TCP/IP的网络层（即IP层）之IP地址和网络掩码，在视频监控系统中的配置和应用

        在给客户讲解我们的AS-V1000视频监控平台的时候，有的客户经常会配置错误IP地址的掩码和网关，导致出现一些网路问题。而在视频监控系统中，IP地址和子网掩码是用于标识网络中设备的重要标识符。IP地址被用来唯一地标识一个网络设备，而子网掩码则被用来区分一个IP地址中的网络部分和主机部分。

        本文就详细讲解一下IP地址和网络掩码相关的知识。

一、 IP地址（网络地址+主机地址）

IP地址用于标识主机的地址，一个网络是由若干台主机组成的，每台主机必须有一个全球唯一的IP地址，就像我们的生活中的电话号码一样，每部电话只能有一个全球唯一的电话号码。广义上的主机可以是工作在网络中的工作站、服务器、路由器。

IP地址由网络地址和主机地址两部分组成，网络地址表示主机的网络号，主机地址表示主机的主机号。IP地址由4个字段组成，即4个字节、32位, 中间用逗号隔开。 如192.168.1.5就是一个IP地址。

网络号决定了主机所处位置的信息，相当于我们电话号码的区号,主机号才是该机器的地址。IP地址加上子网掩码，才是该主机在网络上的真正地址。这个就与我们的电话号码一个道理，也是由区号和电话号码来组成的。IP地址原理是基于二进制的形式，但我们在使用的时候，全部换算成了十进制，只有在计算子网掩码的时候，才用二进制的形式来表示。

（一）、 IP地址的表示

        1、点分十进制表示法：192.168.1.21

二进制表示法：11000000  10101000  00000001  00010101

        2、二进制到十进制的转换

        3、十进制到二进制的转变

（二）、 网络地址

网络地址示例如下：

1、 网络地址类型描述

        1）、A类：1~126        

多用于大型网络，地址范围为1.0.0.0-126.255.255.255，网络号范围为1--126，因此最大网络数2^7-2个，最大主机数2^24-2个，全0、全1 的地址保留不分配。

        2）、B类：128~191  

多用于中等规模的网络，地址范围为128.1.0.1-191.255.255.254 ，网络号范围为128.1--191.255，因此最大网络数为2^14-1，最大主机数为2^16-2。

        3）、C类：192~223          

多用于小型网络，地址范围为192.0.1.1-223.255.255.254，网络号范围为192.0.1--223.255.255，因此最大网络数为2^21-1，最大主机数为2^8-2。

        4）、D类：224~239 IP组播

 多用于多路广播，地址范围为224.0.0.1-239.255.255.254，网络号范围为224--230之间取值。

        5）、E类：240~255 保留   

该类IP地址为保留地址，网络号范围为240--255之间取值。

        6）、127 保留地址

                127.0.0.1 代表本机地址

2、特殊网络地址

        1）每一个字节都为0的地址（“0.0.0.0”）对应于当前主机；

        2）IP地址中的每一个字节都为1的IP地址（“255．255．255．255”）是当前子网的广播地址；

        3）IP地址中凡是以“11110”开头的E类IP地址都保留用于将来和实验使用。

        4）IP地址中不能以十进制“127”作为开头，该类地址中数字127．0．0．1到127．255．255．255用于回路测试，如：127.0.0.1可以代表本机IP地址，用“http://127.0.0.1”就可以测试本机中配置的Web服务器。

        5）网络ID的第一个6位组也不能全置为“0”，全“0”表示本地网络。

3、各类网络的比较

   如下表所示，为A类到E类IP地址的比较表。

二、网络掩码（子网掩码）

（一）、概述

        IP地址必须和一个网络掩码(Net Mask)对应使用,缺一不可。网络掩码的主要作用是告诉计算机如何从IP地址中析取网络标识和主机标识。A/B/C class 都有缺省的网络掩码, A ->255.0.0.0, B -> 255.255.0.0, C -> 255.255.255.0

        子网掩码的作用是将一个主机量超过了物理设备的限制，过大的IP网络划分为更多的子网络，而每个子网络的主机数量相对而言维持在一个较少的量上。起到物理设备上的负载均衡以及提高网络的可靠性。其实现是通过设置掩码来将原本属于主机ID的位(bit)借用给网络ID,从而起到减少主机数量的作用。当通过设置掩码从主机ID来借用位(bit)时，至少要留下2个位(bit)来做主机ID。因为只留一个位的情况下，全0和全1都没有意义。     

