计算机网络技术计算机网络技术IP地址的分类与划分子网地址的分类与划分子网2学习目标：学习目标：n了解IP地址的分类n了解子网的含义n理解划分子网的好处n掌握划分子网的方法n根据需求，熟练配置子网掩码3主要内容：主要内容：n网络互联n关于IPn子网掩码n子网划分方法n实例n网络互联qIP层网络互联 随着信息技术的发展，单一的局域网络无法满足用户各种的需求。我们在日常生活中使用的计算机网络通常都是由多种不同类型的局域网互联而形成的。这种互联网络简称为互联网(internet)，是利用互联设备路由器（Router）将两个或多个物理网络相互联接而形成的。 n网络互联q6.1.1 IP层网络互联 互联网 n6.1 网络互联q6.1.1 IP层网络互联 互联网屏蔽了各个物理局域网络的差别（例如寻址机制的差别、帧最大长度的差别、差错恢复的差别等等），隐藏了各个物理网络实现细节，为用户提供通用服务。因此，用户常常把互联网看成一个虚拟网络系统。 n网络互联q6.1.1 IP层网络互联 虚拟IP网 n网络互联q6.1.2 IP层与数据链路层 如果说IP数据报是IP互联网中行驶的车辆，那么IP协议就是IP互联网中的交通规则，连入互联网的每台计算机及处于十字路口的路由器都必须熟知和遵守该交通规则。发送数据的主机需要按IP协议装载数据，路由器需要按IP协议指挥交通，接收数据的主机需要按IP协议拆卸数据。满载着数据的IP数据包从源主机出发，在沿途各个路由器的指挥下，就可以顺利地到达目的主机。n6.1 网络互联q6.1.2 IP层与数据链路层 互联网工作机理示意图 n6.1 网络互联q6.1.2 IP层与数据链路层 虚拟IP层直接传输 n6.1 网络互联q6.1.3 IP层的特点 互联网应该屏蔽低层网络的差异，为用户提供通用的服务。具体地讲，运行IP协议的互联层可以为其高层用户提供的服务有如下3个特点。u(1)不可靠的数据投递服务。u(2)面向无连接的传输服务。u(3)尽最大努力投递服务。n6.1 网络互联q6.1.4 IP互联网的特点 IP互联网是一种面向非连接的互联网络，它对各个物理网络进行高度的抽象，形成一个大的虚拟网络。总的来说，IP互联网具有如下特点：u（1）IP互联网隐藏了低层物理网络细节，向上为用户提供通用的、一致的网络服务。u（2）IP互联网不指定网络互联的拓扑结构，也不要求网络之间全互联。u（3）IP互联网能在物理网络之间转发数据，信息可以跨网传输。u（4）IP互联网中的所有计算机使用统一的、全局的地址描述法。u（5）IP互联网平等地对待互联网中的每一个网络，不管这个网络规模是大还是小，也不管这个网络的速度是快还是慢。n6.2 IP地址q6.2.1 IP地址的作用 现存的网络统一物理地址的表示方法是不现实的。因为物理地址表示方法是和每一种物理网络的具体特性联系在一起的，市场也需要不同的物理网络。因此，互联网对各种物理网络地址的“统一”必须在IP层完成。 Internet使用IP协议，在全球范围内实现不同硬件结构、不同操作系统、不同网络系统的互联。在Internet上，每一个节点都依靠IP地址互相区分和相互联系。n6.2 IP地址q6.2.1 IP地址的作用 IP地址构成了整个Internet的基础。每一台联网的主机无权自行设定IP地址，而是由因特网名字与号码指派公司（ICANN）负责对申请的组织分配唯一的网络ID,而该组织可以对自己的网络中的每一个主机分配一个唯一的主机ID。正如一个单位无权决定自己在所属城市的街道名称和门牌号，但可以自主决定本单位内部的各个办公室编号一样。n6.2 IP地址q6.2.2 IP地址的层次结构互联网的层次结构 IP地址的层次结构 16nInternet依靠TCP/IP协议，在全球范围内实现不同硬件结构、不同操作系统、不同网络系统的互联。n在Internet上，每一个节点都依靠唯一的IP地址互相区分和相互联系。1.0关于关于IP17nIP地址是一个32位二进制数的地址, 由4个8位字段组成，每个字段之间用点号隔开,用于标识TCP/IP宿主机。nIP地址由两部分组成，前面一部分是是网络号，后面是主机号。n网络号决定了主机所处位置的信息，相当于我们电话号码的区号，主机号才是该机器的地址。 nIP地址原理是基于二进制的形式，但我们在使用的时候，全部换算成了十进制，只有在计算子网掩码的时候，才用二进制的形式来表示。 例如二进制IP地址：11001010 01011101 01111000 00101100表示成点分十进制：1.0关于关于IP18IPv4 A类地址A 类网络类网络 ID 的前缀长度只有的前缀长度只有 8 位。位。A 类网络类网络 ID 的网络数量限制为的网络数量限制为1 126 个。个。A类地址的第一个位总为0，这一点在数学上限制了A类地址的范围小于127主机主机 ID 24 位可用来标识多达位可用来标识多达 16,777,214 个主机。