Windows網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)用教程：第3章 IP地址和子網(wǎng)規(guī)劃

1、第3章 IP地址和子網(wǎng)規(guī)劃課程描述使用過網(wǎng)絡(luò)的讀者對(duì)IP地址這個(gè)名詞一定不陌生，它是為連接到網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)分配的一個(gè)地址。就好像是日常生活中寫信時(shí)需要填寫的通信地址一樣，IP地址標(biāo)識(shí)了計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的位置，只有配置了IP地址的計(jì)算機(jī)才能與網(wǎng)絡(luò)中的其他計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相互通信。為了便于對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的IP地址進(jìn)行管理，網(wǎng)絡(luò)管理員需要將網(wǎng)絡(luò)按其IP地址劃分成不同的子網(wǎng)。按照網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需要規(guī)劃子網(wǎng)的劃分、計(jì)算子網(wǎng)中包含的IP地址，這是網(wǎng)絡(luò)管理員的日常工作之一。本章知識(shí)點(diǎn)3.1 IP地址3.2 子網(wǎng)劃分3.1 IP地址3.1.1 IP地址的結(jié)構(gòu)3.1.2 IP地址的分類3.1.3 特殊的IP地址3.1.1

2、IP地址的結(jié)構(gòu)在Internet中IP地址是唯一的，不存在兩個(gè)相同IP地址的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或計(jì)算機(jī)。在局域網(wǎng)中也是一樣，如果兩臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)置了相同的IP地址，則會(huì)出現(xiàn)IP地址沖突，在Windows操作系統(tǒng)中會(huì)彈出如圖所示的提示對(duì)話框。 IPv4 目前應(yīng)用最廣泛的IP地址是基于IPv4的，每個(gè)IP地址的長(zhǎng)度為32位，即4個(gè)字節(jié)。通常把IP地址中的每個(gè)字節(jié)使用一個(gè)10進(jìn)制數(shù)字來(lái)表示，數(shù)字之間使用小數(shù)點(diǎn)（.）分隔，因此IPv4中IP地址的格式如下：XXX.XXX.XXX.XXX這種IP地址表示法被稱為點(diǎn)分十進(jìn)制表示法。因?yàn)?位二進(jìn)制數(shù)的最大值為28-1=255，所以IPv4中的IP地址中XXX表示0255的

3、十進(jìn)制數(shù)字，例如192.168.0.1、127.0.0.1等。192.168.0.1的IP地址結(jié)構(gòu)3.1.3 特殊的IP地址目前預(yù)留的主要內(nèi)部私有地址包括：A類地址，10.0.0.010.255.255.255。B類地址，172.16.0.0172.31.255.255。C類地址，192.168.0.0192.168.255.255。1127.0.0.120.0.0.03255.255.255.2554169.254.*.*3.2 子網(wǎng)劃分3.2.1 子網(wǎng)3.2.2 子網(wǎng)掩碼3.2.3 CIDR表示法3.2.4 單播、組播和廣播地址3.2.1 子網(wǎng)3.2.2 子網(wǎng)掩碼要將同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID劃分成多

4、個(gè)子網(wǎng)，就需要占用原來(lái)的主機(jī)標(biāo)識(shí)位來(lái)表示網(wǎng)絡(luò)ID。例如，一個(gè)C類地址的網(wǎng)絡(luò)ID為21位，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以中可以容納的254個(gè)主機(jī)。如果需要將一個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)劃分成兩個(gè)子網(wǎng)，則需要占用原來(lái)的一個(gè)主機(jī)標(biāo)識(shí)位，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)ID變成了22位，而主機(jī)ID變成了7位，每個(gè)子網(wǎng)中包含的主機(jī)數(shù)量為27-1=127。1計(jì)算子網(wǎng)的數(shù)量以C類網(wǎng)絡(luò)為例，如果不劃分子網(wǎng)，則子網(wǎng)掩碼的前24位都是1，而后8位都是0，以十進(jìn)制數(shù)表示即255.255.255.0。如果占用n位主機(jī)ID作為子網(wǎng)域，則計(jì)算可能分配子網(wǎng)數(shù)量的公式如下：使用子網(wǎng)掩碼可能分配的子網(wǎng)數(shù)量 = 2n 計(jì)算可用的子網(wǎng)數(shù)量的公式如下：使用子網(wǎng)掩碼可能分配的子網(wǎng)數(shù)量 = 2

