1、ip地址和子網掩碼相關知識IP地址與子網掩碼圖2-1-1 不同的層使用不同的名字IP地址的格式圖2-1-2 IP地址的格式數制之間的轉換二進制-十進制十進制-二進制數制之類的運算（與、或、非）進制表請查看附帶的WORD文檔注：可使用windows的計算器進行轉換IP地址的種類32比特的IP地址被劃分為兩個部分：網絡號（Network ID，NID主機號（Host ID，HID）IPv4定義了5類IP地址，即：A、B、C、D、E類地址。1A類圖2-1-3 A類地址可以用于分配的A類IP地址范圍：1.x.y.z126.x.y.z，其中x、y、z的各個二進制位不能全為0或全為1。2B類圖2-1-4

2、B類地址可以用于分配的B類IP地址范圍：128.0.y.z191.255.y.z，其中y、z的各個二進制位不能全為0或全為1。3C類圖2-1-5 C類地址可以用于分配的C類IP地址范圍：192.0.0.z223.255.255.z，其中z的各個二進制位不能全為0或全為1。4D類圖2-1-6 D類地址D類地址主要用于多播（multi-casting）5E類圖2-1-7 E類地址E類地址被保留作為實驗用6其他第1個位域的取值范圍在248254之間的IP地址保留不用。 私有地址(RFC1918)A類:10.0.0.0至10.255.255.255B類:172.16.0.0至172.31.255.25

3、5C類:192.168.0.0至192.168.255.255 IP網絡中主機數的計算方法 2N-2 公式:“N”代表主機位數主機位全“0”表示網絡編號主機位全“1”表示該網絡中的廣播216-2=65534172.16.0.0172.16.0.1172.16.0.2172.16.0.3.172.16.255.253172.16.255.254 B類網絡可容納的主機數量IP地址的分配注意事項網絡號不能為127（127是被保護的與碼，是本機IP地址測試回路）主機號不能全為0或255（網絡號或廣播地址）0.0.0.0（是default路由的目標位置）子網掩碼1子網（subnetwork）2子網掩碼（

4、subnetwork mask）IPv4規定了A類、B類、C類的標準子網掩碼：A類：255.0.0.0B類：255.255.0.0C類：255.255.255.0圖2-1-10 子網掩碼的應用-1（主機號=子網掩碼的反碼*IP地址）圖2-1-11 子網掩碼的應用-2VLSM非標準子網劃分圖2-2-1 非標準子網劃分1對C類網絡進行非標準子網劃分圖2-2-2 借用2比特的主機號來充當子網絡號圖2-2-3 01子網計算過程表 C類IP地址子網劃分2對B類網絡進行非標準子網劃分圖2-2-4 借用2比特的主機號來充當子網絡號圖2-2-5 01子網計算過程表 B類IP地址子網劃分3對A類網絡進行非標準子

5、網劃分表2-2-3 A類IP地址子網劃分全0和全1網段例，標準C類網絡201.15.66.0劃分成8個子網，采用了非標準子網掩碼255.255.255.224。該子網掩碼將C類網絡201.15.66.0劃分成如下8個子網（假設允許子網號全為0或1）。子網1：網絡號201.15.66.0，可以IP地址范圍：201.15.66.1201.15.66.30，子網廣播地址：201.15.66.31 (2的5次方-2) 子網8：網絡號201.15.66.224，可以IP地址范圍：201.15.66.225201.15.66.254，子網廣播地址：201.15.66.255。專用地址空間RFC 1918中

6、定義了在企業網絡內部使用的專用（私有）地址空間，如下：A類：10.0.0.0-10.255.255.255B類：172.16.0.0-172.31.255.255C類：192.168.0.0-192.168.255.255LinkLocal網絡地址空間：169.254.0.0169.254.255.255也屬于專用內部地址。VLSM和CIDR1VLSMRFC 1878中定義了可變長子網掩碼（Variable Length Subnet Mask，VLSM）。VLSM規定了如何在一個進行了子網劃分的網絡中的不同部分使用不同的子網掩碼。圖2-2-7 VLSM應用2CIDR無類域間路由（Classl

