IP 地址的概念

1、IP 地址组成

IP地址源于Internet ，是一种层次结构的地址，适合于众多的互联网。Internet中每一台主机至少有一个IP地址， 且这个IP地址必须是全网唯一的。一个IP地址标识一个网络和与此网络相连的一台主机。IP地址由4个字节32 位二进制数组成，使用点分十进制数表示。

4个字节的IP 地址分为两个层次部分：网络号（Network ID）和主机号（HostID） , 如202.93.120.44。在网络寻址时只需要网络号，从网络中经过多个网络（网关）最终到达目的网络，用网

络号即能判断是否到达目的网络，与主机号无关，主机号用于在目的网络中区分某台主机。 一个基本的地址分配原则：要为同一网络的所有主机分配相同的网络标识号，同一网络内不同主机必须分配不同的主机标识号（主机号） 以区分主机。不同网络内的每台主机必须有不同的网络标识号。要使自己的主机加入Internet ，为了避免IP地址与其他网络相冲突，必须向Internet NIC（网络信息中心）获得IP地址和域名。

2、IP 地址的类别

因特网标准定义了五种类型的IP 地址。三种基本种类是A 类、B类和C类。如表1-1所示：

图 1-1 显示了根据地址种类划分网络ID 和主机ID 的情况。

A 类网络地址为主机ID 分配了24 位，为网络设备提供了更多可用的主机ID；

B 类网络地址提供的网络ID 数与每个网络ID的主机ID数目是一样的，使管理员能够配置大量的网络，但每个网络允许拥有较少的主机数；

C 类网络地址提供的网络ID 较多，但允许每个网络ID 拥有的主机数目很少。

（1） A 类地址： 一个字节的网络地址，最高位为 0，允许有126个网络，每个网络中用3个字节表示主机地址，能够容纳多达16 777 214 个主机ID。其格式如表1-2 所示。使用A类地址时可分配的网络ID 范围是： 1.X.Y.Z～126.X.Y.Z。 A 类地址适合大型网络。

（2） B 类地址： 两个字节网络地址，最高两位为10，接下来的14 位为网络地址，允许16384个网络，每个网络允许65534台主机，其格式如表1-3 所示。使用B 类地址时可分配的网络ID范围是：128.0.Y.Z～191.255.Y.Z。 B类地址适合于中型网络。

（3） C类地址：最高3位为110，接下来的21位为网络地址，允许有2097152个网络，每个网络主机数为254，其格式如表1-4所示。使用C类地址时可分配的网络ID范围是：192.0.0.Z～223.255.255.Z。C 类地址适合小型网络。

（4） D 类地址： 多地址，实现一点对多点的传送，常用于X.25、帧中继（FR）和ATM等使用点对点协议的网络。这类地址不支持全网广播，需要配置D 类地址实现一点对多点的传送。D 类地址的前4位为1110，即地址从224.0.0.0到 239.255.255.255 。其格式如表1-5 所示。

（5） E 类地址： 用于将来扩展，同时也用于实验目的。它们不能分配给主机。E类地址前五位 为 11110 。其格式如表1-6 所示。

（6）赋予主机IP 地址： 表 1-7 总结了A 类、 B 类、C 类网络编址。如表所示，一个IP 地址的种类可以从最高三位来判断，用两位就足以区分三个主要类型（A 类、 B 类、 C 类）。

（7）私有地址：IP 地址按用途分为私有地址和公有地址两种。所谓私有地址就是在A、B、C 三类 IP 地址中保留下来为组织机构内部分配地址时所使用的IP 地址。 私有地址主要用于在局域网中进行分配，在Internet 上是无效的。 这样可以很好的隔离局域网和Internet 。

私有地址在公网上是不能被识别的，必须通过NAT将内部IP 地址转换成公网上可用的IP地址，从而实现内部IP地址与外部公网的通信。公有地址是在广域网上使用的地址，但在局域网中同样也可以使用。RFC 1918定义了3 类私有地址段：

3、特殊用途IP地址

（1）网络地址：主机号全0。

（2）广播地址：主机号全1，含这类IP 地址的IP 分组被广播到网络上的每一个节点。

（3）回送地址：127.0.0.0 或 127.0.0.1 ，本地回环（Loopback）测试地址。

（4）全 0 地址： 0.0.0.0 常用于表示默认网络，在路由表中构造默认路径。

4、子网的划分

出于管理、性能和安全方面的考虑，许多单位把单一的网络划分为多个物理网络，并使用路由器把它们连接起来。子网划分（Subnetting ）技术能够使单个网络地址横跨几个物理网络，如图1-1 所示。互联网中的每个物理网络都被称为子网。

图 1-1 大型网络可被分成多个子网来创建一个互联网络

互联网络（ internetwork ）这个词通常简化为互联网（internet ），指由路由器连接的一 个或多个网络，它通常是指单位的内部网络。而因特网（Internet ， I 为大写）这个词，则指 连接着世界上数百万台计算机的网络。

