天津商業(yè)大學計算機網(wǎng)絡第2章IP地址分配與域名管理

1、1第2章 IP地址分配與域名管理IP協(xié)議原理IP地址的劃分IP地址的動態(tài)分配NAT技術122.1 IP協(xié)議原理IP協(xié)議的主要功能尋址與路由用IP地址來標識Internet的主機可以指定一臺計算機具有多個IP地址；分段與重組如果數(shù)據(jù)包的長度超過了規(guī)定的長度，就要對數(shù)據(jù)包進行分片分片后的IP數(shù)據(jù)包，到達目的地需要重新組裝234.1 IP協(xié)議原理IP地址為了識別Internet上的主機，為Internet上的每一臺主機指定一個地址IP地址是網(wǎng)絡中主機的標識，具有惟一性IP地址由32位二進制數(shù)組成，為了便于書寫和記憶，通常用“點分十進制”來表示如：33每個數(shù)占一個字節(jié)（28），每個數(shù)的取值范圍為025

2、542.1 IP協(xié)議原理域名為了便于記憶和使用，常采用域名來標識主機域名由多個以點分開的字符串組成如：Y至少有兩個字符串輸入域名或IP地址均可訪問網(wǎng)站比如我們要訪問貴州大學網(wǎng)站，可以使用其IP地址“8”，也可以使用其域名：“”52.1 IP協(xié)議原理DNS DNS 是計算機域名系統(tǒng) (Domain Name System ) 的縮寫，它是由解析器以及域名服務器組成的。域名服務器是指保存有該網(wǎng)絡中所有主機的域名和對應IP地址，并具有將域名轉(zhuǎn)換為IP地址功能的服務器域名雖然便于人們記憶，但機器之間只認IP地址，它們之間的轉(zhuǎn)換工作稱為域名解析域名解析需要由專門的域名解析服務器來完成，DNS就是進行域名

3、解析的服務器。 56總目錄 如何將一臺計算機的域名轉(zhuǎn)換成對應的IP地址，即是我們要討論的“IP地址與域名管理”的問題。 在現(xiàn)代網(wǎng)絡系統(tǒng)中，通常是用一臺被稱為域名服務器DNS的主機來管理IP地址和域名的，在DNS中，建立一張IP地址與域名對應表，在需要進行域名轉(zhuǎn)換時，查詢這一張DNS表即可。7總目錄 集中管理模式 由于局域網(wǎng)的網(wǎng)絡覆蓋范圍有限，連入的計算機數(shù)量有限，用戶IP地址分配、用戶權限設置以及IP地址和域名管理都可集中在一臺主機上進行（如Windows NT或Windows 2000 Server服務器）。這就是典型的集中管理模式。 集中式管理模式的最大優(yōu)點在于，能保證IP地址及域名的建立

4、、維護和管理的方便性和使用的高效性。 集中式管理模式實際上是在服務器上建立一張用戶登記表，該表中有用戶類型、用戶名、IP地址、域名以及對網(wǎng)絡服務器的訪問權限等項目。每個連接上網(wǎng)的用戶要訪問服務器或與其他用戶通信時，都要先查詢這一張表，然后再進行相應的操作。 8總目錄用戶名用戶類型IP地址域名訪問權限Admin管理員0G所有Guest1客戶0M只讀Guest2客戶5P只讀Guest1GuestnGuest2IP地址與域名集中式管理模式網(wǎng)絡拓撲如下圖所示9總目錄分布式管理模式 對廣域網(wǎng)絡，由于其覆蓋范圍廣、連網(wǎng)的計算機臺數(shù)多，若仍用一臺計算機來存放IP地址及域名，可帶來如下問題： l 存儲容量問題

5、：若將全世界數(shù)十億個用戶的IP地址、域名及相關信息集中存放在一臺計算機上，其數(shù)據(jù)量相當龐大，一臺計算機的存儲容量是不夠的。 l 網(wǎng)絡運行效率問題：全世界的用戶都要集中到一臺中心主機上去查詢通信雙方的IP地址和域名，會造成嚴重的線路擁塞、域名服務器不能響應，從而會導致網(wǎng)絡癱瘓。 l IP地址與域名的建立、維護，域名與網(wǎng)絡的管理將非常復雜。 所以，對于廣域網(wǎng)絡，則要用分布式管理模式進行域名的管理與服務。10總目錄 所謂分布式管理，是將網(wǎng)上的IP地址與域名分布存放在地域上不同（不同單位、不同機構、不同地區(qū)甚至不同國家）的主機上，在結構上，呈樹形分級拓撲結構。 在Internet的域名系統(tǒng)中，共分為五

