IP地址规划和管理

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1、IP地址的规划与管理,学习内容,熟悉计算机网络中的编址方法 掌握IP编址的特点 掌握掩码、子网、子网掩码等常用概念 掌握IP地址的划分和管理方法 培养规划和管理IP网络的能力 了解IPv6地址,要求掌握IP地址的划分和管理方法 掌握掩码、子网、子网掩码等常用概念 初步形成规划和管理IP网络的能力,1. 计算机网络中的编址,网络编址的目的是给网络中的每一个节点一个唯一的标识，实现不同节点之间的身份识别。每一种网络体系结构都有自己的编址方案，每一种编址方案都确定了地址长度，利用MAC地址的长度为48位、IPv4的地址长度为32位、IPv6的地址长度为128位。,1.1 TCP/IP中的地址关系,在

2、TCP/IP网络中存在3种地址，分别为物理地址（MAC地址）、逻辑地址（IP地址）和端口地址。,1.2 MAC地址概述,MAC地址是以太网二层使用的一个地址，用来标识设备位置； 在网络底层的物理传输过程中，是通过物理地址来识别主机的，它一般也是全球唯一的。 由6字节16进制数组成(48bit)例：00-80-C2-00-00-00,前24位为组织唯一标识符(蓝色部分),后24位由厂家自行定义(绿色部分),MAC地址说明,MAC地址的长度为48位（6个字节），通常表示为12个16进制数，每2个16进制数之间用冒号隔开，如：08:00:20:0A:8C:6D就是一个MAC地址，其中前6位16进制数

3、08:00:20代表网络硬件制造商的编号，它由IEEE（Istitute of Electrical and Electronics Engineers，电气与电子工程师协会）分配，而后3位16进制数0A:8C:6D代表该制造商所制造的某个网络产品（如网卡）的系列号。 每个网络制造商必须确保它所制造的每个以太网设备都具有相同的前三字节以及不同的后三个字节。这样就可保证世界上每个以太网设备都具有唯一的MAC地址。,MAC（Media Access Control, 介质访问控制）,MAC地址是识别LAN（局域网）节点的标识。网卡的物理地址通常是由网卡生产厂家烧入网卡的EPROM，它存储的是传输数

4、据时真正赖以标识发出数据的电脑和接收数据的主机的地址。 以太网地址管理机构（IEEE）将以太网地址，也就是48比特的不同组合，分为若干独立的连续地址组，生产以太网网卡的厂家就购买其中一组，具体生产时，逐个将唯一地址赋予以太网卡。,如何获取本机的MAC？,“开始”“运行”输入“CMD”回车输入“ipconfig /all”回车 ； 动手试一试；,注意,这个地址与网络无关，也即无论将带有这个地址的硬件（如网卡、集线器、路由器等）接入到网络的何处，它都有相同的MAC地址，MAC地址一般不可改变，不能由用户自己设定。,MAC地址分类,MAC地址有单播、组播和广播之分：1）单播地址:表示单一的设备、节点

5、；2）组播地址:又称多播地址,表示一组设备、节点；3）广播地址:是组播地址的特例，表示所有的地址，用全F表示：为FF-FF-FF-FF-FF-FF,MAC地址范例,1000 0000 -0000 0001-0100 0011- 0000 0000-0000 0000-0000 0000 第一位(蓝色的1)表示这个MAC地址是单播地址还是组播地址:0：单播地址1：组播地址第二位(绿色的0)表示这个MAC地址是全球唯一地址还是本地唯一地址0：全球唯一地址1：本地唯一地址由于MAC地址足够多，因而此位一定是0,1.3 逻辑地址（IP地址）,物理地址仅适用于在同一局域网或广域网内部计算机之间的通信。如

6、果要实现在数据链路层使用不同编址方式的计算机之间的通信，仅使用物理地址是无法完成这一操作的，而需要使用逻辑地址。逻辑地址是一种通用的编址系统，用来唯一的标识每一个节点（主机），而与这一节点具体使用什么类型的物理网络无关。,1.4 端口地址,有了物理地址和逻辑地址，就可以将数据从一台主机通过互联网发送到另一台主机。但是数据到达目的主机后并未完成整个通信过程，而必须将数据上交给对应的应用进程（应用程序）。在实际应用中，用户并不关心主机之间的通信，而关心的是运行在主机上的应用程序之间的通信，例如从一台计算机上利用Telnet远程登录到另一台计算机，或在一台计算机上使用FTP软件从另一台计算机上下载文