进行子网划分的原因有很多。其中一个原因是A 类网或 B 类网的地址空间太大，以至于单一的未使用路由的网络中无法使用全部地址。为了有效地使用地址空间，有必要把可用的地址分配给更多较小的网络。

随着网络的增长，容纳了更多的主机，因而网络通信变得更为繁忙。就像高峰期的快车道，由于交通过于繁忙而出现堵塞。繁忙的网络通信信号导致冲突、丢失数据包以及重传，因而降低了主机之间的通信效率。路由器像一堵墙把子网隔离开来，这样本地通信就不会转发的其他子网，同一子网中主机之间的广播和通信，只能在它们所属的子网中进行。

同子网上的主机，可以配置路由器筛选通信，以使需要传送到其

他子网上的信息被转发，如图1-3 所示。

图 1-3 路由器使要发送到远程子网主机上的信息被转发

出于安全的考虑，单位也可以创建隔离网络的子网。一个部门也许会把信息放在存有敏感信息的网络服务器上，可以配置子网，以阻止来自互联网内部其他子网的通信，如图1-4 所示。

1) 子网编址

理解子网编址最容易的方法是，假设一个网站，其用于分配给它的单个IP 网络地址，但这个网站包含两个以上的物理网络，每个物理网络使用可用主机ID的一部分。当一个网络被正确划分为子网时，只有路由器知道有多个物理网络存在，并且知道如何路由它们之间的通信。

（1）划分IP地址。 IP 地址的主机部分则由管理员进一步划分，以标识主机所在的某个子网，如图1-5 所示。这就产生了一个层次型的编址方案，它支持互联网中子网间的路由， 而且在更高一层，它支持互联网与因特网之间的路由。在互联网中，三部分分为 网络ID（Network ID）、子网 ID（ Subnet ID）及主机ID（Host ID）。

把 IP 地址的主机部分划成两部分，就能够建立另外的子网地址。然后，使用IP地址的一部分把子网标识为互联网中唯一的网络。这就是子网划分。

网络管理员必须通过给子网中的每台主机指定子网掩码，来确定如何来进行这种划分。子网中的所有主机必须配置相同的子网掩码。子网编址涉及IP地址的认真管理以及正确地定义子网掩码。

如何划分主机地址（为子网部分保留的位数），取决于具体需要。如图1-6 所示，为子网部分保留的位数越多，可分配的主机的位数就越少，这就意味着在一个子网中可容纳的主机就越少。

需要较少的子网且拥有大量主机的网站，应定义使用较少位数划分子网的子网掩码；而需要较多子网且拥有主机较少的网站，应定义使用较多位数划分子网的子网掩码。

（2）子网掩码。子网掩码是一个32位的二进制数，它告诉TCP/IP主机， IP地址的那些位对应于网络地址，哪些位对应于主机地址。TCP/IP协议使用子网掩码判断目标主机地址是 位于本网段，还是位于远程子网。

屏蔽（ Masking ）网络地址即可以实现以上判断，屏蔽只是简单地指定网络ID 和主机ID的分界点。子网掩码中对应于网络地址的所有位都被设为1，而对应于主机地址的所有位都被设为0。如：

A 类地址默认子网掩码：255.0.0.0

B 类地址默认子网掩码：255.255.0.0

C 类地址默认子网掩码：255.255.255.0

TCP/IP比较子网掩码和IP 地址时，所进行的运算是“逻辑位与（Logical Bitwise AND）”。 下面的例子说明了这种运算是如何进行的。假定一台主机的配置如下（使用二进制数来说明其内部工作原理） ：

请注意，子网掩码是如何在第三个八位组之前划分IP 地址的。把子网掩码的前面两个 八位组的位全部设为1，即可以做到这一点。这个子网掩码导致IP 按如下方式理解IP地址：

IP 地址 172.25.16.51 子网掩码 255.255.0.0 网络ID172.25，主机 ID16.51若子网掩码是255.255.0.0 ，则这个B 类地址完全属于单个网络。然而，如果这个网络连接到因特网上，则在单个网络上使用宝贵的B类地址太浪费了（主机数：65535 台）。当 然，可以把这个地址进行子网划分，使其能用于路由器连接的互联网。现在看看一些实例， 以了解如何划分B 类地址。

对于 B 类地址，第三个八位组通常是主机ID 的一部分，但由于有了子网掩码，第三个八位组现在也成了网络ID 的一部分，IP 地址仍然不变（172.25.16.51 ）。但是由于子网掩码不同， IP协议“看到”的IP 地址是不同的。子网掩码导致IP协议按下列方式解释IP 地址：

IP 地址 172.25.16.51

子网掩码255.255.255.0

网络 ID 172.25.16主机 ID51

子网掩码255.255.255.0

能够使B类的网络ID被分配给253个子网 （为什么不是255个

接下来就有一些规则和解释）。这就使得单一的B类网络地址能够支持包含253 个子网的一 个大范围互联网。子网划分后，可用的网络从172.25.1.0 到 172.25.254.0 。每个子网可容纳254台主机。 下述例子没有在八位组边界上准确地划分子网：