6、級管理模式：根域、地理域、機構域、主機域及分機域，每一級都設有一個域名服務器DNS。 根域設在美國，根域名服務器只負責管理地區(qū)域名； 地區(qū)域名服務器負責管理其下的機構性域名； 機構性域名服務器負責管理其下一級的主機域名； 主機域名服務器負責管理其下一級的分機域名。11總目錄美國英國香港中國德國金融科技教育電信清華大學湖南大學貴州大學北京大學數(shù)學系化學系計科系物理系圖4-7 IP地址及域名分布式管理模式拓撲結構根域名地區(qū)域名機構域名主機域名分機域名122.2 IP地址的劃分IP地址的組成網(wǎng)絡號主機號各類IP地址的范圍各類IP地址的網(wǎng)絡數(shù)：2nn，網(wǎng)絡號的位數(shù)各類IP地址每個網(wǎng)絡內(nèi)的主機數(shù)：2m-

7、2m，主機號的位數(shù)12132.2 IP地址的劃分IP地址分31A0網(wǎng)絡號(7位)主機號（24位）B10網(wǎng)絡號（14位）主機號（16位）C110網(wǎng)絡號（21位）主機號(8位)D1110組播地址E1111保留地址14154.2 IP地址的劃分特殊的IP地址網(wǎng)絡地址IP地址中主機地址部分全為0廣播地址IP地址中主機地址部分全為1代表路由表的缺省路由或主機本身55受限廣播或本地廣播15162.2 IP地址的劃分子網(wǎng)劃分和子網(wǎng)掩碼進行子網(wǎng)劃分的目的提高IP地址的利用率子網(wǎng)劃分的原理借用主機地址部分的若干位以作為子網(wǎng)地址16網(wǎng)絡號主機號網(wǎng)絡號子網(wǎng)號主機號172.2 IP地址的劃分

8、子網(wǎng)劃分實例17網(wǎng)絡號子網(wǎng)號新的網(wǎng)絡號11001010 01111000 01011000 0000000011001010 01111000 01011000 0100000011001010 01111000 01011000 1000000011001010 01111000 01011000 11000000 55182.2 IP地址的劃分子網(wǎng)掩碼用來區(qū)分IP地址中哪些位屬于網(wǎng)絡地址，哪些位屬于主機地址通常情況下，子網(wǎng)掩碼由一串連續(xù)的“1”和一串連續(xù)的“0”組成子網(wǎng)掩碼中的“1”表示IP地址中對應的位屬于網(wǎng)絡地址，“0”則表示主機地址簡化書寫方式：/2418194.1.2 IP地址的劃

9、分網(wǎng)絡地址的計算將IP地址和子網(wǎng)掩碼進行“位與”運算例：IP地址66 ；子網(wǎng)掩碼24網(wǎng)絡地址為：1911001010 01111000 01011000 1010011011111111 11111111 11111111 11100000位與11001010 01111000 01011000 10100000 202 120 88 160202.2 IP地址的劃分C類網(wǎng)絡可能的子網(wǎng)劃分方式及其子網(wǎng)掩碼20子網(wǎng)地址位數(shù)子網(wǎng)數(shù)子網(wǎng)掩碼01122824923824416405324866452最大主機數(shù)2541266230146221例1：子網(wǎng)的劃分和IP地址的設計某公司從網(wǎng)絡運營商處取得網(wǎng)絡地

10、址/24（子網(wǎng)掩碼為 ）。根據(jù)公司實際情況，現(xiàn)要求在公司內(nèi)劃分為5個子網(wǎng)：其中一個子網(wǎng)有100臺主機，另外4個子網(wǎng)各有20臺主機請劃分子網(wǎng)，寫出五個子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)絡地址、第一個主機地址、最后一個主機地址、廣播地址。22相關概念：子網(wǎng)劃分的實質(zhì)為了解決網(wǎng)絡IP不夠用的情況，在，或類網(wǎng)絡地址中，把原先做主機號的位數(shù)拿出若干個位來作網(wǎng)絡號，即把一個大的網(wǎng)絡劃分為若干個小的子網(wǎng)掩碼的作用掩碼是一個32位二進制數(shù)，與劃分后的網(wǎng)絡地址相對應的，與網(wǎng)絡號相對應的部分是1， 與主機號相對應的部分是0。在路由表中添加掩碼，告知外界。23本題分析本例題中，是一個C類地址。要求劃分成：一個子網(wǎng)100主機，另外四

