理解IP地址分類子網(wǎng)掩碼默認(rèn)網(wǎng)關(guān)VLSMCIDR

1、第2章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)任務(wù)2.3v 理解理解IP地址的作用與意義地址的作用與意義 這一部分主要以IP地址的基礎(chǔ)知識結(jié)構(gòu)作為重點(diǎn)進(jìn)行描述，包括IP地址的作用與意義、IP地址的分類與子網(wǎng)劃分、VLSM（可變長的子網(wǎng)掩碼）與CIDR（無類域間的路由），然后會引入一個(gè)比較經(jīng)典的VLSM設(shè)計(jì)案例來加強(qiáng)對IP地址設(shè)計(jì)與規(guī)劃的理解。任務(wù)2.3.1v IP地址的定義與分類地址的定義與分類 IP地址相當(dāng)于人類世界中某人住宅位置的具體地址，屬于哪一個(gè)城市里的哪一條街道，具體的門牌號。人類的住宅地址是為了方便尋找具體某一個(gè)人，而網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域里的IP地址是為了確定一個(gè)具體網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)所處的具體位置。通過理解什么

2、是IP地址、IP地址的組成部分、誰負(fù)責(zé)分發(fā)和管理IP地址、IP地址的分類等方面來成功地學(xué)習(xí)IP地址。Internet依靠TCP/IP協(xié)議，在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)不同硬件結(jié)構(gòu)、不同操作系統(tǒng)、不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互聯(lián)。 在Internet上，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都依靠唯一的IP地址互相區(qū)分和聯(lián)系。IP地址是一個(gè)32位二進(jìn)制數(shù)的地址，由4個(gè)8位字段組成，每個(gè)字段之間用點(diǎn)號隔開，比如202.202.1.1就是一個(gè)IP地址。簡單地說，一個(gè)IP地址就代表網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，并且這個(gè)通信節(jié)點(diǎn)在全世界范圍內(nèi)是獨(dú)一無二的。任務(wù)2.3.1IP地址的分類地址的分類A類IP地址：1.0.0.1126.255.255.254；子網(wǎng)掩碼：2

3、55.0.0.0B類IP地址：128.1.0.1191.254.255.254；子網(wǎng)掩碼：255.255.0.0C類IP地址：192.0.1.1223.255.254.254；子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0D類IP地址：224.0.0.1239.255.255.254E類IP地址：保留實(shí)驗(yàn)使用特殊特殊IP地址說明地址說明127.0.0.1：回送地址。指本地機(jī)，一般用來測試，被保留。主機(jī)ID部分被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制后，全是“1”與“0”的作保留。比如：把192.168.1.255/24這個(gè)地址的主機(jī)ID轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制后就是“11111111”，這表示192.168.1.255子網(wǎng)內(nèi)的廣播地址；把1

4、92.168.1.0/24的主機(jī)ID轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制后就是“00000000”，這表示192.168.1.0的整個(gè)子網(wǎng)。自動(dòng)專用IP尋址（Automatic Private IP Addressing，APIPA）是一個(gè)DHCP故障轉(zhuǎn)移機(jī)制，當(dāng)DHCP服務(wù)器出故障時(shí)，APIPA在169.254.0.1到 169.254.255.254的私有空間內(nèi)分配地址，所有設(shè)備使用默認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)掩碼255.255.0.0。APIPA可以為沒有DHCP服務(wù)器的單網(wǎng)段網(wǎng)絡(luò)提供自動(dòng)配置TCP/IP協(xié)議的功能任務(wù)2.3.1誰負(fù)責(zé)發(fā)放和管理誰負(fù)責(zé)發(fā)放和管理IP地址地址 所有的IP地址都由國際組織NIC（Network Inf

5、ormation Center）負(fù)責(zé)統(tǒng)一分配，目前全世界共有三個(gè)這樣的網(wǎng)絡(luò)信息中心。InterNIC負(fù)責(zé)美國及其他地區(qū)；ENIC負(fù)責(zé)歐洲地區(qū)；APNIC負(fù)責(zé)亞太地區(qū)。我國申請IP地址要通過APNIC，APNIC的總部設(shè)在日本東京大學(xué)。申請時(shí)要考慮申請哪一類的IP地址，然后向國內(nèi)的代理機(jī)構(gòu)提出。任務(wù)2.3.2v理解子網(wǎng)掩碼與理解子網(wǎng)掩碼與IP子網(wǎng)的劃分子網(wǎng)的劃分 詳細(xì)地理解IP地址的分類與子網(wǎng)劃分，首先必須理解IP地址的組成部分。每個(gè)IP地址都包含兩部分：網(wǎng)絡(luò)ID和主機(jī)ID。網(wǎng)絡(luò)ID標(biāo)識在同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)，主機(jī)ID 標(biāo)識該物理網(wǎng)絡(luò)上的某一臺具體的主機(jī)。整個(gè)Internet上的每臺計(jì)算機(jī)