在此例中，第三个八位组被细分，前三位属于网络ID，而剩下的位属于主机ID。如下所示，按八位组划分的IP 地址看起来与以前的例子完全相同，然而，主机上运行的IP软件限制了可以在单个物理网络中痛心的地址范围。

IP 地址172.25.16.51

子网掩码255.255.255.0

网络 ID 172.25.0

主机 ID16.51

在这个例子中，分配三位用于子网编址，使得网络管理员可以用下面的网络ID配置 6个子网：

（3）子网划分规则。RFC 950是定义子网编址的规范，其中有两条规则适用于网络ID的子网部分：

1、由于按照惯例，全为0的网络ID代表“本网络” ，所以网络ID的子网部分则不能 全为 0，因为那就表示“本子网”。

2、 由于全为1的网络 ID是一个广播地址，所以网络ID的子网部分不能全为1，因为全为 1 的地址用于向子网广播。

这些规则限制了能创建的子网种类。在上面的例子中，请注意以下的两个子网从可用子网中忽略了：

172.25.0（1010 11000001 10010000 0000）子网部分全为0

172.25.224（1010 11000001 10011110 0000）子网部分全为1

5、子网划分实例讲解

需要进行子网规划一般两种情况：

一、给定一个网络，整网络地址可知，需要将其划分为若干个小的子网。

二、全新网络，自由设计，需要自己指定整网络地址。

后者多了一个根据主机数目确定主网络地址的过程，其他都一样。

我们先来讨论第一种情况：

例：学院新建4个机房，每个机房有25台机器，给定一个网络地址空间：192.168.10.0 ，现在需要将其划分为4个子网。

分析：

192.168.10.0 是一个标准的C类IP地址，默认子网掩码为255.255.255.0

要划分为4个子网必须要向最后的八位主机号借位，那借几位呢？我们来看要求：4 个机房，每个机房25台机器，那就是需要4个子网，每个子网下面最少25台主机。

考虑到扩展性，一般机房能够容纳的机器数量是固定的，建设好之后向机房增加机器的情况很少，增加新机房（新子网）情况较多。注明： 当然对于我们这题，考虑主机和子网最 后的结果都是相同的，但如果要组建较大规模网络的时候，这点要特别注意）

我们依据子网内最大主机数来确定借几位。

确定了子网部分，后面的就简单了，前面的网络部分不变看最后的这八位。

得到 6 个可用的子网地址： 全部转换成点分十进制表示

这就得出了所有子网的网络地址，那个子网的主机地址呢？

注意：在一个网络中主机地址全为0的 IP是网络地址，全为1的是网络广播地址，不可用。

所以我们的子网地址和子网主机地址如下：

接下来我们再来讨论第二种情况：

全新的网络，需要自己来指定整网络地址，这就需要先考虑选择A 类、B类或C类IP地址的问题，就像上例中的网络地址空间：192.168.10.0不给定，任由自己选择，那有的同学可能会说，直接选择A 类地址有24位的主机位来随便借位。这当然可以，但那就会浪费太多的地址了，在局域网中当然可由你随便设置，但在广域网里可没有那么多的地址给你分配，所以从开始就应该养成好的习惯。

那如何选择呢？

和划分子网的时候一样，通过公式计算（－ 2），我们知道划分子网越多浪费的地址就越多。

还记得上面我们每个子网内都有两个IP不能用吗？（主机位全为0或全为1）每次划分子网一般都有两个子网的地址要浪费掉（子网部分全为0 或全为1）所以，我们需要建设一个拥有4 个子网，每个子网有25 台主机的网络，那我们一共需要（ 4+2）X（25+2）＝162个 IP数的网络来划分。

一个 C 类网络可以拥有254 的主机地址，所以我们选择C 类地址来作为整个网络的网络号。

如果我们现在有6 个机房，每个机房有50台主机呢？

（ 6+2） x（ 50+2 ）＝ 416 显然我们就要用到B 类地址的网络了。 后面划分子网的步骤和上面一样，这里就不多说了。

注意： 我们这里讨论的是一般情况，目前已经有很多路由器支持主机位全为0或全为1的子网，IP：192.168.10.0掩码：255.255.248.0这样的表示方法。这些不在我们的讨论范围内。

6、如何快速计算网络号

例：某台主机的IP地址是201.222.5.121

子网掩码是：255.255.255. 248

试给出：该主机所在网络的网络号；

该子网的广播号；

该子网的IP 范围。（要求用十进制运算）

计算： 256-248=8-2=6(得到该子网一共6 个 IP)

121÷ 8=15 余1

121-1=120(得到该主机的网络号，即：202.222.5.120)

120+8-1=127(得到该网络的广播号，即：202.222.5.127)

答：该主机所在的网络号是202.222.5.120；

该子网的广播号是202.222.5.127；

该子网的主机IP范围为201.222.5.121～ 202.222.5.126。