7、ess Inter-Domain Routing，CIDR）在RFC 1517RFC 1520中都有描述。圖2-2-8 CIDR應用IP地址IP地址 為了能把多個物理網絡在邏輯上抽象成一個互連網，IP協議為每臺主機分配了一個唯一的32位地址，稱為IP地址(記錄在主機的硬盤中)。IP地址不僅用來識別網絡中的主機，而且隱含著網際間的路徑信息。 IP地址與MAC地址MAC地址是物理設備的接口地址，記錄在網絡設備（網卡）的ROM中； IP地址是邏輯地址，記錄在主機的硬盤中。MAC地址是平面地址，僅用于標識設備，與網絡無關；IP地址是層次地址，既包含網絡標識，又包含主機標識。MAC地址的分配是基于制造廠

8、商；而IP地址的分配是基于網絡拓撲。IP地址物理層數據鏈路層網絡層MAC地址IP地址撥號用戶物理地址MAC00-60-97-CO-9F-67IP地址166.111.3.19物理地址MAC00-3d-87-14-3a-d9IP地址166.111.4.1物理地址MAC00-0c-1b-00-5a-f6IP地址166.111.3.18IP地址166.111.3.97IP地址的格式IP 地址用來標識一個網絡和與該網絡連接的一臺主機。 實際上IP地址是分配給網卡的。一個IP地址表示一條網絡連接。INTERNET PROTOCOLXXX.XXX.XXX.XXX0255166.111.4.118網絡標識號+

9、主機標識號Net-ID+Host-IDIP地址的分類Net-idHost-idA類08162432Net-idHost-idB類Net-idHost-idC類010110組播地址D類保留地址11011111E類IP地址的分類及特征類別網絡數第一個可用的網絡號最后一個可用的網絡號每個網絡中的最多主機數A類1261.0.0.0126.0.0.016777214B類16384128.0.0.0191.255.0.065534C類2097152192.0.0.0223.255.255.0254特殊的IP地址Net-idHost-id源地址目的地址含義00可用不可用本網絡的本主機0Host-id不可用可

10、用本網絡的指定主機Net-id0不可用不可用指定網絡號全1全1不可用可用受限廣播Net-id全1不可用可用定向廣播127任意可用可用回傳測試內部網絡的保留地址在ABC三類IP地址中，都保留了一些地址作為私有網絡的虛擬IP地址：A類：10. 0. 0, 0 10.255.255.255 B類：172.16.0.0 172.31.255.255 C類：192.168.0.0 192.168.255.255IP地址的轉換IP地址的轉換無論網絡層使用什么協議，在實際網絡的鏈路上傳送數據幀時，最終必須使用硬件MAC地址，因此IP尋址要實現IP地址到硬件地址的轉換。NET1NET3Router1Route

11、r2HostAHostBNet1Net3應用層傳輸層網際層接口層網際層接口層應用層傳輸層網際層接口層HaHbR1Net2網際層接口層R2ARP與RARPTCP/IP internet layer Internet Protocol (IP)Address ResolutionProtocol (ARP)Reverse AddressResolution Protocol (RARP)Internet ControlMessage Protocol (ICMP)Internet Group ManagementProtocol (IGMP)InternetHardwareNetworkInter

12、faceTransportApplicationIP地址的轉換每臺主機都有一個 ARP 高速緩存(ARP cache)，里面有所在的局域網上的各主機和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。從IP地址到硬件地址的解析是自動進行的，高層的用戶對這種地址解析過程是不知道的。當主機或路由器要和本網絡上的另一個已知 IP 地址的主機或路由器進行通信時，ARP 協議會自動地將該 IP 地址解析為鏈路層所需要的硬件地址。NET1NET3Router1Router2HostAHostB地址解析協議ARP ARP協議(Address Resolution Protocol)的功能： IP地址映射 Ethern