个主机。这个数是由2的24次方再减去2得到的。减2是必要的，因为IP把全0保留为表示网络而全1表示网络内的广播地址。其中10.0.0.0 和保留 0网络网络ID位位主机主机ID位位A类地址类地址19IPv4 B类地址16位表示位表示 B 类网络类网络 ID，用，用 16 位表示主机位表示主机 ID。B类地址的第1个8位位组的前两位总置为10可以将可以将 B 类地址分配给类地址分配给 16,384 个网络，（个网络，（128191）每）每个网络可以有个网络可以有 65,534 个主机。个主机。216-2=65534,其中和保留。其中和保留。 10网络网络ID位位主机主机ID位位B类地址类地址20IPv4 C类地址C 类地址的三个高序位总是设置为类地址的三个高序位总是设置为 110，前，前 24 位中剩余位中剩余21位指定特定的网络，后位指定特定的网络，后 8 位指定了特定的主机。位指定了特定的主机。C 类地址可以分配给类地址可以分配给 2,097,152 个网络，（个网络，（192223）每个）每个网络可以有网络可以有 254 （28-2）个主机。）个主机。110网络网络ID位位主机主机ID位位C类地址类地址D类地址类地址nD 类地址用于在IP网络中的组播( multicasting ，又称为多目广播)。D类地址的前4位恒为1110 ，预置前3位为1意味着D类地址开始于128+64+32等于224。第4位为0意味着D类地址的最大值为128+64+32+8+4+2+1为239，因此D类地址空间的范围从到239. 255. 255.25421E类地址类地址nE 类地址保留作研究之用。因此Internet上没有可用的E类地址。E类地址的前4位恒为1，因此有效的地址范围从240.0.0.0 至。22关于关于IPnIP类别第一个字节的格式网络数每个网络容纳的主机数分辨方法A0xxxxxxx126167772141-126B10xxxxxx1638465534128-191C110xxxxx2097152254192-223IP地址分类情况表 根据分类IP地址的格式可以算出这三类地址中容纳的网络数和主机数。具体情况如表所示 24关于关于IP25n网络网络172.16.0.0172.16.0.1 172.16.0.2 172.16.0.3.172.16.255.253 172.16.255.2541.0关于关于IP回顾回顾关于关于IP 并不是所有的IP地址都能拿来分配，其中一些地址是有特殊含义的。大致有三种情况：q主机ID不能“全部是0”或“全部是1”。 qIP地址的网络ID和主机ID不能设成“全部为0”或“全部为1”。 qIP地址的头一个字节不能是127。 网络ID主机ID地址类型用途ANY全“0”网络地址代表一个网络ANY全“1”广播地址特定网段的所有节点首字节127ANY回环地址回环测试全“0”所有网络用于路由器指定默认路由全“1”本地广播向本网段的所有节点广播n6 IP地址q6.2.5 特殊IP地址 正如特别的电话号码表示特别的用途，也需要特殊的IP地址表示一些特殊的含义。1.网络地址 在互联网中，经常需要使用“网络地址”表示一个网络。IP地址方案规定，网络地址是：有效的网络号 + 全“0”的主机号。 例如，在A类网络中，地址就表示网络号为69的网络地址。IP地址为的主机所处的网络为，它的主机号为67。n IP地址q6.2.5 特殊IP地址2.广播地址 当一个主机向网络上所有的主机发送数据时，就产生了广播。IP广播有两种形式。（1）直接广播 IP地址方案规定，直接广播地址是：有效的网络号 + 全“1”的主机号。 在IP互联网中，任意一台主机均可向其他网络进行直接广播。例如C类地址就是一个直接广播地址。向这个地址发送信息，会将信息同时发送到网络里面的所有主机。nIP地址q6.2.5 特殊IP地址2.广播地址（2）本网广播 地址表示本网广播地址，也称作有限广播地址。如果分类IP编址，那么广播将被限制在本网络之中；如果采用子网划分编址，那么广播将被限制在本子网之中。 本网广播不需要知道网络号。因此，在主机不知道本机所处的网络时（如主机的启动过程中），只能采用本网广播方式。n IP地址q6.2.5 特殊IP地址3.环回地址 环回地址（Loopback Address）也称为回送地址。网络号为的地址是一个保留地址，代表“本机”，用于网络软件测试以及本机进程之间。无论什么程序，一旦使用环回地址发送数据，系统的中TCP/IP协议软件不进行任何网络传输，立即将之返回。因此，含有网络号127的数据报不可能出现在任何网络上。常常使用“ping 127.0.0.1”来测试本机TCP/IP协议软件是否正常工作。n IP地址q6.2.5 特殊IP地址4.内网地址 内网地址，也称专用地址。这些地址只能用于一个单位的内部通信，而不能用于和因特网上的主机通信。