TCPIP協(xié)議原理與應用第3版

1、No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第3版 第2章 IP尋址及相關(guān)問題 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版2 學習目標學習目標 從計算機的觀點理解IP尋址 認識和描述從A到E的各種各樣的地址類，解釋它們 如何組成和如何使用。 理解IP地址限制的實質(zhì)，像無類域間路由(Classless inter-Domain Routing,CIDR)和網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換 (Network Address Translation,NAT)這樣的技術(shù)如何 減緩了這些限制 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版3 定義術(shù)語子網(wǎng)(subnet)和超網(wǎng)(su

2、pernet)，并把你的 子網(wǎng)和超網(wǎng)如何工作的知識應用到解決特殊網(wǎng)絡設 計問題上。 理解公用和專用Internet地址是如何分配的，如何得 到他們，以及如何使得異地使用他們 認識IP尋址模式的重要性及其價值 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版4 IP 尋址基礎尋址基礎 計算機以變換為十進制數(shù)字的位模式形式處理網(wǎng)絡 地址 IP使用一種三部分尋址模式 符號 比如 “” 邏輯數(shù)字 比如 172.16.1.10 物理數(shù)字 它由6個字節(jié)的數(shù)字地址組成，由網(wǎng)卡制造商燒入到固 件中。前3個字節(jié)由組織唯一標識符（OUI）標識網(wǎng)卡 的制造商，后3個字節(jié)由制造商分配。 No Ima

3、ge TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版5 地址解析協(xié)議 (ARP) 允許計算機將數(shù)字IP 地址轉(zhuǎn)換成為 MAC 地址 逆向ARP (RARP) 將 MAC地址轉(zhuǎn)換成為數(shù)字IP地址 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版6 2.2 IP地址解剖地址解剖 IP addresses 數(shù)字IP地址以使用點分十進制表示 采用格式 n.n.n.n,這里的 n的取值范圍在0 到255之間 每一個數(shù)字都是八位數(shù)，用標準IP術(shù)語來說稱為八位 元祖。對于任何要解析為網(wǎng)絡地址的域名來說，無論 是在公用的internet上，還是專用的內(nèi)部網(wǎng)上，域名都 必須對應至少一個數(shù)字I

4、P地址。 數(shù)字IP地址的點分隔十進制表示法中的數(shù)字值通常采 用十進制數(shù)值格式，但在很多特殊場合也可以使用十 六進制或二進制來表示。 不允許出現(xiàn)重復的數(shù)字IP地址。 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版7 2.3 IP地址類地址類 IP地址的分類 IP地址采用n.n.n.n格式，劃分為五類，從A到E類 對應前三類地址，要重點理解他們的網(wǎng)絡位和主機 位 A類 n. h.h.h B類 n.n. h.h C類 n.n.n. h n 表示網(wǎng)絡地址部分，用于按數(shù)字識別網(wǎng)絡, h 表示主 機地址，用于按數(shù)字識別主機。 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第

5、3版版8 D類和E類地址用于特殊用途 D類地址用于多播通信，在這種方式下，單個地址可 以與多個網(wǎng)絡主機相關(guān)聯(lián)。比如，視頻和電話會議應 用程序使用的久是多播地址。 E 類地址是保留地址，專門用于供IP相關(guān)的開發(fā)和實 驗使用。 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版9 2.3.1 詳談詳談 A類地址類地址 概念概念 一個A類IP地址由1字節(jié)（每個字節(jié)是8位）的網(wǎng) 絡地址和3個字節(jié)主機地址組成，網(wǎng)絡地址的最高位 必須是“0”。A類IP的地址第一個字段范圍是0127， 但是由于全0和全1的地址用作特殊用途，實際可指 派的第一個字段范圍是1126。 每個A類地址理論上可連接

6、16777214臺主機(減2的原因是： 全0的主機號字段表示該IP地址是“本主機”所連接 到的單個網(wǎng)絡地址。 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版10 例如例如： 一臺主機的ip地址為5.6.7.8，那么該主機所在的網(wǎng)絡 地址就是5.0.0.0；而全1表示“所有的”，因為全1的主機號 字段表示該網(wǎng)絡上的所有主機），Internet有126個可用的A類 地址。 使用范圍使用范圍 從 1.0.0.1 到 126.255.255.254 的單址廣播 IP 地址。 （127.0.0.1是環(huán)回測試用的固定的特殊IP） A類地址可提供的主機地址為個，也就是224-2個【這里

