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IP地址与子网的划分.doc

IP地址与子网的划分

sumsher
2013-04-01 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《IP地址与子网的划分doc》,可适用于IT/计算机领域

IP地址与子网的划分一、子网掩码相关概念、:分类IP地址的低效性A、IP地址资源浪费严重B、IP网络数量不敷使用C、业务扩展缺乏灵活性D、无法应对Internet的爆炸式增长、为什么需要使用子网掩码TCPIP网间网技术产生于大型主流机环境中它能发展到今天的规模是当初的设计者们始料未及的。网间网规模的迅速扩展对IP地址模式的威胁并不是它不能保证主机地址的唯一性而是会带来两方面的负担:第一巨大的网络地址管理开销第二网关寻径急剧膨胀。其中第二点尤为突出寻径表的膨胀不仅会降低网关寻径效率(甚至可能使寻径表溢出从而造成寻径故障)更重要的是将增加内外部路径刷新时的开销从而加重网络负担。因此迫切需要寻求新的技术以应付网间网规模增长带来的问题。仔细分析发现网间网规模的增长在内部主要表现为网络地址的增减因此解决问题的思路集中在:如何减少网络地址。于是IP网络地址的多重复用技术应运而生。通过复用技术使若干物理网络共享同一IP网络地址无疑将减少网络地址数。、子网掩码的概念子网掩码是一个应用于TCPIP网络的位二进制值它可以屏蔽掉ip地址中的一部分从而分离出ip地址中的网络部分与主机部分基于子网掩码管理员可以将网络进一步划分为若干子网子网编址(subnetaddressing)技术又叫子网寻径(subnetrouting)英文简称subnetting是最广泛使用的IP网络地址复用方式目前已经标准化并成为IP地址模式的一部分。位的IP地址分为两部分即网络号和主机号分别把他们叫做IP地址的“网络部分”和“主机部分”。子网编址技术将“主机部分”进一步划分为“子网”部分和“主机”两部分其中“子网”部分用于标识同一IP网络地址下的不同物理网络常称为“掩码位”、“子网掩码号”或者“子网掩码ID”不同子网就是依据这个掩码ID来识别的。如图:·子网划分前的两级IP地址·子网划分后的三级IP地址虽然我们说子网掩码可以分离出ip地址中的网络部分与主机部分可大家还是会有疑问比如为什么要区分网络地址与主机地址?区分以后又怎样呢?那么好让我们再详细的讲一下吧!在使用TCPIP协议的两台计算机之间进行通信时我们通过将本机的子网掩码与接受方主机的ip地址进行'与'运算即可得到目标主机所在的网络号又由于每台主机在配置TCPIP协议时都设置了一个本机ip地址与子网掩码所以可以知道本机所在的网络号。通过比较这两个网络号就可以知道接受方主机是否在本网络上。如果网络号相同表明接受方在本网络上那么可以通过相关的协议把数据包直接发送到目标主机如果网络号不同表明目标主机在远程网络上那么数据包将会发送给本网络上的路由器由路由器将数据包发送到其他网络直至到达目的地。在这个过程中你可以看到子网掩码是不可或缺的!子网划分说白了是这样一个事情:因为在划分了子网后ip地址的网络号是不变的因此在局域网外部看来这里仍然只存在一个网络即网络号所代表的那个网络但在网络内部却是另外一个景象因为我们每个子网的子网号是不同的当用化分子网后的ip地址与子网掩码(注意这里指的子网掩码已经不是缺省子网掩码了而是自定义子网掩码是管理员在经过计算后得出的)做'与'运算时每个子网将得到不同的子网地址从而实现了对网络的划分(得到了不同的地址当然就能区别出各个子网了有趣吧)。、子网划分的作用子网编址技术即子网划分将会有助于以下问题的解决:)巨大的网络地址管理耗费:如果你是一个A类网络的管理员你一定会为管理数量庞大的主机而头痛的)路由器中的选路表的急剧膨胀:当路由器与其他路由器交换选路表时互联网的负载是很高的所需的计算量也很高)IP地址空间有限并终将枯竭:这是一个至关重要的问题高速发展的internet,使原来的编址方法不能适应而一些ip地址却不能被充分的利用造成了浪费。