保留了三个地址区域作为内网地址，其地址范围如下：uA类： uB类： uC类： 如果使用的是内网地址，又想访问因特网，必须通过路由器或服务器的NAT（网络地址转换）服务，把内网地址转换为合法的IP地址，来“间接”上网，也就是常说的“共享上网”。n IP地址q6.2.6 IP编址实例nIP地址q6.2.7 子网划分1.为什么要划分子网 Internet组织机构在早期定义这五种分类的IP地址，在今天看来存在着很多不合理的地方。u（1）IP地址利用率较低 u（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。u（3）两级的IP地址不够灵活34一、划分子网一、划分子网1减少网络拥塞减少网络拥塞-把大量用户放在单个网段上容易拥挤。把大量用户放在单个网段上容易拥挤。2可以支持不同的网络技术可以支持不同的网络技术-支持异构网络支持异构网络3保证网络的安全性保证网络的安全性-可以用路由器将一个网段和另一个隔开可以用路由器将一个网段和另一个隔开4可以减少广播的影响可以减少广播的影响-实现更小的广播域实现更小的广播域5解决不同物理空间的主机使用同一网络解决不同物理空间的主机使用同一网络子网子网n6.2 IP地址q6.2.7 子网划分 子网编址将IP地址的主机号部分进一步划分成子网号部分和主机号部分，使两级的IP地址就变成了三级IP地址。三级IP地址的层次结构 n6.2 IP地址q6.2.7 子网划分 子网划分实例 n6.2 IP地址q6.2.7 子网划分 与标准的IP地址一样，子网编址也定义子网网络地址和子网广播。主机号全“0”表示子网网络地址，主机号全“1”表示子网广播地址。 对一个C类网络进行子网划分 子网子网号主机号第4字节（10进制）主机数容量子网地址广播地址可以使用的IP10010000011111326330202.113.26.32202.113.26.63202.113.26.336220100000011111649530202.113.26.64202.113.26.95202.113.26.6594301100000111119612730202.113.26.96202.113.26.127202.113.26.971264100000001111112815930202.113.26.128202.113.26.159202.113.26.1291585101000001111116019130202.113.26.160202.113.26.191202.113.26.1611906110000001111119222330202.113.26.192202.113.26.223202.113.26.193222381.1子网子网n子网通过子网通过“子网掩码子网掩码”表示表示n子网掩码不能单独存在，它必须结合子网掩码不能单独存在，它必须结合IPIP地址一起使用。子地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个网掩码只有一个作用，就是将某个IPIP地址划分成地址划分成网络地址网络地址和主机地址两部分和主机地址两部分。q子网掩码采用了子网掩码采用了3232位二进制数值位二进制数值q与与IPIP地址的地址的网络号和子网号相对应的位网络号和子网号相对应的位用用“1 1”表表示示q与与IPIP地址的地址的主机号相对应的位主机号相对应的位用用“0 0”表示表示n6.3 子网掩码q6.3.2 子网掩码举例40net-idnet-idhost-id 为全 0net-id网络地址A类地址默认子网掩码网络地址B类地址默认子网掩码网络地址C类地址默认子网掩码1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0host-id 为全 0host-id 为全 0A B C A B C 类类 IP IP 地址的默认子网掩码地址的默认子网掩码 41 自定义自定义子网掩码：子网掩码：子网掩码根据子网的变化而变化子网掩码根据子网的变化而变化 未做子网划分的未做子网划分的ip地址：地址：网络号主机号网络号主机号做子网划分后的做子网划分后的ip地址：地址：网络号子网号子网络号子网号子网主机号。网主机号。也就是说也就是说ip地址在划分子网后，地址在划分子网后，以前的主机号以前的主机号位置的一部分给了子网号位置的一部分给了子网号，余下的是子网主机，余下的是子网主机号。号。 1.2子网掩码421.3划分子网方法划分子网方法n划分子网就是确定划分子网就是确定子网位子网位。n子网位来自主机地址的子网位来自主机地址的最高相邻位最高相邻位，并从，并从一个一个8位的位组位的位组边界边界开始，因为默认的子网开始，因为默认的子网掩码总是在掩码总是在8位位组的边界处结束。