5、n - 2為什么可用子網(wǎng)數(shù)量等于可能分配的子網(wǎng)數(shù)量減去2呢？下面通過一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明。假定占用3位主機(jī)ID作為子網(wǎng)域，則可能分配的子網(wǎng)數(shù)量為23=8，子網(wǎng)域的可能取值如下：000001010011100101110111因?yàn)?00表示網(wǎng)絡(luò)自身，而111表示廣播地址，因此它們被保留不用，所以可用子網(wǎng)數(shù)量要減。C類網(wǎng)絡(luò)中所有可能的子網(wǎng)掩碼及其劃分子網(wǎng)的數(shù)量主機(jī)ID中的子網(wǎng)位數(shù)量子網(wǎng)掩碼所有可能的子網(wǎng)數(shù)量可用子網(wǎng)數(shù)量說(shuō)明0255.255.255.010沒有劃分子網(wǎng)1255.255.255.12820保留，沒有可用的子網(wǎng)2255.255.255.19242有效。主機(jī)ID中的最高2位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)

6、識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中最后一位數(shù)字為27+26=128+64=1923255.255.255.22486有效。主機(jī)ID中的最高3位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中最后一位數(shù)字為27+26+25=128+64+32=2244255.255.255.2401614有效。主機(jī)ID中的最高4位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中最后一位數(shù)字為27+26+25+24=128+64+32+16 =2405255.255.255.2483230有效。主機(jī)ID中的最高5位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中最后一位數(shù)字為27+26+25+24+23=128+64+32 +16+8 =248

7、6255.255.255.2526462有效。主機(jī)ID中的最高6位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中最后一位數(shù)字為27+26+25+24+23+22 =128+64+32+16+8 +4=2527255.255.255.254128126無(wú)效。在這種情況下，子網(wǎng)中不包含有效的IP地址，因此該子網(wǎng)掩碼是無(wú)效的。具體情況將在稍后介紹B類網(wǎng)絡(luò)中所有可能的子網(wǎng)掩碼及其劃分子網(wǎng)的數(shù)量主機(jī)ID中的子網(wǎng)位數(shù)量子網(wǎng)掩碼所有可能的子網(wǎng)數(shù)量可用子網(wǎng)數(shù)量說(shuō)明0255.255.0.000沒有劃分子網(wǎng)1255.255.128.020保留。沒有可用的子網(wǎng)2255.255.192.042有效。主機(jī)ID中的最高2位被

8、占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中第3位數(shù)字為27+26=128+64=1923255.255.224.086有效。主機(jī)ID中的最高3位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中第3位數(shù)字為27+26+25=128+64+32=2244255.255.240.01614有效。主機(jī)ID中的最高4位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中第3位數(shù)字為27+26+25+24=128+64+32+16 =2405255.255.248.03230有效。主機(jī)ID中的最高5位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中第3位數(shù)字為27+26+25+24+23=128+64+32 +16+8 =248

9、6255.255.252.06462有效。主機(jī)ID中的最高6位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中第3位數(shù)字為27+26+25+24+23+22 =128+64+32+16+8 +4=2527255.255.254.0128126有效。主機(jī)ID中的最高7位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中第3位數(shù)字為27+26+25+24+23+22+21=128+64+32+16+8+4+2 =2548255.255.255.0256254有效。主機(jī)ID中的最高8位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中第3位255，最后一位數(shù)字為0。9255.255.255.128512510有效。主機(jī)I

10、D中的最高9位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中第3位為255，最后一位數(shù)字為27=12810255.255.255.19210241022有效。主機(jī)ID中的最高10位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中第3位為255，最后一位數(shù)字為27+26=128+64=19211255.255.255.22420482046有效。主機(jī)ID中的最高11位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中第3位為255，最后一位數(shù)字為27+26+25=128+64+32=22412255.255.255.24040964094有效。主機(jī)ID中的最高12位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中第3位