11、個子網(wǎng)20主機。我們可以先把該網(wǎng)絡劃分成兩個子網(wǎng)，一個給100主機的子網(wǎng)，一個給另外各20主機的四子網(wǎng)。 24（1）先把網(wǎng)絡分成二個子網(wǎng)網(wǎng)絡地址，即：11001000 . 11001000 . 11001000 . 00000000該網(wǎng)絡地址有8位的主機號，劃分子網(wǎng)就是把主機號拿出若干位來作網(wǎng)絡號。子網(wǎng)內(nèi)主機數(shù)=2x-2（x是主機號的位數(shù)）現(xiàn)在主機數(shù)是100，要求：2x-2 100，x=7。即在原來8位的主機號中，用一位去做網(wǎng)絡號，這一位剛好可以標識兩個子網(wǎng)（0或者1），剩下的7位作為新主機號。25劃分出2個子網(wǎng)子網(wǎng)1： 11001000 . 11001000 . 11001000 . 000

12、00000子網(wǎng)2： 11001000 . 11001000 . 11001000 . 10000000Netmask 11111111 . 11111111 . 11111111 . 10000000子網(wǎng)1分給100臺主機的網(wǎng)絡使用子網(wǎng)2留給另外各20臺主機的四子網(wǎng)使用26（2）再把子網(wǎng)2劃分成四個子網(wǎng)子網(wǎng)2： 11001000 . 11001000 . 11001000 . 10000000由上面的公式，2x-2=20，可知x=5。即在原來的7位主機號中，用2位作網(wǎng)絡號，用剩下5位作主機號。27即可把子網(wǎng)2： 11001000 . 11001000 . 11001000 . 10000000

13、劃分為四個子網(wǎng)：子網(wǎng)2.1： 11001000 . 11001000 . 11001000 . 10000000 子網(wǎng)2.2： 11001000 . 11001000 . 11001000 . 10100000 子網(wǎng)2.3： 11001000 . 11001000 . 11001000 . 11000000 子網(wǎng)2.4： 11001000 . 11001000 . 11001000 . 11100000 Netmask 11111111 . 11111111 . 11111111 . 1110000028（3）子網(wǎng)1的詳細地址子網(wǎng)1： 11001000.11001000.11001000.00

14、000000子網(wǎng)掩碼： 11111111.11111111.11111111.10000000即： 255 . 255 . 255 . 128網(wǎng)絡地址： 11001000.11001000.11001000.00000000即： 200 . 200 . 200 . 0第一個主機地址：11001000.11001000.11001000.00000001最后的主機地址：11001000.11001000.11001000.01111110廣播地址： 11001000.11001000.11001000.0111111129（4）劃分結果注：主機號全0是網(wǎng)絡地址，網(wǎng)絡地址+1是第1個主機地址，主機

15、號全1是廣播地址，廣播地址-1是最后的主機地址 30例2：使用4/26劃分A，B，C個子網(wǎng)，其中A子網(wǎng)能容納30臺主機，B子網(wǎng)能容納13臺主機，C子網(wǎng)能容納12臺主機。請寫出各子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)絡地址及可用的IP地址段。31解答：4/26 轉(zhuǎn)換為二進制： IP= 00111011. 00010001. 10010100. 01000000 子網(wǎng)掩碼= 11111111. 11111111. 11111111. 11000000 即：92要劃分為三個子網(wǎng)，就到主機地址位借用二位 IP= 00111011. 00010001. 10010100. 01000000 子網(wǎng)掩碼=11111111. 1

16、1111111. 11111111. 11110000 即：4032解答：可劃分出4個子網(wǎng)：（1）： 00111011. 00010001. 10010100. 01000000網(wǎng)絡地址：4（2）： 00111011. 00010001. 10010100. 01010000網(wǎng)絡地址： 0（3）： 00111011. 00010001. 10010100. 01100000網(wǎng)絡地址： 6（4）： 00111011. 00010001. 10010100. 01110000網(wǎng)絡地址： 12 33A子網(wǎng)先考慮需要主機數(shù)最多的第三個子網(wǎng)的劃分A子網(wǎng)要能容納30臺主機，所以需要把1、2 兩個子網(wǎng)合并為

