.254.254(二进制表示为: 11000000 00000000 00000001 00000001 - 11011111 11111111 11111110 11111110)。C类网络可达209万余个,每个网络能容纳254个主机。
  4.D类地址用于多点广播(Multicast)。
  D类IP地址第一个字节以“lll0”开始,它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络,目前这一类地址被用在多点广播(Multicast)中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机,它标识共享同一协议的一组计算机。
  地址范围224.0.0.1-239.255.255.254
  5.E类IP地址
  以“1111”开始,为将来使用保留。
  全零(“0.0.0.0”)地址对应于当前主机。全“1”的IP地址(“255.255.255.255”)是当前子网的广播地址。

IP地址是由什么机构分配的?
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。
  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。
什么是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--10.255.255.255
  B类 172.16.0.0--172.31.255.255
C类 192.168.0.0--192.168.255.255
子网掩码
  子网掩码(subnet mask)是每个网管必须要掌握的基础知识,只有掌握它,才能够真正理解TCP/IP协议的设置。以下我们就来深入浅出地讲解什么是子网掩码。
  IP地址的结构
  要想理解什么是子网掩码,就不能不了解IP地址的构成。互联网是由许多小型网络构成的,每个网络上都有许多主机,这样便构成了一个有层次的结构。IP地址在设计时就考虑到地址分配的层次特点,将每个IP地址都分割成网络号和主机号两部分,以便于IP地址的寻址操作。
  IP地址的网络号和主机号各是多少位呢?如果不指定,就不知道哪些位是网络号、哪些是主机号,这就需要通过子网掩码来实现。
  子网掩码不能单独存在,它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用,就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。
  子网掩码的设定必须遵循一定的规则。与IP地址相同,子网掩码的长度也是32位,左边是网络位,用二进制数字“1”表示;右边是主机位,用二进制数字“0”表示。只有通过子网掩码,才能表明一台主机所在的子网与其他子网的关系,使网络正常工作。
  子网掩码的术语是扩展的网络前缀码不是一个地址,但是可以确定一个网络层地址哪一部分是网络号,哪一部分是主机号,1 的部分代表网络号,掩码为 0的部分代表主机号。子网掩码的作用就是获取主机 IP的网络地址信息,用于区别主机通信不同情况,由此选择不同路。其中 A类地址的默认子网掩码为 255.0.0.0;B类地址的默认子网掩码为 255.255.0.0;C类地址的默认子网掩码为:255.255.255.0。
  如何通过子网掩码来确定网络号或者网络地址?
  通过 IP 地址的二进制与子网掩码的二进制进行与运算进行定某个设备的网络地址,
  也就是说通过子网掩码分辨一个网络的网络部分和主机部分子网掩码一旦设置,网络地址和主机地址就固定了。
  相对于使用子网掩码来识别网络地址,早期的使用类别进行网络地址的分类存在着地址大量浪费的不足。
  子网一个最显著的特征就是具有子网掩码。与IP地址相同,子网掩码的长度也是32位,也可以使用十进制的形式。例如,为二进制形式的子网掩码:11111111111111111111111100000000,采用十进制的形式为:255.255.255.0。
  1.子网掩码的概念
  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,还是在远程网上。
  2.确定子网掩码数
  用于子网掩码的位数决定于可能的子网数目和每个子网的主机数目。在定义子网掩码前,必须弄清楚本来使用的子网数和主机数目。
  定义子网掩码的步骤为:
  A、确定哪些组地址归我们使用。比如我们申请到的网络号为 “210.73.a.b”,该网络地址为c类IP地址,网络标识为“210.73”,主机标识为“a.b”。
  B、根据我们现在所需的子网数以及将来可能扩充到的子网数,用宿主机的一些位来定义子网掩码。比如我们现在需要12个子网,将来可能需要16个。用第三个字节的前四位确定子网掩码。前四位都置为“1”(即把第三字节的最后四位作为主机位,其实在这里有个简单的规律,非网络位的前几位置1原网络就被分为2的几次方个网络,这样原来网络就被分成了2的4次方16个子网),即第三个字节为“11110000”,这个数我们暂且称作新的二进制子网掩码。
  C、把对应初始网络的各个位都置为“1”,即前两个字节都置为“1”,第四个字节都置为“0”,则子网掩码的间断二进制形式为:“11111111.11111111.11110000.00000000”
  D、把这个数转化为间断十进制形式为:“255.255.240.0”
  这个数为该网络的子网掩码。
  3.IP掩码的标注
  A、无子网的标注法
  对无子网的IP地址,可写成主机号为0的掩码。如IP地址210.73.140.5,掩码为255.255.255.0,也可以缺省掩码,只写IP地址。
  B、有子网的标注法
  有子网时,一定要二者配对出现。以C类地址为例。