11、為255，最后一位數(shù)字為27+26+25+24=128+64+32+16 =24013255.255.255.24881928190有效。主機(jī)ID中的最高13位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中第3位為255，最后一位數(shù)字為27+26+25+24+23=128+64+ 32+16+8=24814255.255.255.2521638416382有效。主機(jī)ID中的最高14位被占用作為網(wǎng)絡(luò)ID的標(biāo)識(shí)位，因此子網(wǎng)掩碼中第3位為255，最后一位數(shù)字為27+26+25+24+23+22=128+64+ 32+16+8 +4=25215255.255.255.2543276832766無(wú)效。在這種

12、情況下，子網(wǎng)中不包含有效的IP地址，因此該子網(wǎng)掩碼是無(wú)效的。具體情況將在稍后介紹【例3.1】C類地址子網(wǎng)掩碼為255.255.255.240，計(jì)算能夠提供的子網(wǎng)數(shù)量，并演示計(jì)算方法。因?yàn)樽泳W(wǎng)掩碼255.255.255.240對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為11111111 11111111 11111111 11110000，即每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中占用4位主機(jī)ID作為子網(wǎng)域，因此可用子網(wǎng)數(shù)量為24-2=14。2計(jì)算子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址網(wǎng)絡(luò)地址是子網(wǎng)中最小的IP地址，其IP地址中主機(jī)ID的部分（二進(jìn)制）均為0；廣播地址是子網(wǎng)中最大的IP地址，其IP地址中主機(jī)ID的部分（二進(jìn)制）均為1。要計(jì)算網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址，首先要

13、將IP地址和子網(wǎng)掩碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制。計(jì)算網(wǎng)絡(luò)地址的公式如下： = 按位與 計(jì)算廣播地址的公式如下： = 按位或 按位取反即先對(duì)二進(jìn)制子網(wǎng)掩碼進(jìn)行按位取反，然后再和IP地址進(jìn)行按位與計(jì)算?！纠?.2】假定IP地址為192.168.1.5，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.192，計(jì)算該子網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址。首先將192.168.1.5轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，結(jié)果如下：11000000 10101000 00000001 00000101將255.255.255.192轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制為，結(jié)果如下：11111111 11111111 11111111 11000000按照前面的公式計(jì)算網(wǎng)絡(luò)地址，方法如下：

14、11000000 10101000 00000001 00000101 11111111 11111111 11111111 11000000 按位與 11000000 10101000 00000001 00000000將按位與的結(jié)果轉(zhuǎn)換成點(diǎn)分法IP地址為192.168.1.0。按照前面的公式計(jì)算廣播地址，方法如下： 00000000 00000000 00000000 00111111 對(duì)子網(wǎng)掩碼接位取反 11000000 10101000 00000001 00000101 與IP地址按位執(zhí)行按位或操作 11000000 10101000 00000001 00111111將結(jié)果轉(zhuǎn)換成點(diǎn)

15、分法IP地址為192.168.1.63。3計(jì)算子網(wǎng)中包含有效主機(jī)的數(shù)量子網(wǎng)掩碼中主機(jī)ID的位數(shù)決定了它所劃分的子網(wǎng)中包含的主機(jī)數(shù)量。以C類網(wǎng)絡(luò)為例，如果不劃分子網(wǎng)，則子網(wǎng)掩碼的前24位都是1，而后8位都是0，以十進(jìn)制數(shù)表示即255.255.255.0。如果主機(jī)ID的位數(shù)為n，則計(jì)算子網(wǎng)中所有主機(jī)數(shù)量的公式如下：子網(wǎng)中所有主機(jī)數(shù)量 = 2n 因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址不是有效的IP地址，所以計(jì)算子網(wǎng)中包含有效IP地址數(shù)量的公式如下：子網(wǎng)中包含有效IP地址數(shù)量 = 2n - 2C類網(wǎng)絡(luò)中所有可能的子網(wǎng)掩碼及每個(gè)子網(wǎng)中包含的主機(jī)數(shù)量主機(jī)ID中的子網(wǎng)位數(shù)量子網(wǎng)掩碼所有主機(jī)數(shù)量有效主機(jī)數(shù)量0255.255.