7、減2的原因是主機地址全0表示“本主機”所連接到的單個網(wǎng) 絡地址，而全1表示“所有”，即該網(wǎng)絡上所有主機】。 IP地址空間共有232個，整個A類地址共有231個，占整 個IP地址空間的50%。 A類地址默認子網(wǎng)掩碼為255.0.0.0 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版11 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版12 2.3.2 詳談詳談 B類地址類地址 概述概述 范圍從 128.0.0.1 到 191.255.255.254 的單址廣播 IP 地 址。前兩個八位字節(jié)指明網(wǎng)絡，后兩個八位字節(jié)指明網(wǎng)絡上的 主機。 B類地址范圍：128.0

8、.0.1到191.255.255.254。 B類地址的私有地址和保留地址 172.16.0.0到172.31.255.255是私有地址 169.254.0.0到169.254.255.255是保留地址。如果你的IP 地址是自動獲取IP地址，而你在網(wǎng)絡上又沒有找到可用的 DHCP服務器，這時你將會從169.254.0.0到169.254.255.255 中臨時獲得一個IP地址。 B類地址默認子網(wǎng)掩碼為255.255.0.0 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版13 一個B類IP地址由2個字節(jié)的網(wǎng)絡地址和2個字節(jié)的主機地址組 成，網(wǎng)絡地址的最高位必須是“10”，即第一

9、段數(shù)字范圍為 128191。每個B類地址可連接65534(216-2, 因為主機號的 各位不能同時為0,1)臺主機，Internet有16384(214)個B類地 址。 B類地址的分類類地址的分類 B類地址的前16位為網(wǎng)絡號，首位為10，后16位表示主 機地址。 B類地址理論上允許有214=16384個網(wǎng)段，每個網(wǎng) 絡理論上允許有216-2=65534臺主機。 適用適用 B類IP適用于節(jié)點比較多的網(wǎng)絡 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版14 2.3.3 詳談詳談 C類地址類地址 范圍從 192.0.0.1 到 223.255.255.254 的單址廣播 IP 地

10、址。 前三個八位字節(jié)指明網(wǎng)絡，后一個八位字節(jié)指明網(wǎng)絡上的主機。 “網(wǎng)絡負載平衡”為 C 類 IP 地址提供可選的會話支持（除了 支持單個 IP 地址以外）以適應在客戶站點使用多個代理服務 器的客戶。 一個C類ip地址是指，在IP地址的四段號碼中，前三段號 碼為網(wǎng)絡號碼，剩下的一段號碼為本地計算機的號碼。如果用 二進制表示IP地址的話，C類IP地址就由3字節(jié)的網(wǎng)絡地址和1 字節(jié)主機地址組成，網(wǎng)絡地址的最高位必須是“110”。C類IP 地址中網(wǎng)絡的標識長度為21位，主機標識的長度為8位，C類 網(wǎng)絡地址數(shù)量較多，適用于小規(guī)模的局域網(wǎng)絡，每個網(wǎng)絡最多 只能包含254臺計算機。 C類IP的私有地址：19

11、2.168.0.0192.168.255.255 C類地址默認子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版15 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版16 2.3.4 詳談詳談 D類地址類地址 D類地址用于多點廣播（Multicast）。 D類IP地址第一個字節(jié)以“1110”開始，它是一 個專門保留的地址。它并不指向特定的網(wǎng)絡，目前 這一類地址被用在多點廣播（Multicasting）中。多 點廣播地址用來一次尋址一組計算機，它標識共享 同一協(xié)議的一組計算機。 D類的IP地址不標識網(wǎng)絡，其地址覆蓋范圍為 2