  1.IP地址中的前3个字节表示网络号,后一个字节既表明子网号,又说明主机号,还说明两个IP地址是否属于一个网段。如果属于同一网络区间,这两个地址间的信息交换就不通过路由器。如果不属同一网络区间,也就是子网号不同,两个地址的信息交换就要通过路由器进行。例如:对于IP地址为210.73.140.5的主机来说,其主机标识为00000101,对于IP地址为210.73.140.16的主机来说它的主机标识为00010000,以上两个主机标识的前面三位全是000,说明这两个IP地址在同一个网络区域中,这两台主机在交换信息时不需要通过路由器进行。10.73.60.1的主机标识为00000001,210.73.60.252的主机标识为11111100,这两个主机标识的前面三位000与011不同,说明二者在不同的网络区域,要交换信息需要通过路由器。其子网上主机号各为1和252。
  2.掩码的功用是说明有子网和有几个子网,但子网数只能表示为一个范围,不能确切讲具体几个子网,掩码不说明具体子网号,有子网的掩码格式(对C类地址)。
  子网掩码的表示方法
  子网掩码通常有以下2种格式的表示方法:
  1. 通过与IP地址格式相同的点分十进制表示
  如:255.0.0.0 或 255.255.255.128
  2. 在IP地址后加上"/"符号以及1-32的数字,其中1-32的数字表示子网掩码中网络标识位的长度
  如:192.168.1.1/24 的子网掩码也可以表示为 255.255.255.0
1.2.2子网掩码和ip地址的关系
  注意这讲的都是有类网!
  子网掩码是用来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。
  最为简单的理解就是两台计算机各自的IP地址与子网掩码进行AND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。就这么简单。
  请看以下示例:
  运算演示之一:aa
  I P 地址 192.168.0.1
  子网掩码 255.255.255.0
  AND运算 (AND运算法则:1 与 1 = 1 ,1 与 0 = 0 ,0 与 1 = 0 ,0 与 0 = 0 ,即当对应位均为1时结果为1,其余为0。)
  转化为二进制进行运算:
  I P 地址 11000000.10101000.00000000.00000001
  子网掩码 11111111.11111111.11111111.00000000
  AND运算
  11000000.10101000.00000000.00000000
  转化为十进制后为:
  192.168.0.0
  运算演示之二:
  I P 地址 192.168.0.254
  子网掩码 255.255.255.0
  AND运算
  转化为二进制进行运算:
  I P 地址 11000000.10101000.00000000.11111110
  子网掩码 11111111.11111111.11111111.00000000
  AND运算
  11000000.10101000.00000000.00000000
  转化为十进制后为:
  192.168.0.0
  运算演示之三:
  I P 地址 192.168.0.4
  子网掩码 255.255.255.0
  AND运算
  转化为二进制进行运算:
  I P 地址 11000000.10101000.00000000.00000100
  子网掩码 11111111.11111111.11111111.00000000
  AND运算
  11000000.10101000.00000000.00000000
  转化为十进制后为:
  192.168.0.0
  通过以上对三组计算机IP地址与子网掩码的AND运算后,我们可以看到它运算结果是一样的。均为192.168.0.0
  所以计算机就会把这三台计算机视为是同一子网络,然后进行通讯的。我现在单位使用的代理服务器,内部网络就是这样规划的。
  也许你又要问,这样的子网掩码究竟有多少了IP地址可以用呢?你可以这样算。
  根据上面我们可以看出,局域网内部的ip地址是我们自己规定的(当然和其他的ip地址是一样的),这个是由子网掩码决定的通过对255.255.255.0的分析。可得出:
  前三位IP码由分配下来的数字就只能固定为192.168.0 所以就只剩下了最后的一位了,那么显而易见了,ip地址只能有(2的8次方-1),即256-1=255一般末位为0或者是255的都有其特殊的作用。
  那么你可能要问了:如果我的子网掩码不是255.255.255.0呢?你也可以这样做啊假设你的子网掩码是255.255.128.0
  那么你的局域网内的ip地址的前两位肯定是固定的了
  这样,你就可以按照下边的计算来看看同一个子网内到底能有多少台机器
  1、十进制128 = 二进制1000 0000
  2、IP码要和子网掩码进行AND运算
  3、
  I P 地址 11000000.10101000.1*******.********
  子网掩码 11111111.11111111.10000000.00000000
  AND运算
  11000000.10101000.10000000.00000000
  转化为十进制后为:
  192 . 168. 128 . 0
  4、可知我们内部网可用的IP地址为:
  11000000.10101000.10000000.00000000
  到
  11000000.10101000.11111111.11111111
  5、转化为十进制:
  192 . 168.128.0 到192 . 168.255.255
  6、0和255通常作为网络的内部特殊用途。通常不使用。
  7、于是最后的结果如下:我们单位所有可用的IP地址为:
  192.168.128.1-192.168.128.254
  192.168.129.1-192.168.129.254
  192.168.130.1-192.168.130.254
  192.168.131.1-192.168.131.254
  . . . . . . . . . . . . .
