IPv4编址及子网划分
IPv4编址及子网划分
- 一、IPv4地址概述
- 1.1、IPv4报文结构
- 1.2、IPv4地址分类
- 1.2.1、A类
- 1.2.2、B类
- 1.2.3、C类
- 1.2.4、D类
- 1.2.5、E类
- 1.3、私有IP地址
- 1.4、特殊地址
- 二、子网划分
- 2.1、子网掩码
- 2.2、VLSM 可变长的子网掩码
- 2.3、子网划分
- 2.4、子网划分示例
- 2.4.1、子网划分案例 —— A类网络
- 2.4.2、子网划分案例 —— B类网络
- 2.4.3、子网划分案例 —— C类网络
- 2.5、CIDR 子网聚合
- 2.6、CIDR 子网聚合案例
- 2.7、路由聚合的计算方法
- 三、园区网络IP地址规划
- 3.1、IP地址规划原则
- 3.2、节约IP地址的技巧
一、IPv4地址概述
IPV4地址的作用：用于标识一个节点的网络地址。
1.1、IPv4报文结构
- 版本：目前的IP协议版本号为4。
- 服务类型：用于IP报文的标记，多用于QoS。
- 生存时间：IP报文所允许通过的路由器的最大数量。
- 协议：指出IP报文携带的数据使用的协议。
- 源IP地址：标识IP数据报的源端设备。
- 目的IP地址：标识IP数据报的目的地址。
- IP地址结构：IPv4地址长度为32位，包括网络位和主机位两部分。
- 网络位是为了标识这个IP地址所属的网段。
- 主机位是为了标识这个IP地址在网段中具体的节点。
- 为了方便书写和表达，我们将IPv4地址分为4段，称为“点分十进制”。
- 每段从0开始到255结束，最小的IP是
0.0.0.0，最大的IP是255.255.255.255。
- IP地址结构：
- IP地址举例：172.16.122.204
1.2、IPv4地址分类
- 早期的网络中，IP地址没有掩码的概念：
- 为了方便划分网络大小，根据网络大小的不同，按照“有类”的方式将网络划分为A、B、C、D、E五类。
- A、B、C类IP地址的网络位都是固定的，D、E类IP地址没有网络位与主机位。
1.2.1、A类
- A类IP地址范围：
1.0.0.0~126.255.255.255。 - 前8位为网络位，第一位为0，其余的7位可以分配，A类地址共分为27块，每一块网络号不同。
- A类地址网络号全为0和网络位全为1的地址保留。
- 每个A类网络可以分配的主机号的数量为2^24-2=16777214（主机号全为0和全为1的两个地址保留）。
A类地址的使用：
- 第一块地址范围：0.0.0.0~0.255.255.255（网络号=0）；
- 第二块地址范围：1.0.0.0~1.255.255.255（网络号=1）；
- ……
- 最后一块地址范围：127.0.0.0~127.255.255.255（网络号=127）；
1.2.2、B类
-
B类IP地址范围：
128.0.0.0~191.255.255.255。 -
前16位为网络位，前两位为10，其余的14位可以分配，B类地址共分为214块。
-
B类网络可以分配的主机号的数量为2^16-2=65534（主机号全为0和全为1的两个地址保留）。
B类地址的使用：
- 第一块地址范围：128.0.0.0~128.0.255.255（网络号=128.0）；
- 第二块地址范围：128.1.0.0~128.1.255.255（网络号=128.1）；
- ……
- 最后一块地址范围：191.255.0.0~191.255.255.255（网络号=127）；
1.2.3、C类
-
C类IP地址：
192.0.0.0~223.255.255.255。 -
前24位为网络位，前三位为110，其余的21位可以分配，C类地址共分为221块；
-
C类网络可以分配的主机号的数量为2^8-2=254（主机号全为0和全为1的两个地址保留）；
C类地址的使用：
- 第一块地址范围：192.0.0.0~192.0.0.255（网络号=192.0.0）。
- 第二块地址范围：192.0.1.0~192.0.1.255（网络号=192.0.1）。
- ……
- 最后一块地址范围：223.255.255.0~223.255.255.255（网络号=223.255.255）。
1.2.4、D类
- D类IP地址：
224.0.0.0~239.255.255.255。 - D类地址不标识网络，用于组播地址。
D类地址的使用：
224.0.0.1所有主机的地址224.0.0.2所有组播路由器的地址224.0.0.5所有OSPF路由器224.0.0.6OSPF DR/BDR224.0.0.9RIPv2路由器224.0.0.18VRRP协议报文地址
1.2.5、E类
- E类IP地址：240.0.0.0~247.255.255.255。
- E类地址暂时保留，用于科研实验。
1.3、私有IP地址
- 为了节省IP地址，将IP地址分为：
- 公有地址
- 私有地址
- 私有地址：
- A类：
10.0.0.0至10.255.255.255 - B类：
172.16.0.0至172.31.255.255 - C类：
192.168.0.0至192.168.255.255
- A类：
- 私有地址只能应用于企业内网。
- 在企业边界通过NAT把数据的私有地址转换为公有地址。
1.4、特殊地址