12、24.0.0.0239.255.255.255。 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版17 2.3.5 詳談詳談 E類地址類地址 E類IP地址 E類IP地址 以“11110”開始，為將來使用保留。 全零（“0000”）地址對應于當前主機。 全“1”的IP地址（“255255255255”）是當 前子網(wǎng)的廣播地址。 他的第一字節(jié)的范圍是240255，主要用于 Internet試驗和開發(fā)。 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版18 2.4.1 廣播數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)廣播數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu) IP廣播數(shù)據(jù)包有兩個目的地址字段 一個是數(shù)據(jù)鏈路層的目的地址字段

13、一個是目的網(wǎng)絡地址字段 下圖描述了一個包含目的數(shù)據(jù)鏈路層地址0XFF-FF- FF-FF-FF-FF(廣播地址)和十進制目的IP地址 255.255.255.255的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。該數(shù)據(jù)包是一個 DHCP廣播數(shù)據(jù)包。 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版19 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版20 2.4.2 多播數(shù)據(jù)包和地址結(jié)構(gòu)多播數(shù)據(jù)包和地址結(jié)構(gòu) 明確兩點： 一、多播地址是由因特網(wǎng)名稱與數(shù)字地址分配機構(gòu) (ICANN)分配的。 二、D類地址都屬于多播地址，即范圍為 224.0.0.0239.255.255.255 No Imag

14、e TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版21 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版22 2.5 正在耗盡的正在耗盡的IP地址空間地址空間 隨著對Internet訪問的公用IP地址的日益增長，毫不 奇怪地可能出現(xiàn)的情況是，到20世紀90年代中期， 專家開始預測Internet將會“耗盡”可用的IP地址。 然后，最近擔心的理由在某種程度上有所緩解，理 由是： 域間路由的出現(xiàn)（Classless Inter-Domain Routing， CIDR） IP網(wǎng)絡地址的交易蒸蒸日上，價格昂貴。 3種私有IP的使用 網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換（NAT）技術(shù)的運用 No Imag

15、e TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版23 2.6 理解基本的二進制算術(shù)理解基本的二進制算術(shù) 必須掌握以下4種不同類型的二進制運算 將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù) 理解八位二進制數(shù)高階位置1后的數(shù)值對應于哪個十 進制數(shù) 理解八位二進制數(shù)低階位置1后的數(shù)值對應于哪個十 進制數(shù) No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版24 2.6.1 將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù) 舉例：將125轉(zhuǎn)換為二進制數(shù) 125 除以 2 等于 62, 余數(shù)是 1 62 除以 2 等于 31, 余數(shù)是 0 31 除以 2 等于 15, 余數(shù)是 1

16、 15 除以 2 等于 7, 余數(shù)是 1 7 除以 2 等于 3, 余數(shù)是 1 3 除以 2 等于 1, 余數(shù)是 1 1 除以 2 等于 0, 余數(shù)是 1 從下往上讀取二進制數(shù)，（125）10=（）2 驗證： （）2=1*26+1*25+1*24+1*23+1*22+1=125 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版25 2.6.2 將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 舉例：將轉(zhuǎn)換為10進制數(shù) 11011011 = 1*27+1*26+0*25+1*24+1*23+0*22+1*21+1*20 = 128+64+0+16+8+0+2+1 = 219 N

17、o Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版26 2.6.3 高階位模式高階位模式 二進制 十進制 10000000 128 11000000 192 11100000 224 11110000 240 11111000 248 11111100 252 11111110 254 11111111 255 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版27 2.6.4 低階位模式低階位模式 二進制 十進制 指數(shù) 00000001 1 21 - 1 00000011 3 22 - 1 00000111 7 23 - 1 00001111 15 24 - 1

18、 00011111 31 25 - 1 00111111 63 26 - 1 01111111 127 27 - 1 11111111 255 28 - 1 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版28 2.7 IP網(wǎng)絡、子網(wǎng)與掩碼網(wǎng)絡、子網(wǎng)與掩碼 如果兩個網(wǎng)卡位于同一個屋里網(wǎng)絡上，那么他們 能夠在MAC層直接相互通信。但是，當兩臺機器 之間的通信開始啟動時，計算機是通過一種稱之 為子網(wǎng)掩碼的特殊位模式進行識別的。對于使用 TCP/IP的任何網(wǎng)卡都必須定義子網(wǎng)掩碼）。 A、B、C類默認的子網(wǎng)掩碼如下： 類 結(jié)構(gòu) 默認掩碼 A類 n h.h.h 255.0.0.0 B類

