IP、子网的详述 ——IP分类、网关地址,子网掩码、子网作用

IP地址  

   在Internet上连接的所有计算机,从大型机到微型计算机都是以独立的身份出现,我们称它为主机。为了实现各主机间的通信,每台主机都必须有一个唯一的网络地址。就好像每一个住宅都有唯一的门牌一样,才不至于在传输资料时出现混乱。

  Internet的网络地址是指连入Internet网络的计算机的地址编号。所以,在Internet网络中,网络地址唯一地标识一台计算机。

  我们都已经知道,Internet是由几千万台计算机互相连接而成的。而我们要确认网络上的每一台计算机,靠的就是能唯一标识该计算机的网络地址,这个地址就叫做IP(Internet Protocol的简写)地址,即用Internet协议语言表示的地址。

  目前,在Internet里,IP地址是一个32位的二进制地址,为了便于记忆,将它们分为4组,每组8位,由小数点分开,用四个字节来表示,而且,用点分开的每个字节的数值范围是0~255,如202.116.0.1,这种书写方法叫做点数表示法。

地址分类

  IP地址可确认网络中的任何一个网络和计算机,而要识别其它网络或其中的计算机,则是根据这些IP地址的分类来确定的。一般将IP地址按节点计算机所在网络规模的大小分为A,B,C三类,默认的网络屏蔽是根据IP地址中的第一个字段确定的。

  1. A类地址

  A类地址的表示范围为:1.0.0.1~126.255.255.255,默认网络屏蔽为:255.0.0.0;A类地址分配给规模特别大的网络使用。A类网络用第一组数字表示网络本身的地址,后面三组数字作为连接于网络上的主机的地址。分配给具有大量主机(直接个人用户)而 局域网络个数较少的大型网络。例如IBM公司的网络。

  127.0.0.0到127.255.255.255是保留地址,用做循环测试用的。

  0.0.0.0到0.255.255.255也是保留地址,用做表示所有的IP地址。

   一个 A类IP地址 由1字节(每个字节是8位)的网络地址和3个字节主机地址组成,网络地址的最高位必须是“0”,即第一段数字范围为1~127。每个A类地址理论上可连接16777214<256*256*256-2>台主机(-2是因为主机中要用去一个网络号和一个广播号),Internet有126个可用的A类地址。A类地址适用于有大量主机的大型网络。

  2. B类地址

  B类地址的表示范围为:128.0.0.1~191.255.255.255,默认网络屏蔽为:255.255.0.0;B类地址分配给一般的中型网络。B类网络用第一、二组数字表示网络的地址,后面两组数字代表网络上的主机地址。

  169.254.0.0到169.254.255.255是保留地址。如果你的IP地址是自动获取IP地址,而你在网络上又没有找到可用的DHCP服务器,这时你将会从169.254.0.0到169.254.255.255中临时获得一个IP地址。

   一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成,网络地址的最高位必须是“10”,即第一段数字范围为128~191。每个B类地址可连接65534(2^16-2, 因为主机号的各位不能同时为0,1)台主机,Internet有16383(2^14-1)个B类地址(因为B类网络地址128.0.0.0是不指派的,而可以指派的最小地址为128.1.0.0[COME06])。

  3. C类地址

  C类地址的表示范围为:192.0.0.1~223.255.255.255,默认网络屏蔽为:255.255.255.0;C类地址分配给小型网络,如一般的局域网,它可连接的主机数量是最少的,采用把所属的用户分为若干的网段进行管理。C类网络用前三组数字表示网络的地址,最后一组数字作为网络上的主机地址。

   一个C类地址是由3个字节的网络地址和1个字节的主机地址组成,网络地址的最高位必须是“110”,即第一段数字范围为192~223。每个C类地址可连接254台主机,Internet有2097152个C类地址段(32*256*256),有532676608个地址(32*256*256*254)。

  RFC 1918留出了3块IP地址空间(1个A类地址段,16个B类地址段,256个C类地址段)作为私有的内部使用的地址。在这个范围内的IP地址不能被路由到Internet骨干网上;Internet路由器将丢弃该私有地址。