6、都依靠各自唯一的IP地址來標(biāo)識。比如192.168.1.1這個(gè)地址，哪部分屬于網(wǎng)絡(luò)ID？哪部分屬于主機(jī)ID？要成功識別IP地址的主機(jī)ID與網(wǎng)絡(luò)ID，首先要成功地理解子網(wǎng)掩碼。實(shí)際上子網(wǎng)掩碼就是用于識別一個(gè)IP地址的網(wǎng)絡(luò)ID與主機(jī)ID的關(guān)鍵。如圖2.17所示，192.168.1.1的子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，那么該地址的網(wǎng)絡(luò)ID就是192.168.1.0，共計(jì)24位（子網(wǎng)掩碼是三個(gè)255，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制就是24個(gè)“1”，所以也稱為24位）表示網(wǎng)絡(luò)ID，剩下的8位表示主機(jī)ID。圖2.17 子網(wǎng)掩碼的網(wǎng)絡(luò)ID和主機(jī)ID任務(wù)2.3.2 將子網(wǎng)掩碼與IP地址作一個(gè)配對，子網(wǎng)掩碼十進(jìn)制數(shù)“255

7、”（二進(jìn)制是11111111）對應(yīng)的IP地址部分就是IP地址的網(wǎng)絡(luò)ID，子網(wǎng)掩碼十進(jìn)制數(shù)“0”（二進(jìn)制是0000000）對應(yīng)的就是主機(jī)ID。注意：注意：IP地址為地址為192.168.1.0，子網(wǎng)掩碼為，子網(wǎng)掩碼為 255.255.255.0，可表示為，可表示為192.168.1.0/24。這里的。這里的/24就等同于就等同于255.255.255.0。任務(wù)2.3.3v計(jì)算一個(gè)計(jì)算一個(gè)IP子網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)數(shù)子網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)數(shù) 192.168.1.0/24該IP所處的子網(wǎng)最多可以有多少臺主機(jī)？能夠成功地計(jì)算某個(gè)IP子網(wǎng)中能容納多少臺計(jì)算機(jī)，這對有效、合理地理解IP地址的設(shè)計(jì)非常有幫助。192.168.1

8、.1的子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，那么該地址的網(wǎng)絡(luò)ID就是192.168.1.0，共計(jì)24位表示網(wǎng)絡(luò)ID，剩下的8位表示主機(jī)ID。計(jì)算一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)可容納多少臺主機(jī)的公式如下：2n-2 其中，n表示主機(jī)ID“0”的個(gè)數(shù)。以IP地址192.168.1.1為例，192.168.1.0/24的子網(wǎng)可容納28 -2=254臺主機(jī)。為什么要在公式中減2，減掉的2是指網(wǎng)絡(luò)ID和廣播地址。如192.168.1.0/24的主機(jī)ID全為“0”表示為網(wǎng)絡(luò)ID，192.168.1.255/24的主機(jī)ID全為“1”表示為廣播地址。任務(wù)2.3.4v理解默認(rèn)網(wǎng)關(guān)理解默認(rèn)網(wǎng)關(guān) 默認(rèn)網(wǎng)關(guān)通常指示一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)需要向另一個(gè)

9、IP網(wǎng)絡(luò)通信的最后通道（數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)）。通過文字定義可能很抽象，現(xiàn)在通過實(shí)例應(yīng)用來理解默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。如圖2.18所示，該環(huán)境中有兩個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)，其中一個(gè)為192.168.1.0；另一個(gè)為192.168.2.0。不同IP網(wǎng)絡(luò)要進(jìn)行通信必須經(jīng)過路由器來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，此時(shí)的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)實(shí)際上就是路由器上對應(yīng)不同IP網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)接口，相當(dāng)于一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)到另一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)的最后路徑。計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)處于IP網(wǎng)絡(luò)192.168.1.0中，它們要和處于192.168.2.0的主機(jī)和主機(jī)通信，主機(jī)和主機(jī)就必須通過路由器上的192.168.1.1這個(gè)IP節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到192.168.2.0的IP網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)路由器上的IP地址1