位位组的边界处结束。n随着主机位中加入子网位的增加，我们可随着主机位中加入子网位的增加，我们可以从左到右计数，并用相关位置的值。以从左到右计数，并用相关位置的值。431.4子网划分实例子网划分实例例例1：学院新建：学院新建4个机房，每个房间有个机房，每个房间有25台机器，给定台机器，给定一个网络地址空间：，现在需要将其划分为一个网络地址空间：，现在需要将其划分为4个子网。个子网。求子网地址与子网掩码？求子网地址与子网掩码？ 分析：是一个分析：是一个C类的类的IP地址，标准掩码为：，如要划地址，标准掩码为：，如要划分为分为4个子网必然要向最后的个子网必然要向最后的8位主机号借位（位主机号借位（网络号网络号不能用不能用），那借几位呢？），那借几位呢？44未划分子网情况：未划分子网情况：192. 168. 10. 011000000 10101000 00001010 0000000011111111 11111111 11111111 00000000255. 255. 255. 0. 划分四个子网后的情况：划分四个子网后的情况：1.4子网划分实例子网划分实例45192. 168. 10. 011000000 10101000 00001010 0000001011111111 11111111 11111111 11100000255. 255. 255. 224. 借三位有如下几种情况：借三位有如下几种情况：000 不能用不能用,全全0 0表示网络地址表示网络地址111 不能用不能用,全全1 1表示广播地址表示广播地址001 1 010 2 011 3100 4 101 5 110 61.4子网划分实例子网划分实例46相对应的子网需要相对应的子网需要借借3位，位，主机位数主机位数剩剩5位位。确定了子网部分，最后的这确定了子网部分，最后的这8位得到位得到6个可用的个可用的子网地址：全部转换为点分十进制表示如下子网地址：全部转换为点分十进制表示如下：1.4子网划分实例子网划分实例47这就得出了所有子网的网络地址，下面确定子网的主这就得出了所有子网的网络地址，下面确定子网的主机地址：机地址：注意：注意：在一个网络中主机地址全为在一个网络中主机地址全为0的的IP是网络地址，是网络地址， 全为全为1的的IP是网络广播地址，不可用。是网络广播地址，不可用。所以我们的子网地址和子网主机地址如下：所以我们的子网地址和子网主机地址如下：1.4子网划分实例子网划分实例481.4子网划分实例子网划分实例子网子网1的的IP区间：区间：11000000 ,10101000, 00001010 ,00111000000 ,10101000 ,00001010 ,001子网子网2的的IP区间：区间：11000000 ,10101000 ,00001010 ,01011000000 ,10101000 ,00001010 ,01049子网子网1： 192.168.10.32 掩码：掩码： 255.255.255.224主机主机IP：192.168.10.3362子网子网2： 192.168.10.64 掩码：掩码： 255.255.255.224主机主机IP：192.168.10.6594子网子网3： 192.168.10.96 掩码：掩码： 255.255.255.224主机主机IP：192.168.10.971261.4子网划分实例子网划分实例50子网子网4： 192.168.10.128 掩码：掩码：255.255.255.224主机主机IP：192.168.10.129158子网子网5： 192.168.10.160 掩码：掩码： 255.255.255.224主机主机IP：192.168.10.161190子网子网6： 192.168.10.192 掩码：掩码： 255.255.255.224主机主机IP：192.168.10.193222我们取出前面的我们取出前面的4个子网就可以完成题目了。个子网就可以完成题目了。1.4子网划分实例子网划分实例1.4子网划分子网划分 尽管子网划分便于对网络的管理，但是也应该注意，子网划分实际上要耗费一些IP地址。以上面的例子来看，当拿出3位主机ID作为子网ID时，原本可以获得8个子网，每个子网30个可用IP地址。但是，按照子网划分的要求，全“0”和全“1”的子网ID不能使用。这就意味着有60个IP地址因为子网划分而不能分配。由此可见，子网划分同样有利有弊。 C类网络的子网划分类网络的子网划分子网划分主要考虑两个问题： q当前网络需要划分几个子网；q每个子网最多支持多少台主机。子网位数子网数量主机位数主机数量掩码22662255.255.255.19236530255.255.255.224414414255.255.255.24053036255.255.255.24866222255.255.255.252C类网络的子网划分 53例例2 2、网络上有多少可用、网络上有多少可用 的主机地址？