网络基础第1章IP地址和子网规划家庭网络的建设含无线IP地址规划

第1章IP 地址和子网规划

【学习目标】

掌握IP 地址的格式和分类 掌握子网划分的方法

了解IP 报文转发基本原理

了解 VLSM 与 CIDR

了解IPv6的特点

了解IPv6地址的标识方法、构成和分类

了解IEEE EUI-64格式转换原理

了解邻居发现协议的作用及地址解析、地址自动配置的工作原理 掌握IPv6地址的配置

【重点难点】

IP 地址的格式和分类

子网划分的方法

VLSM 与 CIDR

1.1 IP 协议概述

TCP/IP 协议栈的网络层位于网络接口层和传输层之间，

其主要功能就是标识

大规模网络中的每一个节点并将数据投递到正确的目的节点。

由RFC791定义的IP 是TCP/IP 网络层的核心协议，IP 协议不关心数据包的 内容，不能保

证数据包是否能成功地到达目的地， 也不维护任何关于前后数据包 的状态信息。面向连接的可靠服务由传输层的 TCP 协议实现。IP 协议的主要作 用如下：

（1） 标识节点和链路： 个节点分配一个全局唯一的 （2） 寻址和转发：IP

位置，选择适当的路径将IP 包转发到目的节点。

（3） 适应各种数据链路：为工作在多样化的链路和介质上， IP 必须具备适 应各种链路

的能力，如可根据链路的 MTU （ Maximum Transfer Unit ,最大传输 单元）对IP 包进行分

片、重组。

1.2 IP 地址

连接到In ternet 上的设备必须有一个全球唯一的IP 地址，该地址与链路类型、

IP 为每个链路分配一个全局唯一的网络号，为每一 IP 地

址，用以标识每个节点。

路由器根据所掌握的路由信息，确定节点所在网络的

设备硬件无关，故亦称逻辑地址。每台主机可以有多个网卡，也可以同时拥有多个IP地址。

In ternet上的每个节点既有IP地址，也有物理地址（即MAC地址）。MAC 地址是设备生产厂家固化在网卡上的，每个网卡的MAC地址也是全球唯一的。

为什么还需要IP地址呢？因为MAC地址是固化在设备上的，不便于修改，不能够方便地根据客户的需求定义网络设备地址，而IP地址只是逻辑地址，可按

照用户的需求规划和分配。

（1）IP地址格式

在计算机内部，IP地址采用32位二进制数表示，为便于表示与记忆，通常采用点分十进制方式标识。即将32位的IP地址分成4段，每段8位二进制位，用一个十进制数表示，组间用“ •”分割，如图2-1所示。

图2-1

由于理论上总共有232个IP地址，每一台路由器都存储每一节点的路由信息几乎是不可能的，所以IP地址采用分层结构。IP地址由两部分组成：网络号、主机号，如图2-2所示。

口：

".■ ■ _■ *■

d-h. Vnr ■,- IJC-. . d

图2-2

网络号用于区分不同的IP网络，即该IP地址所属的IP网段，一个网络中所有设备的IP 地址具有相同的网络号。主机号用于标识该网络内的一个IP节点。

在一个网段内部，主机号是唯一的。这样，路由器只需要存储每个网段的路由信息即可。

例如图2-3所示的网络由两个网络构成，每个网络中有3台主机。网络之间

通过路由器连接。路由器只要记录左侧的网络地址为192.16820,通过接口E0/0 连接；右侧的网络地址为10.0.0.0,通过接口E0/1连接。

图2-3

（2）IP地址分类

为更好的管理和使用IP地址资源，IP地址被划分为A、B、C、D、E五类。每类地址的网络号和主机号在32位地址中所占位数不同，因而每类的网络数和主机数都有很大区别别。IP.地址的分类如＜2-4所示。

y'

图2-4

①A类IP地址的第一个八位段以0开始。A类地址的网络号为第一个八位段

（取值范围为1~126）,后面的3个八位段为主机号。所以A类地址的范围为

1.0.0.0~126.255.255.255其中网络号为127的有特殊用途，如127.0.0.1用于主机环回测试。

②B类IP地址的第一个八位段以10开始。B类地址的网络号为前2个八位段（第一个八位段取值为128~191）,后面的2个八位段为主机号。所以B类地址的范围为128.0.0.0-191.255.255.255

③C类IP地址的第一个八位段以110开始。C类地址的网络号为前3个八位段（第一个八位段取值为192-223），后面的一个八位段为主机号。所以C类地址的范围为192.0.0.0-223.255.255.255

④D类地址的第一个八位段以1110开始。D类地址通常用于组播地址。

⑤E类地址的第一个八位段以11110开始，保留用于研究。

（3）特殊用途的IP地址

虽然IP地址可用于唯一标识一台主机或网络设备，但并不是每一个IP地址都用于该目的。一些特殊的IP地址被用于各种各样的其他用途，如表2-1所示。

表

由上表可知，每一个网段都会有一个网络地址和一个网段广播地址，因此每 一个网络实际

可用于主机的地址数等于网段内的全部地址数减 2。

需要注意的是，转发网段广播和全网广播会对网络性能造成严重的不利影 响，因此几乎所

有的路由器在默认情况下均不转发广播包。

（4）私有地址

随着In ternet 用户爆炸式增长，IP 地址枯竭的趋势越来越严重，为缓解这种 情况，

IANA 规定从A 类、B 类、C 类的IP 地址池中各拿出一部分用在 LAN 中, 这部分地址被称为私有

地址，这类地址只能在封闭的局域网中有效，在 上不被识别。相对的，在In ternet 上可以被识别的IP 地址称为公有地址。 望使用私有地址的LAN 连接到In ternet ，则需使用网络地址转换技术。 配的私有地址段如下：

A 类：

B 类：

C 类： 1.3 IP 子网划分

早期的In ternet 是一个简单的二级网络结构， 接入In ternet 的机构由一个 物理网

络构成，该物理网络包含机构中需要接入 In ternet 网络的全部主机。每 个机构被分配一个按

照自然分类法（即A 、B 、C D E 五类网址）得到的In ternet 网络地址。

随着时间推移，In ternet 中出现了许多大型机构，这些机构中需接入

In ternet 的主机数量众多，鉴于物理网络容纳主机的数量有限，因此在同一机 构内部需要划

分多个物理网络。早期的解决方案是为机构内的每一个物理网络都 分配一个按照自然分类法得到

的In ternet 网络地址，但其存在严重问题：IP 地 址资源浪费严重、IP 网络数量不够、业务

扩展缺乏灵活性。

（1）子网掩码的概念

每个32位IP 地址都被划分为由网络号和主机号构成的二级机构。 为了区分

IP 地址的网络号与主机号，从而判断任意两

IP 地址是否处于同一网络，因而引

入了网络掩码。 网络掩码要求对应网络号部分的位全置 1,对应主机号部分的位全置 0。所 以，一个标准的

A 类地址其网络掩码为255.0.0.0，一个标准的

B 类地址其网络 掩码为255.255.0.0，一个标

准的C 类地址其网络掩码为 255.255.255.0。

为了更有效地利用IP 地址，解决IP 地址资源浪费和IP 网络数量不够等问

In

ternet

女口果希

10.0.0.0-10.255.255.255

172.16.0.0-172.31.255.255

192.168.0.0-192.168.255.255