IP地址的分类
第6章  IP地址
本章主要讲述IP地址的分类和结构，并针对IP地址的实际应用需要提出了子网的概念，详细阐述了子网编址的方法和子网划分应用技巧。
本章学习要求：
◆了解：Ipv6的概念及发展，从Ipv4向Ipv6过渡的主要技术
◆掌握：IP地址的类型及特殊IP地址的应用
◆掌握：子网编址的方法和子网掩码的使用
◆掌握：子网划分的方法
6.1  IP地址概述
本节主要讲述IP地址的层次结构和分类，详细介绍了各类IP地址的特点和适用范围，并对六类特殊IP地址进行了分析，帮助读者对IP地址的使用有个较深的认识。
6.1.1  IP地址类型
我们知道互联网是一个由各种不同类型和规模的独立运行、管理的计算机网络组成的全球范围的计算机网络，那么这些异种网络间是如何进行网络通信的呢？它们之间是如何识别的呢？诞生于上世纪70年代的TCP/IP协议通过对网络中传送的数据包进行规定格式的封装，规范了网络上的所有通信设备，统一了机器间数据交换的格式和传送方式。
在互联网上的每台主机（或路由器）都有一个唯一的标识——IP地址。一个IP地址由网络号（netid）和主机号（hostid）构成，网络号用于标识互联网中的一个特定网络，主机号用于表示该网络中主机的一个特定连接。目前，大多数IP编址方案仍采用Ipv4编址方案，即使用32位二进制数组成，为了方便使用，将IP地址的32位二进制分成四段，每段8位，中间用小数点隔开，然后将每八位二进制转换成十进制数，这种方法叫做点分十进制表示法。
在现实世界中，网络根据需求的不同，有的网络可能含有较多的计算机，也有的网络包含较少的计算机，于是按照网络规模的大小，IP协议将IP地址分成A、B、C、D、E五类，它们分别用IP地址的高位来区分，如图6-1所示。
图6-1  IP地址的分类
用户一般只使用A、B和C类地址，每类地址表示的实际网络数和主机数要比理论的小，这是因为每类地址中都有一些特殊用途的地址。D类IP地址用于多目的地址发送，E类IP地址供将来使用。表6-1列出各类IP地址的特点。
表6-1各类IP地址的特点
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类别
类标识
第一字节
网络地址长度
主机地址长度
最大网络数
最大主机数
适用范围
A类
0
1~126
1字节
3字节
126
大型网络
B类
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128~191
2字节
2字节
16382
65534
中型网络
C类
110
192~223
3字节
1字节
254
小型网络
D类
1110
224~239
—
—
—
—
多点播送
E类
11110
240~247
—
—
—
—
保留地址
6.1.2  特殊IP地址
互联网中有六类IP地址具有特殊的用途，不能分配给主机。
1. 网络地址
当用户要表示一个网络时就要用到网络地址。在IP地址编码方案中，网络地址由一个有效的网络号和全“0”的主机号构成。如某主机的IP地址为168.36.12.55，这是一个B类地址，则此主机所在网络的地址为168.36.0.0。
2. 直接广播地址
当用户想向互联网中某个网络中所有主机发送数据报，叫直接广播，具有这种特点的IP地址叫直播广播地址。在IP地址编码方案中，直接广播地址由一个有效的网络号和全“1”的主机号构成。如当互联网中的一台主机使用168.36.255.255为目标地址发送数据报时，则网络号为168.36.0.0的网络中所有主机都能收到该数据报。
3. 有限广播地址
当用户想向本网中每一台主机发送数据报，叫有限广播。有限广播将广播限制在最小的范围内，当采用标准的IP地址编码，有限广播将发生在本网络之中，若采用子网编址，有限广播将被限制在本子网中。有限广播地址为255.255.255.255。
4. 本网特定主机地址
当用户想与本网内部特定主机通信时，可通过将网络地址全部设为“0”进行简化（或不知道本网的网络地址）。如某主机发送数据报时，其目标IP地址为0.0.136.32（B类地址），则表示该数据报要送到本网主机号为136.42的主机上。
5. 回送地址
A类地址中，网络地址为127的地址用于网络软件测试或本机进程间通信。发送到这种地址的数据报不输出到线路上，立即返回。
6. 本网络本主机