10、92.168.1.1就是192.168.1.0網(wǎng)絡(luò)的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，與此同理，192.168.2.1就是IP網(wǎng)絡(luò)192.168.2.0的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。任務(wù)2.3.4圖2.18 網(wǎng)關(guān)示意圖任務(wù)2.3.5v 理解可變長子網(wǎng)掩碼（理解可變長子網(wǎng)掩碼（VLSM）與無類域間的路由（）與無類域間的路由（CIDR）VLSM（Variable Length Subnet Mask，可變長子網(wǎng)掩碼），可變長子網(wǎng)掩碼） 很直觀地表達(dá)IP地址的VLSM形式：172.16.1.1，在傳統(tǒng)的IP地址歸類中應(yīng)該把它歸為B類IP地址，掩碼應(yīng)該是255.255.0.0或者寫成172.16.1.1/16。但由于某種原因把172.16.1

11、.1這個(gè)B類IP地址套用了255.255.255.0掩碼，即172.16.1.1/24。這就是一個(gè)典型的VLSM地址形式。 標(biāo)準(zhǔn)的主類地址 VLSM規(guī)劃的地址 172.16.1.1 172.16.1.1 255.255.0.0 255.255.255.0任務(wù)2.3.5v為什么提出為什么提出VLSM，VLSM的作用是什么的作用是什么 提出VLSM的原因是減小IP地址的浪費(fèi)，讓IP地址的計(jì)算更加合理。比如在一條點(diǎn)對點(diǎn)的專線上，本身就只需要兩個(gè)IP，如果你從運(yùn)營商處購買了一段C類IP地址，如202.202.1.0/24，那么202.202.1.0/24的網(wǎng)絡(luò)可用的IP地址就是254個(gè)（可根據(jù)上一小節(jié)

12、計(jì)算一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)數(shù)的公式進(jìn)行計(jì)算），而主線上又只需要兩個(gè)IP地址,那么如果不對202.202.1.0/24進(jìn)行VLSM規(guī)劃，就會在一條主線上浪費(fèi)252個(gè)IP地址。如果利用VLSM打破傳統(tǒng)類別IP的規(guī)劃，則會得到一個(gè)很驚奇的結(jié)果。將原本C類地址202.202.1.0/24的24位子網(wǎng)掩碼規(guī)劃成30位子網(wǎng)掩碼，如202.202.1.0/30（30位子網(wǎng)掩碼的十進(jìn)制表示就是255.255.255.252）。原來的C類掩碼是“255.255.255.0”，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制形式就是24個(gè)“1”，再加上VLSM后向主機(jī)ID借的6個(gè)“1”(252)，所以主機(jī)ID就只有兩位，利用計(jì)算子網(wǎng)主機(jī)個(gè)數(shù)的公式 22

13、-2=2，那么202.202.1.0/30子網(wǎng)剛好只有兩臺主機(jī)，正好用于一條點(diǎn)對點(diǎn)的專線上，保證了一個(gè)地址都沒有浪費(fèi)。任務(wù)2.3.5v CIDR（Classless Inter-Domain Routing，無類域間的路由），無類域間的路由） CIDR將數(shù)個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，使用一種無類別的路由選擇算法，可以減少Internet核心路由器的路由選擇算法，可以減小Internet核心路由器的路由記錄數(shù)目。事實(shí)上，CIDR構(gòu)建了一個(gè)“超級網(wǎng)絡(luò)”，也是VLSM的一個(gè)逆向過程。VLSM是把一個(gè)較大的主類網(wǎng)絡(luò)劃小，而CIDR是把多個(gè)較小的網(wǎng)絡(luò)匯聚。CIDR示意圖如圖2.19所示。圖2.19 CIDR示

14、意圖任務(wù)2.3.6v 演示：區(qū)分網(wǎng)絡(luò)演示：區(qū)分網(wǎng)絡(luò)ID、主機(jī)、主機(jī)ID、子網(wǎng)掩碼與網(wǎng)關(guān)、子網(wǎng)掩碼與網(wǎng)關(guān)演示目標(biāo)：演示目標(biāo)：通過演示加強(qiáng)對IP的網(wǎng)絡(luò)ID、主機(jī)ID、子網(wǎng)掩碼與網(wǎng)關(guān)的認(rèn)識。演示環(huán)境：演示環(huán)境：如圖2.20所示。演示工具：演示工具：三臺安裝有Windows操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)、一臺二層交換機(jī)、一臺路由器。如果教學(xué)環(huán)境不具備上述工具或者不方便進(jìn)行集中演示，則可使用本書所提供的“虛擬實(shí)驗(yàn)室”來完成集中演示，同樣可以達(dá)到與真實(shí)環(huán)境相同的效果。關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)室的具體實(shí)施過程，請參看隨書光盤中的“虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)過程”。演示前的提示：演示前的提示：此演示的目的在于讓學(xué)習(xí)者區(qū)別IP地址的構(gòu)成，識別子網(wǎng)

