第2章IP尋址的規(guī)劃和VLSM的子網(wǎng)劃分.ppt

1、第2章,IP尋址的規(guī)劃和VLSM的子網(wǎng)劃分,2.1IP地址類,按照原來的定義，IP尋址標(biāo)準(zhǔn)并沒有提供地址類，這些是后來加入的，以便于管理。地址類的實現(xiàn)將地址空間分解為數(shù)量有限的特大型網(wǎng)絡(luò)（A類），數(shù)量較多的中等網(wǎng)絡(luò)（B類）和數(shù)量非常多的小型網(wǎng)絡(luò)（C類）。另外，還定義了特殊的地址類，包括D類（用于多點傳送）和E類，這通常指試驗或研究類。盡管存在和這里說明的規(guī)則沖突的情況，本章的重點是分類的IP尋址。,IP地址的結(jié)構(gòu),P地址的32位結(jié)構(gòu)是由網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址組成的。分配給這些部分的位數(shù)隨著地址類的不同而不同。IP尋址中的策略大體和街道地址概念是類似的?？梢詫⒁凰孔佣x為121MaiNSt., 類

2、似地，一個IP地址包括網(wǎng)絡(luò)地址（MaiNSt.），以及主機(jī)地址（數(shù)121）。我們的房子地址使得郵件有可能送達(dá)，一個IP地址使得可能將來自源的數(shù)據(jù)通過路由而傳送到目的地。圖2.1說明了使用網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)地址的網(wǎng)絡(luò)地址的組織。,IP地址的結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)地址,顯示路由器接口地址的網(wǎng)絡(luò)之間的路由器,特殊情況：回路、廣播和網(wǎng)絡(luò)地址,IP地址空間中的某些地址已經(jīng)為特殊目的而保留，而且通常并不允許作為主機(jī)地址。這些保留地址的規(guī)則如下： IP地址的網(wǎng)絡(luò)地址部分不能設(shè)置為“全部為1”或“全部為0”。 IP地址的子網(wǎng)部分不能設(shè)置為“全部為1”或“全部為0”。 IP地址的主機(jī)地址部分不能設(shè)置為“全部為1”或“全部為0

3、”。 網(wǎng)絡(luò)127.X.X.X為網(wǎng)絡(luò)回環(huán)測試地址。,1.網(wǎng)絡(luò)地址,當(dāng)IP地址中的主機(jī)地址中的所有位都設(shè)置為0時，它指示為一個網(wǎng)絡(luò)，而不是哪個網(wǎng)絡(luò)上的特定主機(jī)。這些類型的條目通常可以在路由選擇表中找到，因為路由器控制網(wǎng)絡(luò)之間的通信量，而不是單個主機(jī)之間的通信量。 在一個子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，將主機(jī)位設(shè)置為0將代表特定的子網(wǎng)。同樣，為這個子網(wǎng)分配的所有位不能全為0，因為這將會代表上一級網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址。 最后，網(wǎng)絡(luò)位不能全部都是0，因為0是一個不合法的網(wǎng)絡(luò)地址，而且用于代表“未知網(wǎng)絡(luò)或地址”。,2.回路地址,網(wǎng)絡(luò)地址127.X.X.X已經(jīng)分配給當(dāng)?shù)鼗芈返刂贰＿@個地址的目的是提供對本地主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)配置的測試。使用這

4、個地址提供了對協(xié)議堆棧的內(nèi)部回路測試，這和使用主機(jī)的實際IP地址不同，它需要網(wǎng)絡(luò)連接。,3.本地廣播,當(dāng)IP地址中的所有位都設(shè)置為1時，產(chǎn)生的地址255.255.255.255，用于向本地網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)發(fā)送廣播消息。在網(wǎng)絡(luò)層的這個配置由相應(yīng)的硬件地址進(jìn)行鏡像，這個硬件地址也全部為1。一般地，這個硬件地址會是FFFFFFFFFFFF。通常路由器并不傳遞這些類型的廣播，除非特殊的配置命令它們這樣。,4.面向所有主機(jī)的廣播,如果將IP地址中的所有主機(jī)位設(shè)置為1，則這將解釋為面向那個網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)的廣播。這也稱為直接廣播，可以通過路由器進(jìn)行（如果配置它這樣）。這樣的面向所有主機(jī)廣播地址例子如132