  192.168.139.1-192.168.139.254
  192.168.140.1-192.168.140.254
  192.168.141.1-192.168.141.254
  192.168.142.1-192.168.142.254
  192.168.143.1-192.168.143.254
  . . . . . . . . . . . . .
  192.168.254.1-192.168.254.254
  192.168.255.1-192.168.255.254
  8、总数为(255-128+1)*(254-1+1) =128 * 254 = 32512
  子网内包含的机器数目应该是2^n-2,比如说上面的子网掩码是255.255.128.0,那么他的网络号是17位,主机号是15位,只要主机号不全是0或者1就是可以的,所以ip地址是192.168.192.0(11000000.10101000.11000000.00000000)也允许,除掉全0全1,结果为2^15-2=32766,上面的落了好多地址
  9、看看的结果是否正确
  (1)、设定IP地址为192.168.128.1
  Ping 192.168.129.233通过测试
  访问http://192.168.129.233可以显示出主页
  (2)、设定IP地址为192.168.255.254
  Ping 192.168.129.233通过测试
  访问http://192.168.129.233可以显示出主页
  10、结论
  以上证明我们的结论是对的。
  现在你就可以看你的子网中能有多少台机器了
  255.255.255.128
  分解:
  11111111.11111111.11111111.1000000
  所以你的内部网络的ip地址只能是
  xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.0???????
  到
  xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.01111111
  子网掩码
  (1)子网TCP/IP网间网技术产生于大型主流机环境中,它能发展到今天的规模是当初的设计者们始料未及的。网间网规模的迅速扩展对IP地址模式的威胁并不是它不能保证主机地址的唯一性,而是会带来两方面的负担:第一,巨大的网络地址管理开销;第二,网关寻径急剧膨胀。其中第二点尤为突出,寻径表的膨胀不仅会降低网关寻径效率(甚至可能使寻径表溢出,从而造成寻径故障),更重要的是将增加内外部路径刷新时的开销,从而加重网络负担。
  因此,迫切需要寻求新的技术,以应付网间网规模增长带来的问题。仔细分析发现,网间网规模的增长在内部主要表现为网络地址的增减,因此解决问题的思路集中在:    如何减少网络地址。于是IP网络地址的多重复用技术应运而生。
  通过复用技术,使若干物理网络共享同一IP网络地址,无疑将减少网络地址数。
  子网编址(subnet addressing)技术,又叫子网寻径(subnet routing),英文简称subnetting,是最广泛使用的IP网络地址复用方式,目前已经标准化,并成为IP地址模式的一部分。一般的,32位的IP地址分为两部分,即网络号和主机号,我们分别把他们叫做IP地址的“网间网部分”和“本地部分”。子网编址技术将本地部分进一步划分为“物理网络”部分和“主机”部分,如图:网间网部分物理网络主机
  |←网间网部分→|←————本地部分—————→|
  |←物理网络→|←—主机部分——→|
  其中“物理网络”用于标识同一IP网络地址下的不同物理网络即是“子网”。
  (2)子网掩码IP协议标准规定:每一个使用子网的网点都选择一个32位的位模式,若位模式中的某位置1,则对应IP地址中的某位为网络地址(包括网间网部分和物理网络号)中的一位;若位模式中的某位置0,则对应IP地址中的某位为主机地址中的一位。例如位模式:
  11111111 11111111 11111111 00000000中,前三个字节全1,代表对应IP地址中最高的三个字节为网络地址;后一个字节全0,代表对应IP地址中 最后的一个字节为主机地址。这种位模式叫做子网模(subnet mask)或“子网掩码”。