（二）、作用

        子网掩码机制提供了子网划分的方法。其作用是：减少网络上的通信量；节省IP地址；便于管理；解决物理网络本身的某些问题。使用子网掩码划分子网后，子网内可以通信，跨子网不能通信，子网间通信应该使用路由器，并正确配置静态路由信息。划分子网，就应遵循子网划分结构的规则。就是用连续的1在IP地址中增加表示网络地址，同时减少表示主机地址的位数。例如，IP地址为130.39.37.100，网络地址为130.39.0.0、子网地址为130.39.37.0、子网掩码为255.255.255.0，网络地址部分和子网标识部分为“1”所对应，主机标识部分为“0”所对应。 使用CIDR表示为：130.39.37.100/24即IP地址/ 掩码长度。其中第三个字节上的255 所对应的8位二进制数值就是将主机地址位数借给了网络地址部分，充当了划分子网的位数。      

      计算方式如下：

1. IP 地址子网掩码进行“相与”运算。

        2、一个示例

   结论：两个IP地址是属于同一个网络。

（三）、分类

        子网掩码一共分为三类。一类是缺省（自动生成）子网掩码，一类是自定义子网掩码、以及可变长子网掩码。

        1、缺省子网掩码

        缺省子网掩码即未划分子网，对应的网络号的位都置1，主机号都置0。

A类网络缺省子网掩码：255.0.0.0

B类网络缺省子网掩码：255.255.0.0

C类网络缺省子网掩码：255.255.255.0 

        在缺省掩码下的IP地址中，网络地址和广播地址的计算很简单，虽然按照计算方法需要进制转换和与运算，但是在实际使用当中，我们已经可以快速写出结果。网络地址的计算就是子网掩码中0对应的地方变0， “255”对应的地方不变即可；而广播地址则是子网掩码中0对应 的地方变“255”，“255”对应的地方不变。 

        2、自定义子网掩码

        自定义子网掩码是将一个网络划分为几个子网，需要每一段使用不同的网络号或子网号，实际上我们可以认为是将主机号分为两个部分：子网号、子网主机号。形式如下：

        未做子网划分的IP地址：网络号+主机号

        做子网划分后的IP地址：网络号+子网号+子网主机号

        也就是说IP地址在划分子网后，以前的主机号位置的一部分给了子网号，余下的是子网主机号。子网掩码是32位二进制数，它的子网主机标识用部分为全“0”。利用子网掩码可以判断两台主机是否在同一子网中。若两台主机的IP地址分别与它们的子网掩码相“与”后的结果相同，则说明这两台主机在同一子网中。

        3、变长子网掩码

        变长子网掩码VLSM就是每段IP地址使用不同长度的子网掩码，可以对子网进行层次化编址，以便最有效的利用现有的地址空间。变长子网掩码(Variable-Length Subnet Masks，VLSM)的出现是打破传统的以类(class)为标准的地址划分方法，是为了缓解IP地址紧缺而产生的。他的作用是节约IP地址空间；减少路由表大小。需要注意的是注意事项：使用VLSM时，所采用的路由协议必须能够支持它，这些路由协议包括RIPv2，OSPF，EIGRP和BGP。 

        变长子网掩码是将一个网段拆成多个子网的应用，这种应用在教育网内特别普遍，教育网使用的是电信运营商提供的互联网出口。电信运营商为教育网提供了数个c类的公网IP地址，但是教育网的网管又希望每个学校都处于各自不同的网段，全市（包括县区在内）有上百所学校，为了适应这个要求，就必须使用变长子网掩码来重新规划网络。 [8]

        变长子网掩码是网络规划中的一种常见应用，它的 目的是最大限度地节省IP地址。网管员根据自己单位实际的网络情况，为不同网段灵活的定义不同的子网掩码，但是很多用户由于不了解变长子网掩码的相关知识从而进行了错误的设置。

三、视频监控项目中，IP地址和子网掩码的重要性

        在视频监控项目中，IP地址和子网掩码的规划是非常重要的。通常，一个大型的视频监控项目会涉及到多个摄像头、录像机和其他相关设备，这些设备都需要分配唯一的IP地址以便于管理和访问。为了避免IP地址冲突，工程人员需要进行详细的IP规划和子网划分。

        一种常见的做法是将整个监控网络划分为多个较小的子网，每个子网内的设备使用相同的子网掩码。这样，设备之间的通信就可以被限制在特定的子网内，提高了网络的安全性和稳定性。同时，通过合理地分配IP地址和子网掩码，可以方便地对设备进行批量管理和维护，减少了网络故障排除的时间和成本。

        总之，在视频监控系统中，IP地址和子网掩码是关键的网络参数。通过合理的规划和配置，可以提高网络的性能和稳定性，确保视频监控系统的正常运行。

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