19、 n.n h.h 255.255.0.0 C類 n.n.n h 255.255.255.0 子網(wǎng)掩碼識別IP地址的網(wǎng)絡部分。 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版29 2.7.1 IP 子網(wǎng)和超網(wǎng)子網(wǎng)和超網(wǎng) 子網(wǎng) 從主機部分竊入（借入）一些位來進一步劃分地址網(wǎng)絡部分的行 為稱為劃分子網(wǎng)地址，或稱為子網(wǎng)劃分。 比如：對于一個B類地址來說，其默認子網(wǎng)掩碼為255.255.0.0，子 網(wǎng)掩碼255.255.192.0表明它將從所有主機部分企鵝人的兩位用 于子網(wǎng)表示（由于十進制192用二進制表示為，說明高兩位用于 網(wǎng)絡部分）。使用一個兩位的子網(wǎng)掩碼，可以識別總共4個可能

20、的子網(wǎng)，原因在于兩個子網(wǎng)位構(gòu)成的可能模式中的每一個模式- 00、01、10、11-都能夠標識一個潛在的子網(wǎng)。 超網(wǎng) 通過把連續(xù)的網(wǎng)絡地址結(jié)合起來，它從網(wǎng)絡部分竊入一些位，并 使用它們構(gòu)建一個用于主機的單一的、連續(xù)的地址空間。 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版30 計算子網(wǎng)掩碼計算子網(wǎng)掩碼 子網(wǎng)掩碼的劃分技術(shù)種類有： 固定長度子網(wǎng)掩碼（Constant-length subnet masking ，CLSM） 變長子網(wǎng)掩碼（Variable-length subnet masking ， VLSM） 在VLSM中，根據(jù)實際需要，可以對某些高層子網(wǎng)地 址空間作進一

21、步劃分，劃分為更小一些的子網(wǎng)地址 空間。 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版31 設計固定長度子網(wǎng)掩碼（設計固定長度子網(wǎng)掩碼（CLSM） 為了設計CLSM子網(wǎng)掩碼，它的網(wǎng)絡的每一部分都有相同數(shù)量 的地址，按照下述步驟： 1、決定需要多少個子網(wǎng) 2、由于所需的子網(wǎng)數(shù)量必須使用位模式表示，在所需子網(wǎng)數(shù) 量上加2（一個用于網(wǎng)絡地址，另一個用于廣播地址），之后 舍入到更接近的、不小于此數(shù)的2的冪。如果加起來的結(jié)果恰 好是2的某次方，那么就直接使用這個數(shù)值。 3、自頂向下保留主機部分地址的位數(shù)。 4、確保每一個子網(wǎng)上有足夠的可用主機地址。 5、如果你正在使用RIP，那么使

22、用公式2b-2從掩碼中計算柯 用于子網(wǎng)數(shù)量，這里，b是子網(wǎng)掩碼中位的個數(shù)，減去2是因 為每一個IP網(wǎng)絡和子網(wǎng)絡都要求有一個網(wǎng)絡地址和一個廣播地 址。如果在使用不排除全0和全1地址的其他路由協(xié)議，那么 使用公式2b代替。 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版32 CLSM舉例舉例1 某公司向從其C類地址200.10.10.0中得到12個子網(wǎng)。 每一個子網(wǎng)接入10主機。請計算出每個子網(wǎng)的網(wǎng)絡 地址、廣播地址及可用的IP地址。 第1個子網(wǎng)： 網(wǎng)絡地址:200.10.10.0 廣播地址：200.10.10.15 可用IP地址：200.10.10.1200.10.10.14

