淺談IP地址的使用

2019-11-04 20:47:53

字體：大中小

供稿：網(wǎng)友

　　近幾年來(lái)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展，基于ip協(xié)議的Internet已發(fā)展成為當(dāng)今世界上規(guī)模最大，并擁有最多用戶、最多資源的一個(gè)超大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。IP協(xié)議也因此成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，IP網(wǎng)絡(luò)也成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主流。
　　
　　一、Internet 中的IP地址
　　
　　IP地址標(biāo)識(shí)了IP網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)通信實(shí)體，一臺(tái)主機(jī)可以有多個(gè)IP地址。IP分組中的IP源/目的地址在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中保持不變，因而總是由確定的源通信實(shí)體送往指定的目的通信實(shí)體。
　　
　　從網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)考慮，一個(gè)IP地址必須指明兩點(diǎn)：
　　屬于哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)
　　是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的哪臺(tái)主機(jī)
　　于是，IP地址的格式為：網(wǎng)絡(luò)號(hào)、主機(jī)號(hào)。
　　
　　IP地址的類型及其表示
　　
　　現(xiàn)在的IP網(wǎng)絡(luò)使用32位地址，通常由點(diǎn)分十進(jìn)制表示，如：202.112.14.1。它主要由兩部分組成：一部分是用于標(biāo)識(shí)所屬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址；另一部分是用于標(biāo)識(shí)給定網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)特定的主機(jī)的主機(jī)地址。
　　
　　為了給不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)提供必要的靈活性，IP的設(shè)計(jì)者將IP地址空間劃分為幾個(gè)不同的地址類別。
　　地址分類如下表所示：
　　　淺談IP地址的使用（圖一）