因此在配置局域网或其他网络时根据需要划分子网是很重要的有时也是必要的。现在子网编址技术已经被绝大多数局域网所使用。二、子网掩码的标示、子网掩码的标示按IP协议的子网标准规定每一个使用子网的网点都选择一个位的位模式由一串二进制和跟随的一串二进制组成。子网掩码可以用点分十进制方式表示。若位模式中的某位置则对应IP地址中的某位为网络地址(包括网络部分和子网掩码号)中的一位若位模式中的某位置则对应IP地址中的某位为主机地址中的一位。如图例如二进制位模式:中前三个字节全代表对应IP地址中最高的三个字节为网络地址后一个字节全代表对应IP地址中最后的一个字节为主机地址。为了使用的方便常常使用“点分整数表示法”来表示一个IP地址和子网掩码例如B类地址子网掩码()为:。IP协议关于子网掩码的定义提供一定的灵活性允许子网掩码中的“”和“”位不连续。但是这样的子网掩码给分配主机地址和理解寻径表都带来一定困难并且极少的路由器支持在子网中使用低序或无序的位因此在实际应用中通常各网点采用连续方式的子网掩码。像和等一类的子网掩码不推荐使用、各类网络的默认掩码①A类网络的默认掩码是换算成二进制就是默认掩码意味着没有将A类大网(A类网络)再划分为若干个小网。掩码中的表示网络号个表示在网络号确定的情况下(用二进制表示的IP地址的左边位固定不变)用位二进制数来表示IP地址的主机号部分。(IP地址是由网络号主机号两部分构成)②B类网络的默认掩码是换算成二进制就是默认掩码意味着没有将B类大网再划分为若干个小网。个表示在网络号确定的情况下(用二进制表示的IP地址的左边位固定不变)可以用位二进制数来表示IP地址的主机号部分。(可以把B类默认掩码理解为是将A类大网(A类网络)划分为的次方(即)个小网)③C类网络的默认掩码是换算成二进制就是默认掩码意味着没有将C类大网再划分为若干个小网。这里的个表示在网络号确定的情况下(用二进制表示的IP地址的左边位固定不变)可以用位二进制数来表示IP地址的主机部分。(可以把C类默认掩码理解为是将A类大网(A类网络)划分为的次方(即)个小网是将B类大网划分为的次方(即)个小网)、关于子网掩码其它相关内容①如何判断是否做了子网划分?这个问题很简单如果它使用了缺省子网掩码那么表示没有作子网划分反之则一定作了子网划分②关于正确有效的掩码:正确有效的掩码应该满足一定的条件即把十进制掩码换算成二进制后掩码的左边部分一定要是全为且中间不能有出现。比方说将转为二进制是可以看到左边都是在的中间没有出现(都在的右边)这样就是一个有效的掩码。我们再来看转成二进制是这不是一个正确有效的掩码因为在中间有一个的存在。再来看转为二进制是这也不是一个正确有效的掩码因为在中间也有的存在。③关于子网掩码的另类表示法:有些题目中不是出现如这样的子网掩码而是出现IP地址数字这样的形式这里的数字就是子网掩码的另类表示法。在做题时我们要正确理解这种另类表示法。我们将转为二进制的形式是可以看到左边是有个所以我们可以将这个掩码表示为。反过来当我们看到时我们就把位二进制的左边填上个将这个位二进制数每位做为一节用句点隔开再转换为十进制就是了。④网络中有两个IP地址不可用:不管是A类还是B类还是C类网络在不划分子网的情况下有两个IP地址不可用:网络号和广播地址。比如在一个没有划分子网的C类大网中用来表示网络号用来表示广播地址因为C类大网的IP地址有个现在减去这两个IP地址那么可用的IP地址就只剩下=个了。如果题目问:把一个C类大网划分为个子网会增加多少个不可用的IP地址?可以这样想:在C类大网不划分子网时有两个IP地址不可用现在将C类大网划分为个子网那么每个子网中都有个IP地址不可用所以个子网中就有个IP地址不可用用个IP地址减去没划分子网时的那两个不可用的IP地址得到结果为个。所以在将C类大网划分为个子网后将会多出个不可用的IP地址。⑤明确十进制数与位二进制数的转换做这类题要能够在心中将以内的十进制数转换为对应的二进制数。可以参考这个公式表(第一行是二进制第二行是十进制):可以看到:第一行左起第一个二进制对应十进制的第一行左起第二个对应十进制的第一行左起第三个对应十进制的第一行左起第四个对应十进制的第一行左起第五个对应十进制的第一行左起第六个对应十进制的第一行左起第七个对应十进制的第一行左起第八个对应十进制的上面这些关系要牢记这是进制转换的基础!