- 本地回环地址（测试）：
- 127.X.X.X
- 网络号：主机位全为0
- 例：192.168.1.0/24
- 子网广播地址：主机位全为1
- 例：192.168.1.255/24
- 本地广播地址：
- 255.255.255.255
- 未知地址：网络位和主机位全为0
- 0.0.0.0
二、子网划分
2.1、子网掩码
- 子网掩码用来区分IP地址中的网络位和主机位。
- 子网掩码由连续的1和0组成：1表示对应IP地址的网络位，0表示对应IP地址的主机位。
- IP地址和子网掩码本质均是由32位二进制数字组成。
- 为了书写方便，使用“/数字”法表示子网掩码。
2.2、VLSM 可变长的子网掩码
- VLSM：Variable Length Subnetwork Mask ，可变长的子网掩码
- 使用多个不同的子网掩码把网络划分为不同大小的子网
- 使IP地址空间得到更有效的利用
子网划分示例：172.16.0.0 255.255.0.0（172.16.0.0/16）
- 172.16.0.0/24
- 172.16.1.0/24
- ……
- 172.16.254.0/24
- 172.16.254.0/30
- 172.16.254.4/30
- ……
- 172.16.254.252/30
- 172.16.255.0/24
- 172.16.255.1/32
- 172.16.255.2/32
- ……
- 172.16.255.255/32
2.3、子网划分
- 改变子网掩码，把一个大的网络划分为若干个小的网络
- 提高IP地址的使用率
- 子网的个数：
2^𝑋（x 代表子网的位数） - 每个子网内有效主机个数：
2^y-2（y 代表主机位数）
- 子网的个数：
2.4、子网划分示例
- 一个C类网段：192.168.10.0/24
- 默认掩码 /24（255.255.255.0）
- 总共IP ，2的8次方=256个
- 掩码就像一把“刀”，将网段进行“切割”
2.4.1、子网划分案例 —— A类网络
-
子网划分举例： 10.1.1.2 255.255.255.252（/30）
-
从子网掩码中可以看出，IP地址的前30位为网络位，后两位为主机位。
-
10.1.1.2 的二进制表示如下：
- 最后两位有4种组合，因此这个网段中有4个IP地址，10.1.1.0-10.1.1.3，由于每个网络的第一个和最后一个IP地址不可用，因此实际可用的IP地址为10.1.1.1和10.1.1.2 。
2.4.2、子网划分案例 —— B类网络
- 子网划分举例：172.16.0.0 255.255.0.0（/16）
- 将一个B类地址划分为多个 C类地址
- 子网划分前可用IP地址数为2^16-2=65534个，都在同一个网段
- 子网划分后172.16.0.0被划分为2^8个C类地址，每个子类地址可用IP地址数为254个
2.4.3、子网划分案例 —— C类网络
- 子网划分举例：192.168.10.213 255.255.255.192（/26）
- 192.168.10.213是一个C类地址，默认掩码为/24
- 子网数：26-24 = 2，因此子网数是2^2即4个。
- 每个网络的有效主机数：由于主机位是32-26=6，因此有效主机数是2^6-2=64-2=62个。
2.5、CIDR 子网聚合
- CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类域间路由）
- 将多个“有类”的子网合并成一个，以减少路由表中的路由条目。
- 不受制于A B C类地址空间，消除了自然分类地址和子网划分的界限。
2.6、CIDR 子网聚合案例
- 路由聚合将多条路由聚合为一条，大大减少了路由器中路由的条目。
2.7、路由聚合的计算方法
- 第一步：将地址转换为二进制格式，并将它们对齐。
- 第二步：找到所有地址中都相同的最后一位。在它后面划一条竖线。
- 第三步：竖线左边的位数为子网掩码位数。
- 第四步：竖线右边全设为零，竖线左边保持不变，即可形成路由汇总网络地址。
三、园区网络IP地址规划
3.1、IP地址规划原则
- IP地址规划的好坏，将会直接给网络带来影响：
- 网络路由协议算法的效率
- 网络的性能
- 网络的扩展
- 网络的管理
- IP地址规划主要遵从四个原则：
- 唯一性：一个IP网络中不能有两个主机使用相同的IP地址
- 可扩展性：在IP地址分配时，要有一定的余量，以满足网络扩展时的需要
- 连续性：分配的连续的IP地址要有利于管理和地址汇总，连续的IP地址易于汇总，减小路由表，提高路由效率
- 实意性：分配IP地址时尽量使所分配的IP地址具有一定实际意义
- 例如：使人一看到该IP地址就可以知道此IP地址分配给了哪个部门或哪个地区
3.2、节约IP地址的技巧
- 在分配IP地址时，如需要节约IP地址，注意以下几点：
- 配置Loopback地址时，使用的子网掩码为32
- 配置互联地址时，使用的子网掩码为/30
- 对各业务网关进行统一设定
- 比如：将所有的网关统一设置成X.X.X.254
- 在完成IP地址规划之后，公司既可以配置静态IP地址，也可以使用DHCP服务器动态分配IP地址
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