17、一個子網(wǎng)，所以子網(wǎng)掩碼為27位網(wǎng)絡地址：4子網(wǎng)掩碼：24可用的IP地址段為：5 4廣播地址：5 34B子網(wǎng)要能容納13臺主機，選用子網(wǎng)3，子網(wǎng)掩碼為28位即：40網(wǎng)絡地址為：6子網(wǎng)掩碼：40可用的IP地址段為：710廣播地址：11 35C子網(wǎng)要能容納12臺主機，選用子網(wǎng)4，子網(wǎng)掩碼為28位即：40網(wǎng)絡地址為：12子網(wǎng)掩碼：40可用的IP地址段為：1326廣播地址：27 362.3 IP地址的動態(tài)分配一、IP地址的分配和管理問題接入互聯(lián)網(wǎng)的每一臺主機必須有一個唯一的IP地址要求所有網(wǎng)絡用戶都知道如何配置IP地址、配置什么的IP地址當網(wǎng)絡發(fā)生變化時，必須逐臺修改所有主機的配置特別是面對一個大中型網(wǎng)

18、絡，即使是專業(yè)的網(wǎng)絡管理員，也難以通過手工的方式順利完成因此，IP地址的分配和管理需要實現(xiàn)動態(tài)地、自動地管理機制36372.3 IP地址的動態(tài)分配二、DHCP動態(tài)主機配置協(xié)議Dynamic Host Configuration Protocol旨在解決大中型局域網(wǎng)中IP地址的配置和管理問題可以為計算機自動配置IP地址、子網(wǎng)掩碼和缺省網(wǎng)關還可以配置DNS服務器、WINS服務器等參數(shù)3738三、DHCP的分配機制配置DHCP服務器，使其能夠提供若干組IP地址當有新的計算機連接到網(wǎng)絡上時，該計算機就向服務器發(fā)送請求申請一個IP地址DHCP服務器從指定的地址中選擇一個分配給該計算機DHCP提供三種地址

19、分配方式特定分配永久分配租用分配392.3 IP地址的動態(tài)分配四、DHCP的優(yōu)點不易出錯使用方便易于維護能提高IP地址的利用率3940總目錄在用戶端，使用下述步驟進行動態(tài)IP地址配置（以Windows XP系統(tǒng)為例進行配置）。在WINDOWS下，執(zhí)行“開始-設置-網(wǎng)絡連接-本地連接”，得到如圖4-1所示的屏幕。單擊“屬性”按鈕，得到如圖4-2所示的“本地連接屬性”屏幕。在圖4-2中，選擇“Internet 協(xié)議(TCP/IP)”，單擊“屬性”按鈕，得到“TCP/IP屬性設置”屏幕，如圖4-3所示。在圖4-3中，選擇“自動獲得IP地址”選項，得到如圖4-4所示的屏幕。41總目錄單擊“高級”42總

20、目錄432.4 NAT技術一、IP地址嚴重不足隨著接入Internet的計算機數(shù)量的迅速增加，IP地址資源也就愈加顯得捉襟見肘。事實上，除了中國教育和科研計算機網(wǎng)(CERNET)外，一般用戶幾乎申請不到整段的C類IP地址。即使是擁有幾百臺計算機的大型局域網(wǎng)用戶，申請IP地址時，所分配的地址也不過只有幾個或十幾個IP地址顯然，這樣少的IP地址根本無法滿足網(wǎng)絡用戶的需求，于是也就產(chǎn)生了NAT技術 43442.4 NAT技術二、NAT（Network Address Translation）網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換是將私有（保留）地址轉(zhuǎn)化為合法IP地址的轉(zhuǎn)換技術它被廣泛應用于各種類型Internet接入方式和各種類型的網(wǎng)絡中NAT不僅解決了lP地址不足的問題，而且還能夠有效地避免來自網(wǎng)絡外部的攻擊，隱藏并保護網(wǎng)絡內(nèi)部的計算機。 44452.4 NAT技術公有地址和私有地址公有IP地址 是指在因特網(wǎng)上全球唯一的IP 地址 私有IP地址 是指一個網(wǎng)絡內(nèi)部主機的IP 地址私有 IP地址不會在因特網(wǎng)上被分配，可以不必向ISP 或注冊