比方说将十进制的转为二进制可以这样想:因为和比较近又由于公式表中左起第一个二进制表示所以可以马上将待转换成位二进制的最左边的一位确定下来定为。再接下来看到和只相差而是与的和而与分别对应公式表中的左起第和第位所以十进制的转换为位二进制表示就是对应如下:(二进制表示的)(十进制表示的)其它以内的十进制数转换为位二进制数的方法依此类推。三、子网的划分、利用掩码确定网络号和主机号()例如:有一个C类地址为:按其IP地址类型它的缺省子网掩码为:则它的网络号和主机号可按如下方法得到:  第步将IP地址转换为二进制  第步将子网掩码转换为二进制  第步将以上两个二进制数逻辑进行与(AND)运算得出的结果即为网络部分。“”与“”进行“与”运算后得到“”即“”这就是这个IP地址的网络号或者称“网络地址”。第步将子网掩码的二进制值取反后再与IP地址进行与(AND)运算得到的结果即为主机部分。如将“(子网掩码的取值)反”与“”进行与运算后得到“”即“”这就是这个IP地址主机号(可简化为“”)。第步,将网络地址中的主机号全置为即可得到该子的广播地址:()、确定两个IP是否在一个网段最为简单的理解就是两台计算机各自的IP地址与子网掩码进行AND运算后如果得出的结果是相同的则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的可以进行直接的通讯。就这么简单。  请看以下示例:  运算演示之一:  IP地址   子网掩码   AND运算  转化为二进制进行运算:  IP地址   子网掩码   AND运算    转化为十进制后为:    运算演示之二:  IP地址   子网掩码   AND运算  转化为二进制进行运算:  IP地址   子网掩码   AND运算  转化为十进制后为:  运算演示之三:  IP地址   子网掩码   ND运算  转化为二进制进行运算:  IP地址   子网掩码   AND运算   转化为十进制后为:    通过以上对三组计算机IP地址与子网掩码的AND运算后我们可以看到它运算结果是一样的。均为所以计算机就会把这三台计算机视为是同一子网络然后进行通讯的。我现在单位使用的代理服务器内部网络就是这样规划的。、怎样快速找出子网号和有效IP地址范围?()当我们在接触IP地址时很多时候要做的工作就是找子网号、广播地址和有效IP地址范围。这里面的计算其实不难所以应该掌握快速准确的计算方法。A:子网中的有效IP地址范围由(子网号)开始到(子网广播地址)结束。因此关键在于计算子网号和广播地址:)通过将IP地址和掩码进行按位与操作得到子网号)将子网号的所有主机位由变成即得到广播地址举例:IP地址掩码那么算得子网号为广播地址为()我们再来看看另外一种快速计算子网号的方法:)从掩码中找这个字节与其对应的IP地址字节保持不变)从掩码中找这个字节与其对应的IP地址字节为)对于掩码中非又非的字节(称为感兴趣字节)用减掉它得到“magicnumber”)找到一个magicnumber的整数倍数该数最接近IP地址的感兴趣字节值又不大于IP地址的感兴趣字节值。举例:IP地址掩码。因为掩码中第一个字节、第二个字节都为那么所得子网号的第一个字节、第二个字节应与IP地址相同(分别为和)而掩码中第四个字节为那么所得子网号的第四个字节应为再看掩码的第三个字节是它就是该地址的感兴趣字节用得到这就是magicnumber接下来寻找的倍数要求它最接近而又小于这样得到综上所述子网号为。()用相似的办法可以快速确定子网广播地址:)与前面的方法一样找到感兴趣字节)对于感兴趣字节左边的字节子网广播地址的字节值与子网号的字节值相同)对于感兴趣字节右边的字节子网广播地址的字节值写作)与前面的方法一样计算magicnumber)将子网号的感兴趣字节值加上magicnumber再减去即得子网广播地址的该字节值。、找出一个网络中包含的所有子网问题形式:给定一个ABC类网络和一个所有子网的掩码计算该网络包含的子网号。