15、掩碼與網(wǎng)關(guān)的作用，從演示中去體會具體的意義和作用，這樣就會涉及路由器的引入，而本小節(jié)并非以路由器的講解作為核心，所以可以由教師在演示前完成路由器的基本配置，不需要學(xué)習(xí)者在本小節(jié)去掌握路由器的具體原理與配置。圖2.20 網(wǎng)絡(luò)ID、主機(jī)ID、子網(wǎng)掩碼與網(wǎng)關(guān)綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)境任務(wù)2.3.6 將計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)的IP地址分別配置成192.168.1.2和192.168.1.3，子網(wǎng)掩碼配置為255.255.255.0；將計(jì)算機(jī)的IP地址配置成192.168.2.2，子網(wǎng)掩碼配置為255.255.255.0。暫時(shí)不填寫“默認(rèn)網(wǎng)關(guān)”選項(xiàng)。 在計(jì)算機(jī)上完成ping 192.168.1.3（計(jì)算機(jī)），ping 192

16、.168.2.2（計(jì)算機(jī)），此時(shí)會發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題：計(jì)算機(jī) ping計(jì)算機(jī)能ping通；而計(jì)算機(jī) ping計(jì)算機(jī)卻不能ping通。這是為什么？回答：回答：計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)ID都是192.168.1.0，具備相同的網(wǎng)絡(luò)ID號，那么它們就處于同一個(gè)IP子網(wǎng)內(nèi)，所以相互之間能直接Ping通；而計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)ID不同，計(jì)算機(jī)A的網(wǎng)絡(luò)ID為192.168.1.0，計(jì)算機(jī)C的網(wǎng)絡(luò)ID為192.168.2.0，所以它們相互之間不能直接Ping通，不同網(wǎng)絡(luò)ID的主機(jī)通信必須使用路由器。 現(xiàn)在將計(jì)算機(jī)A上的“默認(rèn)網(wǎng)關(guān)”項(xiàng)填寫為192.168.1.1，計(jì)算機(jī)C上的“默認(rèn)網(wǎng)關(guān)”項(xiàng)填寫為192.168.2.1，

17、然后再到計(jì)算機(jī)A（192.168.1.2）上去ping計(jì)算機(jī)C（192.168.2.2）,可成功地ping通。這是為什么？回答：回答：主機(jī)A與主機(jī)C因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)ID不同，處于不同的IP子網(wǎng)內(nèi)，路由器可以讓不同的IP子網(wǎng)通信，分別為不同的IP子網(wǎng)提供網(wǎng)關(guān)，所以當(dāng)主機(jī)A與主機(jī)C分別填寫了各自的網(wǎng)關(guān)后，就有了轉(zhuǎn)發(fā)到不同IP網(wǎng)絡(luò)的通路，所以此時(shí)它們之間能ping通。任務(wù)2.3.7v演示：演示：VLSM的基本應(yīng)用與特性的基本應(yīng)用與特性演示目標(biāo)：演示目標(biāo)：通過實(shí)驗(yàn)過程更深入地理解VLSM的基本應(yīng)用與特性。演示環(huán)境：演示環(huán)境：任何兩臺通過交換機(jī)或者集線器連接的計(jì)算機(jī)。演示步驟：演示步驟：圖2.21 實(shí)訓(xùn)理解VL

18、SM的應(yīng)用任務(wù)2.3.7 在其中一臺計(jì)算機(jī)上，把IP地址填寫為192.168.1.1，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0；在另一臺計(jì)算機(jī)上填寫IP地址為192.168.1.5，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，此時(shí)檢測這兩臺計(jì)算機(jī)的連通性，因?yàn)樗鼈兙邆湎嗤木W(wǎng)絡(luò)ID，所以能直接完成通信。 現(xiàn)在將這兩臺計(jì)算機(jī)的IP地址保持不變，將兩臺計(jì)算機(jī)的子網(wǎng)掩碼都改為255.255.255.252，此時(shí)再次檢測兩臺計(jì)算機(jī)的連通性，會發(fā)現(xiàn)兩臺計(jì)算機(jī)連通失敗。這是為什么？ 現(xiàn)在根據(jù)VSLM的核心知識來分析第二步中兩臺計(jì)算機(jī)連通失敗的原因。實(shí)訓(xùn)理解VLSM的應(yīng)用如圖2.21所示，兩個(gè)IP地址的前三個(gè)小節(jié)部分192.168.1和子網(wǎng)掩碼的前三個(gè)小節(jié)部分255.255.255，都一樣。這不是本小節(jié)關(guān)注的重點(diǎn)，現(xiàn)在注意觀察兩個(gè)IP地址的第四個(gè)小節(jié)部分，也就是原本屬于C類地址主機(jī)ID部分的“1”和“5”，現(xiàn)在由于子網(wǎng)掩碼的最后一部分從“0”變成了“252”，所以兩個(gè)IP地址的“