全“0”的IP地址表示本网络上的本主机。
6.1.3  子网掩码
IP地址使用网络号和主机号的两层地址结构，这样当大量个人用户或小型局域网接入互联网，即使分配一个C类网络地址也会造成IP地址的浪费。因此出现了将网络进一步划分若干子网的设计，即把两层IP地址结构中的主机号细分为子网号和主机号，如图6.2所示。
图6.2 子网IP地址结构
为了标识一个IP地址中的网络号、子网号、主机号，就设计了子网掩码。子网掩码的长度也是32位，左边是网络位，用二进制数字“1”表示；右边是主机位，用二进制数字“0”表示。如一个C类地址取主机号的两位为子网号，则掩码为11111111.11111111.11111111.11000000（255.255.255.192），子网可以产生64个可能的主机地址，但全0用于标识子网自身，全1用于子网广播，只有62个地址可用，如网络号为192.168.7，则子网IP地址范围为：192.168.7.193~192.168.7.254。
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子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络号和主机号两部分。

6.2  子网编址
本节主要讲述子网编址的方法，通过学习，读者能够根据IP地址和子网掩码，明确一个IP地址的具体组成，哪些位是网络号，哪些位是子网号，哪些位是主机号。
6.2.1  子网编址方法
对一个标准IP地址，通过将主机号的高位“借”出做为子网号，子网借用的主机号位数应至少2位，借出后至少要剩余2位。B类地址最多只能用14位去创建子网，C类最多只能借用6位去创建子网。
划分子网的步骤一般为：
1. 确定哪些组地址归我们使用。比如我们申请到的网络号为 “166.73.0.0”，该网络地址为B
类IP地址，网络标识为“166.73”。
2. 根据我们现在所需的子网数以及将来可能扩充到的子网数，用主机号的一些位来定义子网。比如我们现在需要12个子网，将来可能需要16个。用第三个字节的前四位确定子网，则在子网的主机号可用12位 表示。
3. 把对应的网络号各个位都置为“1”，标识主机号的置为“0”，则子网掩码的间断二进制形式为：“11111111.11111111.11110000.00000000”
4. 把这个数转化为间断十进制形式为：“255.255.240.0”，这个数为该网络的子网掩码。
6.2.2  子网地址和子网广播地址
与标准的IP地址一样，子网编址也保留了子网网络和子网广播的地址编号。在子网编址中，以二进制全“0”结尾的IP地址表示子网，二进制全“1” 结尾的IP地址表示子网广播。如有一个C类网络：200.110.26.0，可以借用主机号的3位来划分子网，其中子网号、主机号范围、可容纳的主机数、子网地址、子网广播地址如表6.2所示：
表6.2 一C类网络的子网划分
子网
子网号
子网IP
主机号
标准IP
主机号
可容纳英语四级查分数
主机数
子网地址
广播地址
第1个子网
001
00001~11110
.33~.62
30
200.110.26.32
200.110.26.63
第2个子网
010
00001~11110
.65~.94
30
200.110.26.64
200.110.26.95
第3个子网
011
00001~11110
.97~.126
30
200.110.26.96
200.110.26.127
第4个子网
100
00001~11110
.129~.158
30
200.110.26.128
党建标语
200.110.26.159
第5个子网
101
00001~11110
.161~.190
30
200.110.26.160
200.110.26.191
第6个子网
110
00001~11110
.193~.222
30
200.110.26.192
200.110.26.223
为了与标准IP编址一致，二进制全“0”或全“1”的子网号也不能分配给实际的子网，所以在规划子网时应去掉这两个号。
在标准IP编址中全为“1”的IP地址（255.255.255.255）为有限广播地址，若在子网中使用该广播地址，广播将被限制在本子网中。

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