13、et MAC地址基本思想： 在本地高速緩存中建立一個動態的ARP映射表；通過查表進行地址變換；當查表失敗時，向全網廣播ARP查詢分組；目標節點自動響應；源節點根據響應信息修改ARP表。舉例：子網內的ARP解析當兩臺主機在同一網段上時，ARP協議的工作過程如下：172.16.3.1172.16.3.2 IP: 172.16.3.2 = ? IP: 172.16.3.2 = Ethernet: 0800.0020.1111我需要172.16.3.2.的以太網地址。請注意，這是我的以太網地址代理ARP如果目的主機和源主機不在同一個局域網上，那么就要以本網絡上的某個路由器作為遠程主機的代理，通過ARP

14、找到該路由器的硬件地址，然后把分組發送給這個路由器，讓這個路由器把分組轉發給下一個網絡。路由器在轉發包時會改變幀的MAC地址，但不改變IP地址。廣域網LAN1LAN2主機A主機B反向地址解析協議RARP Reverse ARP協議的功能：為Ethernet MAC地址分配一個IP地址。基本思想：網上至少有一臺RARP服務器，其中維持著一個本網的IP地址分配表，包含IP地址與MAC地址的映射信息。無盤站點啟動時向全網廣播 RARP分組，以求獲得一個IP地址；RARP服務器自動響應，為無盤站點分配IP地址；無盤站點收到響應分組后，將IP地址記入內存。舉例：通過RARP獲得IP地址 無盤站點通過MA

15、C地址獲得IP地址的過程如下： Ethernet=0800.0020.1111 IP = ? Ethernet=0800.0020.1111 IP=172.16.3.5這是我的以太網地址，請給我一個IP地址？請注意：這是給你的IP地址：172.16.3.25.ARP/RARP分組格式ARP/RARP原本是為以太網制定的，但可推廣到具有廣播機制的其它網絡。以下是基于以太網的TCP/IP網絡上的ARP/RARP分組格式。硬件類型（以太網為1）協議類型（IP為0800H）硬件地址長度6協議地址長度4操作:ARP請求1，ARP響應2RARP請求3，RARP響應4源節點硬件地址：03字節源節點硬件地址：

16、45字節源節點IP地址：01字節源節點IP地址：23字節目標節點硬件地址：01字節目標節點硬件地址：25字節目標節點IP地址：03字節IP分組交付和路由選擇IP分組交付和路由選擇一個TCP/IP網絡通常由多個網絡在網絡層互連而成。連接這些網絡的設備可能是專用的路由器，也可能是多宿主機。TCP/IP網絡中的計算機節點分為兩類：端節點僅有一條線路連接到一個網絡。路由節點有兩條或兩條以上的線路分別連接到多個網絡。在因特網中，認為路由節點是出網的關口，故稱之為網關。所謂路由選擇就是為報文分組選擇一條到達目標網絡的輸出路徑。分組交付的形式直接交付收發雙方在同一IP網絡內部無需其它路由器進行分組轉發。源主

17、機直接將IP數據報封裝在物理幀內交付目的主機。間接交付收發雙方位于不同的IP網絡中時，源主機必須通過至少一個路由器的轉發才能將分組交付給目標主機。Net1Net3應用層傳輸層網際層接口層網際層接口層應用層傳輸層網際層接口層HaHbR1Net2網際層接口層R2直接交付和間接交付 ABC直接交付不通過路由器間接交付必須通過路由器間接交付間接交付間接交付直接交付直接交付注意路由器是對網絡選擇路由，而不是對主機選擇路由；路由器并不知道到達目標主機的完整路徑，只知道要到達目標網絡，下一跳應走哪一個路由器。每個路由器中都維持著一組目標網絡到下一跳路由器的映射表，稱為路由表。路由表一個路由表是一組對偶 的集