  IP地址类别 RFC 1918内部地址范围

  A类 10.0.0.0到10.255.255.255

  B类 172.16.0.0到172.31.255.255

  C类 192.168.0.0到192.168.255.255

  使用私有地址将网络连至Internet,需要将私有地址转换为公有地址。这个转换过程称为网络地址转换(Network Address Translation,NAT),通常使用路由器来执行NAT转换。

  实际上,还存在着D类地址和E类地址。但这两类地址用途比较特殊,在这里只是简单介绍一下:

   D类地址 不分网络地址和主机地址,它的第1个字节的前四位固定为1110。D类地址范围:224.0.0.1到239.255.255.254 。D类地址用于多点播送。 D类地址称为 广播地址,供特殊协议向选定的节点发送信息时用。

   E类地址保留给将来使用。

  连接到Internet上的每台计算机,不论其IP地址属于哪类都与网络中的其它计算机处于平等地位,因为只有IP地址才是区别计算机的唯一标识。所以,以上IP地址的分类只适用于网络分类。

  在Internet中,一台计算机可以有一个或多个IP地址,就像一个人可以有多个通信地址一样,但两台或多台计算机却不能共享一个IP地址。如果有两台计算机的IP地址相同,则会引起异常现象,无论哪台计算机都将无法正常工作。

  顺便提一下几类特殊的IP地址:

  1. 广播地址目的端为给定网络上的所有主机,一般主机段为全1

  2. 单播地址目的端为指定网络上的单个主机地址

  3. 组播地址目的端为同一组内的所有主机地址

  4. 环回地址 127.0.0.1 在环回测试和广播测试时会使用

网关地址

  若要使两个完全不同的网络(异构网)连接在一起,一般使用网关,在Internet中两个网络也要通过一台称为网关的计算机实现互联。这台计算机能根据用户通信目标计算机的IP地址,决定是否将用户发出的信息送出本地网络,同时,它还将外界发送给属于本地网络计算机的信息接收过来,它是一个网络与另一个网络相联的通道。为了使TCP/IP协议能够寻址,该通道被赋予一个IP地址,这个IP地址称为网关地址。

注意事项

  内部地址和外部地址在局域网的IP地址分配中,并没有区别,都可以使用。

  在局域网的IP地址分配中,子网屏蔽的“1”部分只要和对应的IP地址分类规定的前几个二进制数一致即可。

子网划分

  若公司不上Internet,那一定不会烦恼IP地址的问题,因为可以任意使用所有的IP地址,不管是A类或是B类,这个时候不会想到要用子网,但若是上Internet那IP地址便弥足珍贵了,目前全球一阵Internet热,IP地址已经愈来愈少了,而所申请的IP地址目前也趋饱和,而且只有经申请的IP地址能在Internet使用,但对某些公司只能申请到一个C类的IP地址,但又有多个点需要使用,那这时便需要使用到子网,这就需要考虑子网的划分,下面简介子网的原理及如何规划。

    子网掩码(Subnet Mask)

  设定任何网络上的任何设备不管是主机、个人电脑、路由器等皆需要设定IP地址,而跟随着IP地址的是所谓的子网掩码(NetMask,Subnet Mask), 这个子网掩码主要的目的是由IP地址中也能获得网络编码,也就是说IP地址和子网掩码合作而得到网络编码,如下所示:

  IP地址

  192.10.10.6         11000000.00001010.00001010.00000110

   子网掩码

  255.255.255.0     11111111.11111111.11111111.00000000

   AND                     (位与 &)