5、.100.255.255或200.200.150.255。,5.面向所有子網(wǎng)的廣播,直接廣播的另一種類型是將所有的子網(wǎng)地址位設(shè)置為1。在這種情況下，廣播將傳播到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有子網(wǎng)。面向所有子網(wǎng)的廣播很少在路由器中實現(xiàn)。,2.1.3 識別地址類,IP地址的類可以通過查看地址中的前8位位組（最重要的）而確定。和最高位相關(guān)的位數(shù)式?jīng)Q定了地址類。位格式也定義了和每個地址類相關(guān)的8位位組的十進(jìn)制的范圍。,1.A類,A類地址，8位分配給網(wǎng)絡(luò)地址，24位分配給主機(jī)地址。如果第1個8位位組中的最高位是0，則地址是A類地址。這對應(yīng)于0127的可能的八位位組。在這些地址中， 0和127具有保留功能，所以實際的范圍是

6、1126。A類中僅僅有126個網(wǎng)絡(luò)可以使用。因為僅僅為網(wǎng)絡(luò)地址保留了8位，第1位必須是0。然而，主機(jī)數(shù)字可以有24位，所以每個網(wǎng)絡(luò)可以有16, 777, 213個主機(jī)。,2.B類,B類地址中，為網(wǎng)絡(luò)地址分配了16位，為主機(jī)地址分配了16位，一個B類地址可以用第1個8位位組的頭兩位為10來識別。這對應(yīng)的值從128191。既然頭兩位已經(jīng)預(yù)先定義，則實際上為網(wǎng)絡(luò)地址留下了14位，所以可能的組合產(chǎn)生了16, 383個網(wǎng)絡(luò)，而每個網(wǎng)絡(luò)包含65535個主機(jī)。,3.C類,C類為網(wǎng)絡(luò)地址分了24位，為主機(jī)地址留下了8位。C類地址的前8位位組的頭3位為110，這對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)從192 223。在C類地址中，僅僅

7、最后的8位位組用于主機(jī)地址，這限制了每個網(wǎng)絡(luò)最多僅僅能有254個主機(jī)。既然網(wǎng)絡(luò)編號有21位可以使用（3位已經(jīng)預(yù)先設(shè)置為110），則共有2097151個可能的網(wǎng)絡(luò)。,4.D類,D類地址以1110開始。這代表的八位位組從224 239。這些地址并不用于標(biāo)準(zhǔn)的IP地址。相反，D類地址指一組主機(jī)，它們作為多點傳送小組的成員而注冊。多點傳送小組和電子郵件分配列表類似。正如你可以使用分配列表名單來將一個消息發(fā)布給一些人一樣，你可以通過多點傳送地址將數(shù)據(jù)發(fā)送給一些主機(jī)。多點傳送需要特殊的路由配置；在默認(rèn)情況下，它不會轉(zhuǎn)發(fā)。,5.E類,如果第1個8位位組的前4位都設(shè)置為1111，則地址是一個E類地址。這些地址

8、的范圍為240 254。這類地址并不用于傳統(tǒng)的IP地址。這個地址類有時候指實驗室或研究類。,我們的大部分討論內(nèi)容的重點是A類、B類和C類，因為它們是用于常規(guī)IP尋址的類。表2-1總結(jié)了地址類的特點。 表2-1 IP地址范圍、類和位格式,2.1.4 子網(wǎng)掩碼的重要性,IP地址在沒有相關(guān)的子網(wǎng)掩碼的情況下是不能存在的。子網(wǎng)掩碼定義了構(gòu)成IP地址的32位中的多少位用于定義網(wǎng)絡(luò)，或者網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)子網(wǎng)。子網(wǎng)掩碼中的二進(jìn)制位構(gòu)成了一個過濾器，它僅僅通過應(yīng)該解釋為網(wǎng)絡(luò)地址的IP地址的那一部分。完成這個任務(wù)的過程稱為按位求與。按位求與是一個邏輯運(yùn)算，它對地址中的每一位和相應(yīng)的掩碼位進(jìn)行。,從表2-2中所示的例