  为了使用的方便,常常使用“点分整数表示法”来表示一个IP地址和子网掩码,例如c类地址子网掩码(11111111 11111111 11111111 00000000)为:255.255.255.0 IP协议关于子网掩码的定义提供一种有趣的灵活性,允许子网掩码中的“0”和“1”位不连续。但是,这样的子网掩码给分配主机地址和理解寻径表都带来一定困难,并且,极少的路由器支持在子网中使用低序或无序的位,因此在实际应用中通常各网点采用连续方式的子网掩码。像255.255.255.64和255.255.255.160等一类的子网掩码不推荐使用。
  (3)子网掩码与IP地址子网掩码与IP地址结合使用,可以区分出一个网络地址的网络号和主机号。
  例如:有一个C类地址为:192.9.200.13其缺省的子网掩码为:255.255.255.0则它的网络号和主机号可按如下方法得到:
  ①将IP地址192.9.200.13转换为二进制11000000 00001001 11001000 00001101
  ②将子网掩码255.255.255.0转换为二进制11111111 11111111 11111111 00000000
  ③将两个二进制数逻辑与(AND)运算后得出的结果即为网络部分
  11000000 00001001 11001000 00001101 AND 11111111 11111111 11111111 00000000
  11000000 00001001 11001000 00000000结果为192.9.200.0,即网络号为192.9.200.0。
  ④将子网掩码取反再与IP地址逻辑与(AND)后得到的结果即为主机部分11000000 00001001 11001000 00001101 AND 00000000 00000000 00000000 11111111 结果为00000000 00000000 00000000 00001101转化为十进制得到0.0.0.13,即主机号为13。

1.2.2 可变长子网掩码
  可变长子网掩码是为了解决在一个网络系统中使用多种层次的子网化IP地址的问题 发展起来的。这种策略只能在所用的路由协议都支持的情况才能使用,例如开放式最短路径优先路由选择协议(OSPF)和增强内部网关路由选择协议(EIGRP).RIP版本1由于出现早于VLSM而无法支持.RIP版本2则可以支持VLSM.
  VLSM允许一个组织在同一个网络地址空间中使用多个子网掩码.利用VLSM可以使管理员"把子网继续划分为子网",使寻址效率达到最高.
  可变长子网掩码实际上是相对于标准的类的子网掩码来说的。
  VLSM的特征
  ·更有效地使用IP地址———如果不使用VLSM,各公司就必须在整个A、B、C、类网络中使用一个单一的子网掩码。
  ·使用路由汇总的能力更强———VLSM通话地址规划中有更多的等级水平,也可以在路由选择中使用汇总更有效地进行路由选择。
  如何使用VLSM呢?
  VLSM其实就是相对于类的IP地址来说的。A类的第一段是网络号(前八位),B类地址的前两段是网络号(前十六位),C类的前三段是网络号(前二十四位)。而VLSM的作用就是在类的IP地址的基础上,从他们的主机号部分借出相应的位数来做网络号,也就是增加网络号的位数。各类网络可以用来再划分的位数为:A类有二十四位可以借,B类有十六位可以借,C类有八位可以借(可以再划分的位数就是主机号的位数。实际上不可以都借出来,因为IP地址中必须要有主机号的部分,而且主机号部分剩下一位是没有意义的,剩下1位的时候不是代表主机号就是代表广播号,所以在实际中可以借的位数是在我写的那些数字中再减去2)。
  这是一种产生不同大小子网的网络分配机制,指一个网络可以配置不同的掩码。开发可变长度子网掩码的想法就是在每个子网上保留足够的主机数的同时,把一个网分成多个子网时有更大的灵活性。如果没有VLSM,一个子网掩码只能提供给一个网络。这样就限制了要求的子网数上的主机数。


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