先看标准方法(对于分类地址):)把网络号按二进制格式写下(子网部分都为))划两道线第一道分隔网络部分和子网部分第二道分隔子网部分和主机部分)若子网位的位数为n计算n此即子网的数目(包含零子网和广播子网))由全到全对子网位每次增而其它位保持不变这样就得出所有子网再看快速方法:)对于第一个子网号(零子网号)它就等于网络号)找出哪个字节包含了整个子网字段称它为感兴趣字节)用减去掩码的感兴趣字节值得到magicnumber)由至感兴趣字节每次递增magicnumber(其它字节保持不变)得到子网举例:B类网络(使用静态掩码)掩码为。可以先得到第一个子网就是然后找出包含所有子网位的字节这里是第三个字节所以它就是感兴趣字节=得到magicnumber。将感兴趣字节(第三个字节)由至每次递增依次得到子网:、计算子网内可用主机地址数注:NN:网络位:可用的子网数N:主机位:可用的主机数个可用地址为:(,)、根据主机地址数划分子网、根据子网掩码计算子网数如图:假设子网号的二进制位数(即子网掩码比默认掩码的位数增加的位数)为M那么可分配的子网数为^m个例:转成二进制:子网号为即可划分成^个子网。注:TCPIP协议中,全和全网段因为具有二意性而不能被使用,FC规定的早期子网划分标准中子网号不能为全和全所以子网数量为^m个但在RFC中已经取消了CISCO缺省使全网段可以被使用,但全网段只有在配置了IPSUBNETZERO后方可被使用。、根据子网数划分子网注:划分子网掩码就必须知道划分子网后的子网掩码需要计算子网掩码。总结如下:()计算子网号的位数。假设需要划分X个子网每个子网包括尽可能多的主机地址那么当X满足公式^M≥X≥^M时M就是子网号的位数()由子网号位数计算出子网掩码划分出子网。例:、VLSM和CIDR()、VLSM(可变长子网掩码)A:例:如果共有台机器那一定是用C类地址。但是如果用C类的话每一个网段可以用到台主机而你现在只有台这样的话不是要浪费台了吗?但是如果用了VLSM就不同了请看。  如果是静态掩码的话C类地址因该是  <的次方化为十进制就是所以VLSM就是  例一:IP:  SubstMask:  转化为二进制  AND与运算    转化为十进制  例二:  SubstMask:  转化为二进制  AND与运算    转化为十进制  以上二个地址在同一网段  再看:  例三:IP:  SubstMask:  转化为二进制   AND与运算    转化为十进制B:综合题:规划:某公司内部分为大部门,市场部,财务部,行政部,人力资源部各部门的PC接入分别是市场部台,财务部台,行政部台人力资源部台,公司向运营商申请了一个C类地址请为该公司合理分配IP地址,实现公司的PC接入,并分别指出各部门属于哪个网段,以及该部门能使用的主机地址固长():市场部个地址():行政部个地址():财务部个地址():人力部个地址C:应用实例()CIDR(无类域间路由)CIDR消除了传统的自然分类地址和子网划分的界限可以更加有效地的分配IPv的地址空间在IPv使用之前应对INTERNET的规模增长。CIDR不再使用“子网地址”或者“网络地址”的概念转而使用“网络前缀(networkprefix)“这个概念。与只能使用位、位、位长度的自然分类网络号不同网络前缀可以有各种长度前缀长度由其相应的掩码标识。CIDR前缀既可以是一个自然分类网络地址也可以是一个子网地址也可以是由多个自然分类网络聚合而成的“超网”地址。所谓超网就是利用较短的网络前缀将多个使用较长网络前缀的小网络聚合为一个或多个较大的网络。例如:某机构拥有个C类网络和而其需要在一个网络内部署台主机那么可以通过CIDR的超网化将个C类网络聚合为一个更大的超网掩码为。CIDR可以将有相同网络前缀的连续的IP地址组成CIDR地址块。一个CIDR地址块使用地址块的起始地址(前缀)和起始地址的长度(掩码)来定义。例如:某机构拥有个C类网络、那么可以将这些地址合并为一个B类大小的CIDR地址块其前缀为掩码为。因为一个CIDR地址块可以表示很多个网络地址所以支持CIDR的路由器可以利用CIDR地址块来查找目的网络这种地址的聚合称为强化地址汇聚它使得INTERNET的路由条目数大量减少。