9、子，我們可以看出，帶有子網(wǎng)掩碼255.255.0.0的IP地址189.200.191.239，被解釋為189.200.0.0網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)地址，它在網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)地址為191.239。為幫助你了解位和點分十進(jìn)制表示法之間的關(guān)系，表以二進(jìn)制和十進(jìn)制格式說明了地址和掩碼。完成這種轉(zhuǎn)換的一種快速方法是使用科學(xué)模式的WindowS計算器。它將在二進(jìn)制和十進(jìn)制格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。,表2-2 子網(wǎng)掩碼如何決定網(wǎng)絡(luò)地址,表2-3默認(rèn)子網(wǎng)掩碼、最大的網(wǎng)絡(luò)和主機(jī),2.1.5 二進(jìn)制和十進(jìn)制互相轉(zhuǎn)換,為了管理IP地址，有必要非常熟悉二進(jìn)制和十進(jìn)制相互轉(zhuǎn)換的過程。和在十進(jìn)制數(shù)中一位表示它的值是10的冪一樣，二進(jìn)制中的1位

10、表示它的值是2的冪，如表2-4所示。換句話說，從左向右，隨著位的移動，每一位依次乘以2。這個表僅僅表示了8位（一個8位位組）。為擴(kuò)展這個表，我們只需在左邊加入位，每個新位的值是前一個位的2倍。,1.十進(jìn)制到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換,為將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換到二進(jìn)制數(shù)，第一步是找到最高的二進(jìn)制位。最高的位意味著具有最大的十進(jìn)制值的位置。這個位的十進(jìn)制值將從數(shù)字中減去，然后就確定剩下的最高位。這個過程不斷重復(fù)，直至剩下的數(shù)為0。所有中間的位設(shè)置為0。,2.二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換,為從二進(jìn)制轉(zhuǎn)換到十進(jìn)制，以表示IP地址或子網(wǎng)掩碼，只需將二進(jìn)制表示的每一位和十進(jìn)制建立聯(lián)系，然后將這些十進(jìn)制相加。,2.2子網(wǎng)劃分和子網(wǎng)掩碼,

11、到現(xiàn)在為止，我們已經(jīng)討論了IP地址的結(jié)構(gòu)，其中包含網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址。IP地址中保留給網(wǎng)絡(luò)地址的那部分由網(wǎng)絡(luò)掩碼說明。我們也討論了，對于每種類的地址，在子網(wǎng)掩碼中有一個默認(rèn)的位數(shù)。沒有用于網(wǎng)絡(luò)地址的所有其他位都可以用于說明網(wǎng)絡(luò)上的特定主機(jī)?，F(xiàn)在我們將討論如何通過借用主機(jī)地址位，用它們來表示網(wǎng)絡(luò)的一部分，而進(jìn)一步將網(wǎng)絡(luò)分解為子網(wǎng)。,2.2.1 子網(wǎng)劃分的目的,在一個網(wǎng)絡(luò)上，通信量和主機(jī)的數(shù)量成比例，而且和每個主機(jī)產(chǎn)生的通信量的和成比例。隨著網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模越來越大，這種通信量可能達(dá)到這樣的一種地步，即超出了介質(zhì)的能力，而且網(wǎng)絡(luò)性能開始下降。在一個廣域網(wǎng)中，減少廣域網(wǎng)上不必要的通信量也是一個主要的話題。

12、在研究這樣的問題的過程中會發(fā)現(xiàn)，一組主機(jī)傾向于互相通信，而且和這個組外的通信非常少。這些分組可以按照一般的網(wǎng)絡(luò)資源的用途來說明，或者按照幾何距離來劃分，它使局域網(wǎng)之間的低速廣域網(wǎng)連接成為必要。通過使用子網(wǎng)，我們可以將網(wǎng)絡(luò)分段，因而隔離各個組之間的通信量。為在這些網(wǎng)段之間通信，必須提供一種方法以從一個段向另一個段傳遞通信量。 這個問題的一個解決方法是用網(wǎng)橋來隔離這些網(wǎng)段。網(wǎng)橋?qū)W(xué)習(xí)在它的每一邊所駐留的地址，方法是查看MAC地址，然后僅僅轉(zhuǎn)發(fā)需要通過網(wǎng)段的數(shù)據(jù)包。這是一個快速和相對廉價的解決方法，但是缺乏靈活性。例如，如果網(wǎng)橋發(fā)現(xiàn)它可以從任何一邊而達(dá)到給定的地址，則網(wǎng)橋會感到迷惑。這使得一般不可能