16、255.02562541255.255.255.1281281262255.255.255.19264623255.255.255.22432304255.255.255.24016145255.255.255.248866255.255.255.25242B類網(wǎng)絡(luò)中所有可能的子網(wǎng)掩碼及每個(gè)子網(wǎng)中包含的主機(jī)數(shù)量主機(jī)ID中的子網(wǎng)位數(shù)量子網(wǎng)掩碼所有主機(jī)數(shù)量可用主機(jī)數(shù)量0255.255.0.065536655341255.255.128.032768327662255.255.192.016384163823255.255.224.0819281904255.255.240.040964094525

17、5.255.248.0204820466255.255.252.0102410227255.255.254.0512510A類網(wǎng)絡(luò)中所有可能的子網(wǎng)掩碼及每個(gè)子網(wǎng)中包含的主機(jī)數(shù)量主機(jī)ID中的子網(wǎng)位數(shù)量子網(wǎng)掩碼所有主機(jī)數(shù)量可用主機(jī)數(shù)量0255.0.0.016777216167772141255.128.0.0838860883886062255.192.0.0419430441943023255.224.0.0209715220971504255.240.0.0104857610485745255.248.0.05242885242866255.252.0.02621442621427255.25

18、4.0.0131072131070【例3.3】B類地址子網(wǎng)掩碼為255.255.255.248，計(jì)算每個(gè)子網(wǎng)內(nèi)可用主機(jī)地址的數(shù)量，并演示。255.255.255.248對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為11111111 11111111 11111111 11111000，即每個(gè)子網(wǎng)內(nèi)有3位數(shù)字表示主機(jī)ID，因此子網(wǎng)內(nèi)可用主機(jī)地址的數(shù)量為23-2=6（去掉子網(wǎng)地址和廣播地址）。4如何劃分子網(wǎng)并確定子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)管理員在組建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首要的任務(wù)是根據(jù)實(shí)際情況將網(wǎng)絡(luò)劃分成若干個(gè)子網(wǎng)，并且確定每個(gè)子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼。在劃分子網(wǎng)之前，需要明確以下兩點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)中需要?jiǎng)澐侄嗌賯€(gè)子網(wǎng)。通常這取決于物理位置分布情況和行政部門的劃分情

19、況。比如，可以為每個(gè)樓層劃分一個(gè)子網(wǎng)，也可以為每個(gè)部門劃分一個(gè)子網(wǎng)。每個(gè)子網(wǎng)中包含的主機(jī)數(shù)量。這取決于實(shí)際環(huán)境中每個(gè)樓層或者每個(gè)部門中擁有的主機(jī)數(shù)量。劃分的子網(wǎng)數(shù)和每個(gè)子網(wǎng)中包含的主機(jī)數(shù)量相乘應(yīng)小于或等于要?jiǎng)澐肿泳W(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中包含的主機(jī)數(shù)量。例如，對(duì)C類網(wǎng)絡(luò)劃分子網(wǎng)時(shí)，劃分的子網(wǎng)數(shù)和每個(gè)子網(wǎng)中包含的主機(jī)數(shù)量相乘應(yīng)小于或等于254，否則就需要分配更多的C類網(wǎng)絡(luò)用于劃分子網(wǎng)?？梢允褂孟旅娴姆椒▉?lái)確定子網(wǎng)掩碼（1）確定需要?jiǎng)澐值淖泳W(wǎng)數(shù)量n（包含實(shí)際使用的子網(wǎng)數(shù)量和預(yù)留的子網(wǎng)數(shù)量）。（2）因?yàn)樵趧澐肿泳W(wǎng)時(shí)，子網(wǎng)域?yàn)槿?或全1的子網(wǎng)在實(shí)際使用時(shí)被保留，因此至少要?jiǎng)澐謓+2個(gè)子網(wǎng)。（3）將n+2轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)

20、，得到二進(jìn)制位數(shù)m，這就是子網(wǎng)掩碼中占用主機(jī)ID的子網(wǎng)域的位數(shù)。（4）將子網(wǎng)掩碼中子網(wǎng)域二進(jìn)制表示的前m位設(shè)置為1，然后將其轉(zhuǎn)換為點(diǎn)分法的IP地址，這就是我們需要的子網(wǎng)掩碼?！纠?.4】將一個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)劃分為4個(gè)子網(wǎng)，計(jì)算出使用的子網(wǎng)掩碼。因?yàn)榭紤]到子網(wǎng)域?yàn)槿?和全1的子網(wǎng)，因此需要?jiǎng)澐种辽?個(gè)子網(wǎng)。將6轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)為110，因此在C類網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼中有3位子網(wǎng)域。由此計(jì)算得到的子網(wǎng)掩碼二進(jìn)制數(shù)為11111111 11111111 11111111 11100000，將其轉(zhuǎn)換為點(diǎn)分法IP地址為255.255.255.224?！纠?.5】將一個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)劃分為3個(gè)子網(wǎng)，計(jì)算出使用的子網(wǎng)掩碼。因?yàn)榭?/p>