18、合。其中N為目標網絡號，R為到達網絡N的路徑上的“下一個”路由器的入口的IP地址。路由表中有以下三種類型的映射：直接路由：目標網與本路由器的某個端口直接連接，其對偶形為 ；間接路由：目標網與本路由器之間還間隔有其它的路由器，其對偶形為 ；缺省路由：其它情形，對偶形為 。IP地址的分配IP地址的分配原則：為同一網絡內的所有主機分配相同的網絡號和不同的主機號；為不同網絡內的所有主機分配不同的網絡號。NET1NET3Router1Router2HostAHostB172.17.3.1172.17.3.2212.10.1.1212.10.1.2172.16.3.1172.16.3.2靜態路由表之例R1

19、的路由表InternetNet1Net2Net3128.10.0.0172.15.0.0192. 68.15.08.1.1.28.1.1.1128.10.1.1128.10.1.9192.68.15.1172.15.1.1 R1 R2R2的路由表IP主機路選算法IP協議在主機上執行的分組交付算法：從IP數據報首部取出目標IP地址 D，計算目標網號N ；if N=本主機的IP網號then 將IP數據報封裝成幀直接傳給目標主機else 將IP數據報封裝成幀傳給指定的路由器（缺省網關）。IP路由器的路選算法從IP數據報首部取出目標IP地址 D，計算目標網號N ； 根據N（D）查找路由表，確定下一跳路

20、由器入口的IP地址R；if R=“direct”then 將IP數據報封裝成幀直接從相應端口發送給Delse if 路由表中包含到達N的間接路由Rthen 將IP數據報封裝成幀從相應端口傳給指定的下一跳路由器else if 路由表中包含“default”的缺省路由R then 將IP數據報封裝成幀從缺省路由傳給下一跳路由器else 路選失敗，報告目標主機不可到達 。子網劃分和超級網絡聚合子網劃分為什么要進行子網劃分？IP地址被設計為由網絡號和主機號構成的兩級結構。它存在以下問題：IP地址空間的利用率不高IP地址的分配不夠靈活子網和子網掩碼為了有效地利用IP地址空間，改善地址分配的靈活性，引入了

21、三級地址結構的概念，將IP網絡進一步劃分為幾個部分，每個部分就稱為子網。從一個IP地址中無法直接判斷它所屬的網絡是否進行了子網的劃分。為了有效區分IP地址中的網絡ID和主機ID，引入了子網掩碼的概念。掩碼的形式與表示方法掩碼是一個32位的數，與網絡ID（子網ID）對應的比特均為“1”，與主機ID對應的比特均為“0”掩碼的表示方法：點分十進制表示法：255.255.255.0網絡前綴表示法：/24掩碼將網絡ID與主機ID分離使用掩碼(mask)可以找出IP地址中的網絡部分及子網部分。網絡號子網號 主機號00000000111111111111111111111111IP地址 (邏輯位與) 掩碼主

22、機號 IP地址IP網號自然掩碼和無子網編址掩碼同樣適用于未劃分子網的A、B、C類IP地址。我們把這三類未劃分子網IP地址對應的掩碼稱為自然掩碼或標準掩碼使用自然掩碼，不對網段進行細分就稱為無子網編址。如B類網段172.16.0.0，采用255.255.0.0作為掩碼。172.16.0.1172.16.0.2172.16.30.5172.16.255.254子網化的掩碼使用子網化的掩碼可以從主機地址中析出一部分作為子網號，將網絡細分為若干個邏輯子網，使IP地址從兩極結構變為三級結構。網絡號主機號主機號網絡號子網號1111111111111111000000000000000011111111對標

23、準掩碼增加相應數目的1就成為子網化的掩碼。掩碼的作用如果沒有劃分子網，掩碼就從IP地址中的提取網絡號；如果進行了子網劃分，掩碼就從IP地址中提取子網號。掩碼的作用：區分網絡號和主機號劃分IP子網子網的概念的解析所謂子網就是在一個IP地址塊上生成的邏輯網絡，它用掩碼從IP地址的主機部分析出一些字節作為子網的地址。NET1NET2RouterHostA1HostB1HostAmHostBn172.16.64.0172.16.128.0外部網絡172.16.0.0標準掩碼和子網化的掩碼標準的掩碼IP地址網絡號A類：255. 0. 0. 028.12.2.928.0.0.0B類：255.255. 0.