13、用網(wǎng)橋建立多余的路徑。網(wǎng)橋也傳送廣播。一個更加堅固的解決方法是使用路由器，它指揮網(wǎng)絡(luò)之間的通信量，方法是使用建立網(wǎng)絡(luò)目的地和路由器的特定端口之間的聯(lián)系的表格。每個這樣的端口都連接到源網(wǎng)絡(luò)目的網(wǎng)絡(luò)或一些中間網(wǎng)絡(luò)上，這些中間網(wǎng)絡(luò)可以通向最終的目的網(wǎng)絡(luò)。通過使用路由器，我們可以為數(shù)據(jù)定義多個路徑，這增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的故障耐受能力和性能。 在路由網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行尋址的方法可能僅僅給每個網(wǎng)段一個不同的網(wǎng)絡(luò)地址。這在隔離的網(wǎng)絡(luò)中可以使用，但是如果網(wǎng)絡(luò)連接到外部世界，則這種結(jié)果并不是我們所期望的。為連接到INTERNEt上，必須有一個唯一的網(wǎng)絡(luò)地址，它必須由規(guī)則代理機(jī)構(gòu)指定。這些網(wǎng)絡(luò)地址的需求量非常大，但是通常很少提供

14、。如果沒有通過一個網(wǎng)絡(luò)地址而具有一個公共的入口點，我們也增加了從公共網(wǎng)絡(luò)到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的路由數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。 為得到單個網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)性和簡單性，同時也要提供內(nèi)部段和路由我們的網(wǎng)絡(luò)的能力，我們使用子網(wǎng)。從外部路由器的角度來看，我們的網(wǎng)絡(luò)會作為單個的整體出現(xiàn)。然而，在內(nèi)部，我們?nèi)匀煌ㄟ^子網(wǎng)而提供網(wǎng)段，而且用內(nèi)部路由器來指揮和隔離子網(wǎng)之間的通信量。下面的章節(jié)將討論子網(wǎng)掩碼在定義子網(wǎng)中的角色。,2.2.2 在默認(rèn)子網(wǎng)掩碼中加入位,我們已經(jīng)了解，一個IP地址必須在它的子網(wǎng)掩碼的環(huán)境中解釋。子網(wǎng)掩碼定義了地址的網(wǎng)絡(luò)地址部分。每類地址具有默認(rèn)的掩碼，對于A類為8位，對于B類為16位，對于C類為24位。 如果我們希望

15、在一個網(wǎng)絡(luò)中建立子網(wǎng)，我們在這個默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼中加入一些位，它減少了用于主機(jī)地址的位數(shù)。我們加入到掩碼中的位數(shù)決定了我們可以配置的子網(wǎng)。因而，在一個劃分了子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中，每個地址包含一個網(wǎng)絡(luò)地址、一個子網(wǎng)端口和一個主機(jī)地址。子網(wǎng)位來自主機(jī)地址的最高的相鄰的位，并從一個8位位組邊界開始，因為默認(rèn)掩碼總是在8位位組邊界處結(jié)束。隨著我們加入子網(wǎng)位，我們從左到右計數(shù)，并用和它們的位位置相關(guān)的值，將它們轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。 從每個加入的子網(wǎng)位中得到的子網(wǎng)的數(shù)量總結(jié)在表2-7中。注意，可以使用的子網(wǎng)位的最少數(shù)目為2，因為我們不能在子網(wǎng)ID中使用全1或全0。同樣，位的最大數(shù)目也必須為主機(jī)地址留下至少2位，其原因是對

16、全0和全1的類似的限制。,2.3子網(wǎng)規(guī)劃,子網(wǎng)規(guī)劃的過程涉及到分析網(wǎng)絡(luò)上的通信量形式，以確定哪些主機(jī)應(yīng)該分在同一個子網(wǎng)中。我們也需要了解我們需要的子網(wǎng)的整體數(shù)目，通常考慮發(fā)展的因素，而留下一個空間。我們也需要考慮我們正在處理的網(wǎng)絡(luò)的地址類和我們預(yù)料的在每個子網(wǎng)中必須支持的主機(jī)的總數(shù)。,2.3.1 選擇子網(wǎng)掩碼,在選擇子網(wǎng)過程中，主要的考慮就是我們需要支持多少個子網(wǎng)。當(dāng)然，這個挑戰(zhàn)是平衡每個子網(wǎng)所具有的最大的主機(jī)數(shù)量和子網(wǎng)的數(shù)量。每個網(wǎng)絡(luò)、子網(wǎng)和地址的主機(jī)部分僅僅可以使用32位。如果我們選擇了一個子網(wǎng)掩碼，它提供的子網(wǎng)多于我們所需要的，則這將減少我們可以支持的潛在的主機(jī)數(shù)量。 在選擇掩碼時的其他