21、慮到子網(wǎng)域?yàn)槿?和全1的子網(wǎng)，因此需要?jiǎng)澐种辽?個(gè)子網(wǎng)。將5轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)為101，因此在C類網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼中有3位子網(wǎng)域。由此計(jì)算得到的子網(wǎng)掩碼二進(jìn)制數(shù)為11111111 11111111 11111111 11100000，將其轉(zhuǎn)換為點(diǎn)分法IP地址為255.255.255.224。5計(jì)算每個(gè)子網(wǎng)的范圍【例3.6】計(jì)算例3.5中所劃分的所有子網(wǎng)的范圍，這里假定要?jiǎng)澐值腃類網(wǎng)絡(luò)為192.168.0.0。例3.5中計(jì)算得到的子網(wǎng)掩碼為255.255.255.224，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)為11111111 11111111 11111111 11100000，其中標(biāo)注為黑體的部分為子網(wǎng)域。下面枚舉子網(wǎng)域

22、的所有可能取值。11111111 11111111 11111111 00100000 十進(jìn)制表示為255.255.255.3211111111 11111111 11111111 01000000 十進(jìn)制表示為255.255.255.6411111111 11111111 11111111 01100000 十進(jìn)制表示為255.255.255.9611111111 11111111 11111111 10000000 十進(jìn)制表示為255.255.255.12811111111 11111111 11111111 10100000 十進(jìn)制表示為255.255.255.16011111111 1

23、1111111 11111111 11000000 十進(jìn)制表示為255.255.255.192可以看到，C類網(wǎng)絡(luò)被劃分為6個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)中包含30個(gè)有效的IP地址。每個(gè)子網(wǎng)的有效IP地址（去掉網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址）范圍如下：255.255.255.33 255.255.255.62255.255.255.65 255.255.255.94255.255.255.97 255.255.255.126255.255.255.129 255.255.255.158255.255.255.161 255.255.255.190255.255.255.193 255.255.255.2223.2.3 C

24、IDR表示CIDR（Classless Inter-Domain Routing，無(wú)類別內(nèi)部域路由）是一種比IP地址更加靈活的分配和指定Internet地址的方法。傳統(tǒng)地址分類方法存在一些不足之處。（1）首先，它無(wú)法恰如其分地體現(xiàn)用戶的具體需求，比如A類網(wǎng)絡(luò)太大，實(shí)際使用時(shí)會(huì)浪費(fèi)很多空間；而C類網(wǎng)絡(luò)又太小，其中只能包含254個(gè)主機(jī)地址。這樣，很多用戶都會(huì)申請(qǐng)B類網(wǎng)絡(luò)，從而導(dǎo)致B類網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量無(wú)法滿足需求。（2）其次就是地址空間的浪費(fèi)問題。如果很小的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)（比如40個(gè)節(jié)點(diǎn)）獲取了C類網(wǎng)段后，則剩余的200多個(gè)地址就會(huì)閑置不用。CIDR表示法以標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)ID的比特位作為網(wǎng)絡(luò)前綴，取代了A類、B類和C類等地址中固定的網(wǎng)絡(luò)ID位數(shù)，格式如下：網(wǎng)絡(luò)號(hào)/網(wǎng)絡(luò)ID的位數(shù)【例3.7】使用CIDR表示法來(lái)描述一個(gè)子網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)號(hào)為192.168.1.0，網(wǎng)絡(luò)ID的位數(shù)為25，代碼如下：192.168.1.0/25 CIDR表示法和子網(wǎng)掩碼的表示方式相互轉(zhuǎn)換地址分類十進(jìn)制子網(wǎng)掩碼二進(jìn)制子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)ID位數(shù)網(wǎng)絡(luò)前綴A類255.0.0.011111111 00000000 00000000 0000000008/8B類255.255.0.011111111 11111111 00000000 00