7、件等。端口地址也称为端口号，其功能就是建立应用进程与逻辑地址之间的关系。 为了提高通信效率，现代计算机操作系统允许在同一台计算机上同时打开多个应用进程，每一个应用进程独立完成自己的通信任务，例如利用浏览器浏览Web页面的同时，可能利用FTP客户端软件下载文件，还可能利用邮件客户端软件收发电子邮件等。为了实现对同时发生的多种应用的支持，就需要为不同的进程分别分配不同的标识，不同的标识代表不同的端口地址。在TCP/IP网络中，端口地址的长度为16bit，地址在065535之间。,2. IP地址的标识,2.1 IP地址与接口地址我们通常将位于主机中的网卡与链路之间的边界称为“接口”（interfac

8、e）。只要给接口分配一个唯一的IP地址，就可以实现网络通信过程中的寻址。对于接入网络的计算机来说一般只有一个接口，而一台路由器则同时具有多个接口，每一个接口连接一个网络并拥有一个唯一的IP地址。,说明,连接到同一网络中的每一台设备至少需要一个唯一的IP地址。 连接到同一网络中的任何两台设备不能使用相同的IP地址。 IP地址与网络接口相关联。如果一台设备分别连接到两个以上的网络，那么该设备必须拥有两个以上的IP地址，并分别与设备上连接不同网络的接口关联。,2.2 网络地址与主机地址,网络地址与主机地址,3. IP地址的分类 3.1 IPv4的地址空间,IP地址分类,A类地址,A类地址是网络中最大

9、的一类地址，它使用IP地址中的第一个8位组表示网络地址，其余三个8位组表示主机地址。A类地址是为巨型网络（或超大型网络）所设计的。 A类地址的第一个8位组的第一位总是被设置为0，这就限制了A类地址的第一个8位组的值始终小于127，也就是说仅有127个可能的A类网络。,B类地址,B类地址使用前两个8位组表示网络地址，后两个8位组表示主机地址。设计B类地址的目的是支持中到大型网络。 B类地址的第一个8位组的前两位总是被设置为10，所以B类地址的范围是从128.0.0.0到191.255.0.0。,C类地址,C类地址使用前三个8位组表示网络地址，最后一个8位组表示主机地址。设计C类地址的目的是支持大

10、量的小型网络，因为这类地址拥有的网络数目很多，而每个网络所拥有的主机数却很少。 C类地址的第一个8位组的前三位总是被设置为110，所以C类地址的范围是从192.0.0.0到223.255.255.0。,D类地址,D类地址用于IP网络中的组播。它不像A、B、C类地址有网络号和主机号，一个组播地址标识了一个IP地址组。因此可以同时把一个数据流发送到多个接收端，这比为每个接收端创建一个数据流的流量小得多，它可以有效地节省网络带宽。 D类地址的第一个8位组的前四位总是被设置成1110，所以D类地址的范围是从224.0.0.0到239.255.255.255.,E类地址,E类地址虽然被定义，但却为IET

11、F（Internet Engineering Task Force， Internet工程任务组）保留作研究使用，因此Internet上没有可用的E类地址。 E类地址的第一个8位组的前4位恒为1，因此有效的地址范围从240.0.0.0到255.255.255.255。,特殊IP地址,IP地址127.0.0.1：本地回环测试地址； 广播地址：255.255.255.255； IP地址0.0.0.0：代表任何网络； 网络号全为0：代表本网络或本网段； 网络号全为1：代表所有的网络； 结点号全为0：代表某个网段的任何主机地址； 结点号全为1：代表该网段的所有主机；,公有地址和私有地址,公有地址（Pu