　　網(wǎng)絡(luò)編號(hào)是由Internet權(quán)力機(jī)構(gòu)分配的，目的是為了保證網(wǎng)絡(luò)地址的全球唯一性。主機(jī)地址是由各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的的系統(tǒng)治理員統(tǒng)一分配的。因此，網(wǎng)絡(luò)地址的唯一性與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主機(jī)地址的唯一性，就確保了IP地址的全球唯一性。
　　
　　有類地址的局限性
　　
　　最初的Internet設(shè)計(jì)者沒(méi)有預(yù)想到網(wǎng)絡(luò)會(huì)有如此快速地發(fā)展，因此現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)面臨的問(wèn)題都可以追溯到Internet發(fā)展的早期決策上，在IP地址的分配上更是能夠看到這點(diǎn)。
　　
　　在Internet早期，地址空間在表面上看來(lái)幾乎是無(wú)限的，人們便將IP地址基于其申請(qǐng)而分配給某個(gè)組織或者公司，而很少會(huì)考慮到是否真的需要這個(gè)地址空間，沒(méi)有考慮到IP地址空間最終會(huì)用盡。
　　
　　IPv4使用32位的地址，即在IPv4的地址空間中只有232（4,294,967,296，低于43億）個(gè)地址可用。與此相比，世界人口數(shù)已達(dá)60多億。也就是說(shuō)，將出現(xiàn)IP地址的赤貧人群。因此，IP地址的長(zhǎng)度決定了IPV4的地址空間，決定了地址的有限。
　　
　　另外，IPv4的地址是按照網(wǎng)絡(luò)的大小（所使用的IP地址數(shù)）來(lái)分類的，它的尋址方案使用“類”的概念。A、B、C三類IP地址的定義很輕易理解，也很輕易劃分，但是在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，他們并不利于有效地分配有限的地址空間。對(duì)于A，B類地址，很少有這么大規(guī)模的公司能夠使用，對(duì)于C類地址所容納的主機(jī)數(shù)又相對(duì)太少。所以有類別的IP地址并不適用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。
　　
　　在這種情況下，人們開(kāi)始致力于下一代Internet技術(shù)的研究。但是，由于現(xiàn)在在IPv6下的互連網(wǎng)設(shè)施還不完善，IPv4上的資源有待進(jìn)一步利用，因此，我們?nèi)杂斜匾贗Pv4上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)互連。因此，IPv4到IPv6的完全過(guò)渡將是一個(gè)比較長(zhǎng)的過(guò)程。
　　二、IP地址與路由的關(guān)系
　　
　　為了提高IP地址使用效率及路由效率，在基礎(chǔ)的IP地址分類上對(duì)IP編址進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)。
　　
　　子網(wǎng)編址
　　
　　一般地，32的IP地址被分為兩部分，即網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)。為提高IP地址的使用效率，子網(wǎng)編址的思想是將主機(jī)號(hào)部分進(jìn)一步劃分為子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)：
　　網(wǎng)絡(luò)號(hào) 子網(wǎng)號(hào) 主機(jī)號(hào)
　　
　　在原來(lái)的IP地址模式中，網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分就標(biāo)識(shí)一個(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)絡(luò), 引入子網(wǎng)模式后，網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分加上子網(wǎng)號(hào)才能全局唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　子網(wǎng)編址使得IP地址具有一定的內(nèi)部層次結(jié)構(gòu)，這種層次結(jié)構(gòu)便于IP地址分配和治理。
　　
　　它的使用要害在于選擇合適的層次結(jié)構(gòu)—如何既能適應(yīng)各種現(xiàn)實(shí)的物理網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，又能充分地利用IP地址空間(即：從何處分隔子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào))。
　　
　　
　　子網(wǎng)路由
　　
　　在子網(wǎng)編址模式下，僅憑地址類別提取地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)將是不正確的，而必須在路由表的每一個(gè)表目中加入子網(wǎng)掩碼，于是子網(wǎng)編制模式下的路由表?xiàng)l目變?yōu)椋?
　　
　　｛子網(wǎng)掩碼，目的網(wǎng)絡(luò)地址，下一路由器地址｝
　　
　　這樣可以用子網(wǎng)掩碼的設(shè)置來(lái)區(qū)分不同的情況，使路由算法更為簡(jiǎn)單。
　　
　　子網(wǎng)結(jié)構(gòu)
　　設(shè)子網(wǎng)掩碼，子網(wǎng)掩碼與目的地址相與，獲得子網(wǎng)地址。
　　
　　特定主機(jī)
　　掩碼32位為全“1”，將32位地址全部截下。
　　
　　缺省路由
　　掩碼為全“0”，目的地址也為全“0”，將報(bào)文直接送往缺省端口地址。
　　
　　無(wú)子網(wǎng)結(jié)構(gòu)
　　掩碼中“1”的個(gè)數(shù)與網(wǎng)絡(luò)號(hào)位數(shù)相同。
　　
　　
　　VLSM可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼
　　
　　VLSM（Variable Length Subnet Mask, 可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼），這是一種產(chǎn)生不同大小子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)分配機(jī)制。VLSM將答應(yīng)給點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路分配子網(wǎng)掩碼255.255.255.252，而給Ethernet網(wǎng)絡(luò)分配255.255.255.0。VLSM技術(shù)對(duì)高效分配IP地址（較少浪費(fèi)）以及減少路由表大小都起到非常重要的作用。但是需要注重的是使用VLSM時(shí)，所采用的路由協(xié)議必須能夠支持它，這些路由協(xié)議包括RIP2，OSPF，EIGRP和BGP。
　　
　　CIDR無(wú)類別編址
　　
　　1992年引入了CIDR，它意味著在路由表層次的網(wǎng)絡(luò)“類”的概念已經(jīng)被取消，代之以“網(wǎng)絡(luò)前綴”的概念。Internet中的CIDR(Classless Inter-Domain Routing, 無(wú)類別域間路由)的基本思想是取消地址的分類結(jié)構(gòu)，取而代之的是答應(yīng)以可變長(zhǎng)分界的方式分配網(wǎng)絡(luò)數(shù)。它支持路由聚合，可限制Internet主干路由器中必要路由信息的增長(zhǎng)。
　　
　　IP地址中A類已經(jīng)分配完畢，B類也已經(jīng)差不多了, 剩下的C類地址已經(jīng)成為大家瓜分的目標(biāo)。顯然,對(duì)于一個(gè)國(guó)家、地區(qū)、組織來(lái)說(shuō)分配到的地址最好是連續(xù)的, 那么如何來(lái)保證這一點(diǎn)呢?
　　
　　于是提出了CIDR的概念。CIDR是Classless Inter Domain Routing 的縮寫(xiě), 意為無(wú)類別的域間路由。
　　
　　“無(wú)類型”的意思是現(xiàn)在的選路決策是基于整個(gè)32位IP地址的掩碼操作。而不管其IP地址是A類、B類或是C類，都沒(méi)有什么區(qū)別。
　　
　　它的思想是: 把許多C類地址合起來(lái)作B類地址分配。采用這種分配多個(gè)IP地址的方式，使其能夠?qū)⒙酚杀碇械脑S多表項(xiàng)歸并(summarization)成更少的數(shù)目。
　　　要使用這種歸并，必須滿足以下三種特性。
　　
　　為進(jìn)行選路要對(duì)多個(gè)IP地址進(jìn)行歸并時(shí)，這些IP地址必須具有相同的高位地址比特。
　　
　　路由表和選路算法必須擴(kuò)展成根據(jù)32位IP地址和32位掩碼做出選路決策的算法。
　　
　　必須擴(kuò)展選路協(xié)議使其除了32位地址外，還要有32位掩碼。OSPF和RIP-2都能夠攜帶第4版BGP所提出的32位掩碼。
　　淺談IP地址的使用（圖二）