路由聚合减少了路由器之间路由选择信息的交互从而提高了整个个INTERNET的性能。例:IP路由原理一、什么是路由路由是指导IP报文发送的路径信息。、路由(Route)是指导路由器如何进行数据报文发送的路径信息。(路由器是能够将数据报文在不同逻辑网段转发的网络设备。)、每一条路由都包含有:目的地址、下一条跳、出接口、到目的地的代价等要素路由根据自己的路由表对IP报文进行转发操作。、每一台路由器都有路由表(RoutingTable)路由便存储在路由表中。、路由环路是错误的路由导致的它会造成IP报文在网络中循环转发浪费网络带宽。二、路由的特点路由器特点是逐跳转发如图:如上图网络中RTA收到PC发往Server的数据包后将数据包转发给RTBRTA并不负责指导RTB如何转发数据包。所以RTB必须自己将数据包转发给RTCRTC再转发给RTD依次类推。这就是路由的逐跳性即路由只指导本地转发行为不会影响其它设备转发行为设备之间的转发是相互独立的。三、路由表路由表中包含了以下要素:·目的地址网络掩码(DestinationMask):用来标识IP数据报文的目的地址或者目的网络。将目的地址和网络掩码“逻辑与”后可得到目的主机或者路由器所在网段的地址。例:目的地址为掩码为的主机或者路由器所在网段的地址为。掩码由若干个连续“”构成既可以用点十分进制表示也可以用掩码中连续“”的个数来表示。·出接口(Interface):指明IP包将从该路由器哪个接口转发(出口)·下一跳地址(Nexthop):更接近目的网络的下一个路由器地址(入口)。如果只配置了出接口下一跳IP地址是出接口的地址。·度量值(Metric):说明IPQN需要要花费多大的代价才能到达目标。主要作用是当网络存在到达目的网络的多个路径时路由器可依据度量值而选择一条较优的路径发送IP报文从而保证IP报文能更快更好的到达目的。根据掩码长度的不同我们可以把路由表中路由项分为以下几类型:·主机路由:掩码长度是位的路由表明此路由匹配单一IP地址·子网路由:掩码长度小但大于于表明此路由由匹配一个子网·默认路由:掩码长度为表明此路由匹配全部IP地址。四、路由器的单跳操作如图:路由器就是通过匹配路由表里的路由项来实现数据包的转发的。当路由器收到一个数据包的时候将数据包的目的IP地址提取出来然后与路由表中路由项包含的目的地址进行比较如果与某路由项中目的地址相同则认为此路由项匹配如果没有路由项能够匹配则丢弃数据包。路由器看所匹配的路由项的下一跳地址是否在直连链路上如果在直连链路上则路由器根据此下一跳转发如果不在直连链路上则路由器还需要在路由表中再查找此下一跳地址所匹配的路由项。确定了最终的下一跳的地址后路由器将些报文送往对应的接口接口进行相应的地址解析解析出此地址所对应的链路层地址然后对IP数据包进行数据封装并转发。五、路由的来源来源主要有种:·直连(Direct)路由直连路由不需要配置当接口存在IP地址并且状态正常时由路由进程自动生成安的特点是开销小配置简单无需人工维护但只能发现本接口所属网段的路由。·手工配置的静态(Static)路由由管理员手工配置而成的路由称之为静态路由。通过静态路由的配置可建立一个互通的网络但这种配置问题在于:当一个网络故障发生后静态路由不会自动修正必须有管理员的介入。静态路由无开销配置简单适合简单拓扑结构的网络。·动态路由协议(RoutingProtocol)发现的路由当网络拓扑结构十分复杂时手工配置静态路由工作量大而且易出错可用动态路由协议(如RIP、OSPF)让其自动发现和修改路由避免人工维护。但动态路由协议开销大配置复杂。六、路由的度量如:RIP跳数OSPF带宽注:、度量值通常只对动态的路由协议有意义静态路由协议的度量统一规定为。、路由度量只在同一种路由协议内有比较意义不同的路由协议之间的路由度量值没有可比性不不存在换算关系。七、路由优先级、路由优先级路由优先级(Preference)代表了路由协议的可信度。、各类路由默认优先级主机号子网号网络号主机号网络号

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