12、blic address，也称为全局地址）由因特网地址授权委员会（IANA）负责分配，使用这些公有地址可以直接访问因特网。私有地址（Private address，也称为专用地址）属于非注册地址，专门为组织机构内部使用。,4. 掩码 4.1 子网掩码,掩码由32位0和1组成，与IP地址的组成相似，既可以用二进制表示，也可以用点分十进制表示。与IP地址的表示不同的是，在实际应用中表示掩码的1是连续的，而不是由0和1混合组成。 掩码包含了两个域（即组成部分）：网络域和主机域，这些域分别代表网络ID和主机ID。,标准子网掩码： A类为255.0.0.0； B类为255.255.0.0； C类为255

13、.255.255.0； 非标准子网掩码：借用分类IP地址中的主机ID充当网络ID的方法，如： A类为255.240.0.0； B类为255.255.252.0； C类为255.255.255.224； 。 子网掩码主要用于子网的划分。,子网掩码与IP地址进行“与”运算，用来分辨网络ID和主机ID，其中，掩码中的“1”为通道，“0”为塞子；,在使用了子网掩码后，原来从“网络ID+主机ID”的二层结构将转换成从“网络ID+子网ID+主机ID”的三层结构。,4.2 子网掩码的确定方法,子网掩码实际上是一个过滤码，将IP地址和子网掩码“按位求与”就可以过滤出IP地址中应该作为网络地址的那一部分.,经过

14、与运算后被过滤出来的172.16.0.0就是172.16.1.1的网络地址。通常情况下，在IP地址后面加“/n”来表示一个具体的IP地址（n是子网掩码中“1”的个数，如子网掩码“255.255.255.0”，通常写成“/24”）,子网划分的概念,前面我们介绍了每类IP地址都有自己的缺省子网掩码，但是这些缺省子网掩码并不能让我们有效的利用IP地址。如果我们在缺省子网掩码后面再添加几位连续的“1”，使掩码中的全“1”位变得更长，会出现什么情况呢？ 如图，我们将B类网络172.16.0.0/16的子网掩码延长为24位，这样就可以“创造”出更多的新网络，不过每个网络所拥有主机数减少了。这种被额外创建的

15、网络就是子网。,为什么要进行子网划分,Internet的发展之快是当初的设计者所未曾预想到的。当前IP地址（IPv4）已经面临即将耗尽的挑战。如果不对IP地址进行子网划分，我们很可能会浪费许多IP地址。 划分子网的代价是减少了每个网络所能拥有的主机数目，但是这样却额外地“创造”出了更多的新网络。,两台点对点连接的路由器之间只需要两个IP地址，其实，我们完全可以为它们定义一个只有两台主机的子网，这样就不会造成其余252个地址的浪费了。,图 IP地址的不合理规划,限制通信流量：网络主机能和与其处于相同网段上的其他主机进行通信时，假如一个A类地址不进行子网划分，一台主机对这个网段发送一个定向广播，那

16、么成千上万台主机将接收到这个定向广播，这种网络是绝对低效的。只有划分子网后用路由器去隔离广播，才能让网络发挥最好的性能。,子网规划的运算,某单位需要在对其内部网络进行VLAN划分。他们决定采用C类网络192.168.1.0/24，在这个网络中划分出5个子网，分别用于不同的VLAN，每个VLAN能容纳的主机数为2025，具体的划分方法如下。,192.168.1.0/24,确定子网位:2m5 验证主机位：2n25 M+N=8,M=3 N=5,确定每个子网的主机地址,最后给出子网设计和地址分配,5. 标准IP地址划分存在的问题及弥补方案 5.1 标准IP地址划分存在的主要问题,1路由器的效率问题:路

17、由表中路由信息的数量（可用路由表的长度来表示）将随着网络数量的增加而增大。而路由表越长，当接收到一个分组时路由器在路由表中查询正确路由的时间就会越长。,5.2 IP地址的浪费问题,随着大量个人计算机和单位局域网接入到Internet，初期的Internet编址方案已经无法适应目前数量如此之大的用户需求。究其IPv4的使用，主要是浪费非常严重。例如，一个大型企业或组织可能在连接1000台左右的计算机，于是申请了一个B类地址。但是，一个B类地址可以同时提供65536（216）个主机地址，这种浪费是很显然的。如果使用标准IP地址，当仅有2台计算机的网络就需要申请一个C类地址，而一个C类地址可同时提供256（28）个主机地址，造成了很大的浪费。,