17、的考慮就是記住對全部為0或全部為1的子網(wǎng)值的限制。這通常會引起類似31個子網(wǎng)這樣的問題。雖然這少于我們用5個子網(wǎng)時可以得到的32個組合，它將代表不符合規(guī)定的位組合，因為它們?nèi)慷际?。因而，我們必須使用6位，這會產(chǎn)生62個可用的子網(wǎng)。 為幫助你在子網(wǎng)數(shù)目的基礎(chǔ)上選擇合適的子網(wǎng)掩碼，請參看表2-7。,表2-7 子網(wǎng)位、掩碼格式和提供的子網(wǎng)數(shù)目,2.3.2 主機(jī)數(shù)目的影響,記住，我們用于子網(wǎng)的位數(shù)要從指定給主機(jī)地址的位數(shù)中減去。每個二進(jìn)制位代表2的冪，所以我們所用掉的每位將使每個子網(wǎng)的潛在主機(jī)數(shù)目減半。因為地址類定義了主機(jī)位數(shù)的最大數(shù)目，每個地址類都受到了子網(wǎng)的不同影響。因而，如果給定了一個網(wǎng)絡(luò)規(guī)

18、劃，它具有一定數(shù)量的子網(wǎng)，每個子網(wǎng)期望支持一定數(shù)目的主機(jī)和一定的地址類，則我們可能發(fā)現(xiàn)，我們不得不用較少的子網(wǎng)，支持較少的主機(jī)，或選擇不同的地址類來滿足我們的需要。對于每類，子網(wǎng)對主機(jī)數(shù)目的影響總結(jié)在表2-8中。,表2-8 每個子網(wǎng)的主機(jī)數(shù)量，取決于掩碼和地址類別,2.3.3 確定每個子網(wǎng)的地址范圍,一旦我們確定了合適的子網(wǎng)掩碼，下一個挑戰(zhàn)就是確定每個子網(wǎng)的地址和每個子網(wǎng)上主機(jī)地址的允許范圍。每個子網(wǎng)的地址可以通過查看子網(wǎng)掩碼的最低位而確定。這個位的值是第一個可用的子網(wǎng)。因為我們沒有子網(wǎng)ID，它的位全部為0（這個子網(wǎng)地址已經(jīng)保留了），設(shè)置所有的位，但是將第一位設(shè)置為0將產(chǎn)生最小的子網(wǎng)ID。 子

19、網(wǎng)ID之間的間隔范圍也等于最低的子網(wǎng)位的值。這涉及到位所關(guān)聯(lián)的2的冪。如果最低的位是16，則下一個值是32。每次當(dāng)我們增加位時，子網(wǎng)的值會隨其最低位的改變而改變。這將持續(xù)到所有的子網(wǎng)值都為1，這個值是無法使用的，因為它是一個廣播地址。 在表2-9中，假設(shè)了一個帶有子網(wǎng)掩碼255.255.224.0的網(wǎng)絡(luò)地址135.120.0.0。 表2-10總結(jié)了確定子網(wǎng)地址值的過程和子網(wǎng)之間的間隔。,表2-9 確定子網(wǎng)地址,表2-10 確定給定掩碼的有效的子網(wǎng)地址,一旦我們確定了每個子網(wǎng)的地址，我們就可以確定每個子網(wǎng)內(nèi)允許的主機(jī)地址范圍。下面的例子說明了確定地址范圍的原則。 1）第一個可以使用的主機(jī)地址比子網(wǎng)ID高1位。換句話說，如果子網(wǎng)是120.100.16.0，則第一個主機(jī)地址是120.100.16.1。 2）假設(shè)我們?yōu)樽泳W(wǎng)使用4位，則下一個較高的子網(wǎng)地址是120.100.32.0。如果我們從這個地址中減去一位，我們將得到較低的子網(wǎng)的廣播地址。這就是地址120.10