23、 第2個子網(wǎng)： 網(wǎng)絡地址:200.10.10.16 廣播地址：200.10.10.31 可用IP地址：200.10.10.17200.10.10.30 依次類推 注意：掩碼均為255.255.255.240 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版33 CLSM舉例舉例2 某公司是一家在全世界擁有數(shù)百個分支機構(gòu)的大型跨國公 司，它想將其B類地址178.16.0.0劃分出300個子網(wǎng)。每個 子網(wǎng)需要超過100個主機地址。 第1步：29=512300255 所以要跨越兩個8字節(jié) 178.16.0000 0000.0000 0000 所以第1個網(wǎng)段： 網(wǎng)絡地址：178.16

24、.0000 0000.0 0000000=172.16.0.0 廣播地址：178.16.0000 0000.0 1111111=172.16.0.127 可用的IP地址：178.16.0.1178.16.0.126 子網(wǎng)掩碼：255.255.255.128 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版34 設計變長子網(wǎng)掩碼設計變長子網(wǎng)掩碼 分析各子網(wǎng)的需求 使用需要最大數(shù)量設備的子網(wǎng)確定子網(wǎng)掩碼的最小 長度（子網(wǎng)掩碼越小，它支持的子網(wǎng)個數(shù)越少，但 剩下的主機地址數(shù)量越多）。 將最大劃分子網(wǎng)劃分中定義的地址空間內(nèi)所需要少 量主機的子網(wǎng)合并。 定義一個提供必需子網(wǎng)數(shù)量、每一個

25、子網(wǎng)的大小適 宜其預定用途的VLSM模式，方法是合并大小子網(wǎng)， 構(gòu)建最有效的網(wǎng)絡流量模式。 No Image TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版35 計算超網(wǎng)計算超網(wǎng) 超網(wǎng)從IP地址的網(wǎng)絡部分“竊入”一些位，并把這 些位“出租”給主機。作為超網(wǎng)工作原理的一部分， 超網(wǎng)支持把多個IP地址合并起來，并使它們一同工 作，就像它們代表一個邏輯網(wǎng)絡那有。這樣做極大 地提高了局域網(wǎng)內(nèi)部的通信性能，原因在于它去除 了內(nèi)部路由的需要。 超網(wǎng)支持整組主機通過一個路由器地址即可通達實 際上這要重要得多，對于直接相互通信的主機都可 以這樣做，而不需要在地址池中的所有主機之間進 行路由操作。 No Im

26、age TCPIP協(xié)議原理與應用第協(xié)議原理與應用第3版版36 2.8 無類域間路由無類域間路由 (Classless Inter-Domain Routing，CIDR) CIDR（無類型域間選路，（無類型域間選路，Classless Inter-Domain Routing） 是一個在是一個在Internet上創(chuàng)建附加地址的方法，這些地址提供給服上創(chuàng)建附加地址的方法，這些地址提供給服 務提供商（務提供商（ISP），再由），再由ISP分配給客戶。分配給客戶。CIDR將路由集中起將路由集中起 來，使一個來，使一個IP地址代表主要骨干提供商服務的幾千個地址代表主要骨干提供商服務的幾千個IP地址，地

27、址， 從而減輕從而減輕Internet路由器的負擔。路由器的負擔。 CIDR 地址中包含標準的地址中包含標準的32位位IP地址和有關(guān)網(wǎng)絡前綴位數(shù)的信地址和有關(guān)網(wǎng)絡前綴位數(shù)的信 息。以息。以CIDR地址地址222.80.18.18/25為例，其中為例，其中“/25”表示其前表示其前 面地址中的前面地址中的前25位代表網(wǎng)絡部分，其余位代表主機部分。位代表網(wǎng)絡部分，其余位代表主機部分。 CIDR建立于建立于“超級組網(wǎng)超級組網(wǎng)”的基礎上，的基礎上，“超級組網(wǎng)超級組網(wǎng)”是是“子網(wǎng)子網(wǎng) 劃分劃分”的派生詞，可看作子網(wǎng)劃分的逆過程。子網(wǎng)劃分時，的派生詞，可看作子網(wǎng)劃分的逆過程。子網(wǎng)劃分時， 從地址主機部分借位，將其合并進網(wǎng)絡部分；而在超級組網(wǎng)從地址主機部分借位，將其合并進網(wǎng)絡部分；而在超級組網(wǎng) 中，則是將網(wǎng)絡部分的某些位合并進主機部分。這種無