  -------------------------------------------------------------------

  Network Number

  192.10.10.0         11000000.00001010.00001010.00000000

  子网掩码有所谓的默认值,如下所示

  类 IP地址范围 子网掩码

  A 1.0.0.0-126.255.255.255 255.0.0.0

  B 128.0.0.0-191.255.255.255 255.255.0.0

  C 192.0.0.0-223.255.255.255 255.255.255.0

  在预设的子网掩码(Net Mask)都只有255的值,在谈到子网掩码(Subnet Mask)时这个值便不一定是255了。在完整一组C类地址中如203.67.10.0-203.67.10.255 子网掩码255.255.255.0,203.67.10.0称之网络编码(Network Number,将IP 地址和子网掩码作和),而203.67.10.255是广播的IP地址,所以这两者皆不能使用,实际只能使用203.67.10.1--203.67.10.254等254个IP地址,这是以255.255.255.0作子网掩码的结果,而所谓Subnet Msk尚可将整组C类地址分成数组网络编码,这要在子网掩码上作手脚,若是要将整组C类地址分成2个网络编码那子网掩码设定为255.255.255.128,若是要将整组C类分成8组网络编码则子网掩码要为255.255.255.224,这是怎么来的,由以上知道网络编码是由IP地址和子网掩码作AND而来的,而且将子网掩码以二进制表示法知道是1的会保留,而为0的去掉

  192.10.10.193--11000000.00001010.00001010.11000001

  255.255.255.0--11111111.11111111.11111111.00000000

  --------------------------------------------------------------

  192.10.10.0--11000000.00001010.00001010.00000000

  以上是以255.255.255.0为子网掩码的结果,网络编码是192.10.10.0,若是使用255.255.255.224作子网掩码结果便有所不同

  192.10.10.193--11000000.00001010.00001010.11000001

  255.255.255.224--11111111.11111111.11111111.11100000

  --------------------------------------------------------------

  192.10.10.192--11000000.00001010.00001010.11000000

   此时网络编码变成了192.10.10.192,这便是子网那要如何决定所使用的子网掩码,255.255.255.224以二进制表示法为11111111.11111111.11111111.11100000,变化是在最后一组,11100000便是224,以三个位(Bit)可表示2的3次方便是8个网络编码

  子网掩码二进制表示法可分几个网络

  255.255.255.011111111.11111111.11111111.000000001

  255.255.255.128

  11111111.11111111.11111111.100000002

  255.255.255.192

  11111111.11111111.11111111.110000004

  255.255.255.224

  11111111.11111111.11111111.111000008

  255.255.255.240

  11111111.11111111.11111111.1111000016

  255.255.255.248

  11111111.11111111.11111111.1111100032

  255.255.255.252

  11111111.11111111.11111111.1111110064

  以下使用255.255.255.224将C类地址203.67.10.0分成8组网络编码,各个网络编码及其广播IP地址及可使用之IP地址序号网络编码广播可使用之IP地址

  (1)203.67.10.0--203.67.10.31

  203.67.10.1--203.67.10.30

  (2)203.67.10.32--203.67.10.63

  203.67.10.33--203.67.10.62

  (3)203.67.10.64--203.67.10.95

  203.67.10.65--203.67.10.94

  (4)203.67.10.96--203.67.10.127

  203.67.10.97--203.67.10.126

  (5)203.67.10.128--203.67.10.159

  203.67.10.129--203.67.10.158

  (6)203.67.10.160--203.67.10.191

  203.67.10.161--203.67.10.190

  (7)203.67.10.192--203.67.10.223

  203.67.10.193--203.67.10.222

  (8)203.67.10.224--203.67.10.255

  203.67.10.225--203.67.10.254

  可验证所使用的IP地址是否如上表所示

  203.67.10.115--11001011.01000011.00001010.01110011

  255.255.255.224--11111111.11111111.11111111.11100000

  --------------------------------------------------------------

  203.67.10.96--11001011.01000011.00001010.01100000

  203.67.10.55--11001011.01000011.00001010.00110111

  255.255.255.224--11111111.11111111.11111111.11100000

  --------------------------------------------------------------

  203.67.10.32--11001011.01000011.00001010.00100000

  其它的子网掩码所分成的网络编码可自行以上述方法自行推演出来。

    子网作用

  使用子网是要解决只有一组C类地址但需要数个网络编码的问题,并不是解决IP地址不够用的问题,因为使用子网反而能使用的IP地址会变少,子网通常是使用在跨地域的网络互联之中,两者之间使用路由器连线,同时也上Internet,但只申请到一组C 类IP地址,过路由又需不同的网络,所以此时就必须使用到子网,当然二网络间也可以远程桥接(Remote Bridge,字面翻译)连接,那便没有使用子网的问题。

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