的主机地址？ A.2 B. 8 C. 16 A.2 B. 8 C. 16 D. 32 D. 32注：注：3030表示子网掩码前表示子网掩码前3030位为位为1 11.4子网划分实例子网划分实例54例例3、一个公司有、一个公司有10个部门，要求给每个部门划个部门，要求给每个部门划分不同的网段，但是都在这个大网内，并且每分不同的网段，但是都在这个大网内，并且每个部门要容纳个部门要容纳20台计算机。请为这个公司选择台计算机。请为这个公司选择子网掩码。子网掩码。A）255.255.255.192B）255.255.255.224C）255.255.255.240D）不能实现）不能实现1.4子网划分实例子网划分实例1.4子网划分实例子网划分实例 下面用一个具体的实例来说明子网划分的过程。比如某个公司获得了一个C类网络地址，该公司现有负责市场、生产和科研的三个部门，这三个部门要分属不同的子网，每个子网最多支持20台主机，现在要求规划出子网掩码和每个子网可用的IP地址。 1.4子网划分实例子网划分实例n6.4 无分类编址CIDR 子网编址对IP地址的利用率还是不够高。根本原因在于分类编址的网络类别只能使用一种子网掩码，这就限制了在给定的子网数目条件下主机的数目。采用变长子网掩码VLSM（Variable Length Subnet Mask），可在划分子网时可使用多个不同的子网掩码。变长子网掩码可进一步提高IP资源的利用率。 在变长子网掩码的基础之上又发展出了无分类编址方法CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无分类域间路由选择）。分类编址实际上是无分类编址的一个特例。n6.4 无分类编址CIDR1.CIDR消除了传统的ABC类地址以及划分子网的概念 CIDR把32位的IP地址划分为两个部分。前面的部分是“网络前缀”（network-prefix），简称“前缀”，用来指明网络，后面的部分则用来指明主机。CIDR使IP地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。 CIDR的表示方法是：网络前缀 + 主机号 CIDR的网络前缀使用13位27位可变网络号，而不是ABC类网络ID所用的固定的8、16和24位。CIDR采用“斜线记法”表示网络前缀，即在IP地址后面加上斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数。 例如：IP地址，表示前20位是网络地址，后面12位是主机地址。n6.4 无分类编址CIDR2.CIDR地址块 CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”。我们只要知道CIDR地址块中的任何一个地址，就可以知道这个地址块的起始地址（即最小地址）和最大地址，以及地址块中的地址数。 例如：IP地址， 128.14.35.7/20=10000000 00001110 00100011 00000111 “”之内的地址是网络地址，之外是主机地址。 这个地址所在的地址块共有212=4096个地址，其中最小地址和最大地址为：在保持网络前缀不变的情况下，把主机号置为全0和全1即可得到最小地址（）和最大地址（）。主机号为全0和全1的地址一般并不使用，通常只使用在这两个地址之间的地址。n6.4 无分类编址CIDR3.地址掩码 CIDR也使用32位的地址掩码（addres mask），简称掩码。地址掩码也是由一串1和一串0组成的，而其中1的个数就是网络前缀的长度， 如的地址掩码是（有20个1）： n6.4 无分类编址CIDR4.路由聚合和构成超网 一个CIDR地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，也称为构成超网(supernetting)。构成超网可看作传统子网划分的逆过程。子网划分时，从主机地址部分借位，将进一步划分网络；而在构成超网中，则是将网络部分的某些位合并进主机部分。这种无类别超级组网技术通过将一组较小的无类别网络汇聚为一个较大的单一路由表项，减少了路由器中路由表条目的数量。n6.5 地址解析协议ARP IP层只是一个虚拟的层次，不能直接传输数据，必须要依靠下层的物理网络来传输数据。 IP地址与硬件地址 n6.5 地址解析协议ARPq6.5.1 完整的ARP工作过程完整的ARP工作过程 n6.5 地址解析协议ARPq6.5.2 ARP命令的使用详见教材n6.6 IP地址规划与配置实训q6.6.1 需求分析q6.6.2 分配地址q网络拓扑图q6.6.4 配置IP地址q6.6.5 连通测试n6.6 IP地址规划与配置实训网络拓扑图 详见教材