24、 0128.12.3.8128.12.0.0C類：255.255.255. 0 196.56.2.66196.56.2.0子網化的掩碼IP地址網絡號A類：255.255. 0. 028.12.2.928.12.0.0B類：255.255.255. 0128.12.3.8128.12.3.0C類：255.255.255. 192 196.56.2.66196.56.2.64子網劃分示例例如：使用掩碼255.255.255.224進一步劃分IP網絡202.112.10.0。子網地址 主機的IP地址范圍 202.112. 10. 32(00100000) 202.112. 10. 3362202.1

25、12. 10. 64(01000000) 202.112. 10. 6594202.112. 10. 96(01100000) 202.112. 10. 97126202.112. 10.128(10000000) 202.112. 10. 129158202.112. 10. 160(10100000) 202.112. 10. 161190202.112. 10. 192(11000000) 202.112. 10. 19322222411100000B二進制數xxx有八種組合，去掉全0和全1的，剩下6種。子網的計算方法首先判斷給定的IP地址的類別，然后結合給定的子網掩碼求出主機地址位數n

26、1和子網地址位數n2；11111111111111110000000000000000計算有效子網數(2n2 -2) 和每個子網中的有效主機數(2n1 -2)；11111111n1n2C類子網的簡便算法計算第一個有效子網的Subnet-id1：用256與子網掩碼中最右端的非零十進制數相減，得到的商即為Subnet-id1，這也是一個子網中的IP地址總數。計算子網中的有效主機地址：子網中的第一臺有效主機地址=Subnet-id1 +1；該子網的廣播地址= Subnet-id1 +S-1；子網中的最后一臺有效主機地址= Subnet-id1 +B-2子網劃分示例給定C類網段201.222.5.0，

27、假定需要20個子網，其中每個子網5臺主機。選擇掩碼為255.255.255.248，第一個子網ID為201.222.5.8，子網間距為8。201.222.5.8/29201.222.5.9/29201.222.5.160/29201.222.5.161/29201.222.5.0/24201.222.5.17/29201.222.5.16/29201.222.5.25/29201.222.5.24/29C類子網實例子網地址192.168.5.120主機地址192.168.5.121-192.168.5.126廣播地址192.168.5.127IP主機地址192.168.5.121子網掩碼255

28、.255.255.248常用的C類子網化掩碼子網位數子網掩碼 子網數 每一子網主機數2255.255.255.1922623255.255.255.2246304255.255.255.24014145255.255.255.2483066255.255.255.252622作業1：使用掩碼255.255.224.0進一步劃分B類網絡168.112.0.0。寫出子網數、每一子網主機數各子網網號、子網廣播地址、子網中的主機地址范圍B類子網實例子網地址172.16.2.0主機地址172.16.2.1172.16.2.254廣播地址172.16.2.255IP主機地址172.16.2.120子網掩碼

29、255.255.255.0可變長度的子網掩碼（VLSM）ISP192.168.1.32/27192.168.1.64/27192.168.1.96/27192.168.1.128/27192.168.1.160/30192.168.1.164/30192.168.1.168/30192.168.1.172/30通告192.168.1.0對于不同的子網選擇不同的掩碼長度：VLSM (Variable Length Subnet Mask) 作業2給定一個IP網段地址202.11.10.0/24，將其劃分后分配給圖中的各個子網，其中LAN1和LAN2各需要10臺PC機、LAN3和LAN4各需要56

30、臺PC機。為了盡量節約IP地址資源，請設計一個合理的地址分配方案（給出各子網的子網號和子網掩碼），分配各端口的IP地址和子網掩碼，寫出RouterA和RouterB兩個路由器的路由表。 S0S0E0E1RouterBRouterALAN1E1LAN2LAN3InternetS1:12.1.1.112.1.1.2E0LAN4劃分子網的好處更有效地利用地址空間易于管理網絡：劃分管理職責減少網絡擁塞提供額外的安全性8.3.2 超網到上世紀90年代初，因特網面臨三個必須盡早解決的問題：B類地址在1992年已分配了近一半，眼看就要在 1994 年 3 月全部分配完畢！因特網主干網上的路由表中的項目數急劇

31、增長（從幾千個增長到幾萬個）。整個 IPv4 的地址空間最終將全部耗盡。因此，在 VLSM 的基礎上又進一步研究出無分類的編址方法，即：無類域間路由 CIDR (Classless Inter-Domain Routing)。無類域間路由CIDRCIDR 消除了傳統的 A 類、B 類和 C 類地址以及劃分子網的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空間。CIDR使用各種長度的“網絡前綴”(network-prefix)來代替分類地址中的網絡號和子網號。CIDR 將網絡前綴都相同的連續的 IP 地址組成“CIDR地址塊”。 IP 地址從三級編址（使用子網掩碼）又回到了兩級編址。CIDR消

32、除了地址分類 CIDR的斜線記法CIDR 使用“斜線記法”(slash notation)，即在IP地址后面加上一個斜線“/”，然后寫上網絡前綴所占的比特數。斜線記法中的數字就是掩碼中1的個數。對于/20的地址塊，它的掩碼是20個連續的1。內部網絡的保留地址CIDR在原A、B、C三類IP地址中確定了三個地址塊作為內部私有網絡的保留地址：A類：10. 0. 0.0 10.255.255.255記為： 10. 0. 0.0 /8B類：172.16.0.0 172.31.255.255記為： 172.16.0.0/12C類：192.168.0.0 192.168.255.255記為： 192.168

33、.0.0/16一個 CIDR 地址塊可以表示很多地址，將一系列連續的小的地址塊聚合起來，構成一個具有共同的網絡前綴的地址塊，就稱為構成超網(supernetting)。這種地址塊的聚合常稱為路由聚合。CIDR 雖然不使用子網了，但仍然使用“掩碼”這一名詞（但不叫子網掩碼）。路由聚合(route aggregation) 路由聚合示例 路由聚合使得路由表中原來的很多個分類地址的表項合并為一個表項，縮小了路由表的規模，增加了網絡的可擴展性。Internet198.168.1.0198.168.2.0198.168.3.0ISP通告路由198.168.0.0/16CIDR 地址塊 CIDR 地址塊中

34、的地址數一定是 2 的整數次冪。 84.16.32.0/20 表示的地址塊共有 212 個地址（因為斜線后面的20是網絡前綴的位數，所以主機號的位數是 12）。這個地址塊的起始地址是 84.16.32.0，結束地址是 84.16.47.255 。全0和全1的主機地址一般不使用。84.16.32.0/20 的地址范圍01010100 00010000 00100000 0000000001010100 00010000 00100000 0000000101010100 00010000 00100000 0000001001010100 00010000 00100000 0000001101

35、010100 00010000 00100000 0000010001010100 00010000 00101111 1111101101010100 00010000 00101111 1111110001010100 00010000 00101111 1111110101010100 00010000 00101111 1111111001010100 00010000 00101111 11111111最小地址 所有地址都具有 20位相同的前綴最大地址84841616324701234251252253254255/20相當于掩碼是：11111111 11111111 1111000

36、0 00000000255. 255 . 240 . 0CIDR 記法的其他形式 可將點分十進制中低位連續的0省略，如：10.0.0.0/10可簡寫為10/1010.0.0.0/10 隱含地指出IP 地址10.0.0.0 的掩碼是 255.192.0.0。此掩碼的二進制表示為： 11111111 11 000000 00000000 0000000025519200可以將星號“*” 放在網絡前綴比特序列之后代表主機號，如：00001010 00*表示網絡前綴為00001010 00 的CIDR地址塊。掩碼中有 10 個連續的 1網絡聚合與劃分子網網絡前綴越短，地址塊所包含的地址數就越多；反之網絡前綴越長，地址塊所包