　　通過(guò)這種方式，每個(gè)地區(qū)擁有約3200萬(wàn)的地址，另有約3200萬(wàn)的地址204.0.0.0 ~ 223.255.255.255保留備用。
　　
　　這種分配方式的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的：
　　
　　1. 地址的分配是連續(xù)的
　　
　　2. CIDR使路由表的設(shè)置更輕易
　　
　　因此，我們?cè)谧鯥P規(guī)劃的時(shí)候，刻意將子網(wǎng)作成2^n模式，目的便是為了盡量支持路由歸并，以減少路由表規(guī)模。此外，2^n子網(wǎng)規(guī)劃模式也是為了保證IP地址劃分的規(guī)范性。
　　
　　通過(guò)以上幾種方法，一方面可以在一段時(shí)間內(nèi)保障IP地址的耗盡，另一方面可以使路由表更加簡(jiǎn)潔查找更加高效。
　　
　　技術(shù)小竅門(mén)――子網(wǎng)的計(jì)算
　　
　　有不少學(xué)員在進(jìn)行IP規(guī)劃時(shí)，總是頭疼子網(wǎng)和掩碼的計(jì)算，其主要原因是對(duì)十進(jìn)制和二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換不熟練。現(xiàn)在給一竅門(mén)，可以解決這個(gè)問(wèn)題。首先，我們看一個(gè)例子：
　　
　　一個(gè)主機(jī)的IP地址是202.112.14.37，掩碼是255.255.255.240，要求計(jì)算這個(gè)主機(jī)所在網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址。
　　
　　常規(guī)辦法是把這兩個(gè)都換算成二進(jìn)制，然后相與，就可得到網(wǎng)絡(luò)地址。其實(shí)大家只要仔細(xì)想想，可以得到一個(gè)方法：掩碼為255.255.255.240那么可以知道這個(gè)掩碼所容納的IP地址有256－240＝16個(gè)（包括網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址），那么具有這種掩碼的網(wǎng)絡(luò)地址一定是16的倍數(shù)。而網(wǎng)絡(luò)地址是子網(wǎng)IP地址的開(kāi)始，廣播地址是結(jié)束，可使用的IP地址在這個(gè)范圍內(nèi)，因此比37剛剛小的，又是16的倍數(shù)的數(shù)只有32，所以得出網(wǎng)絡(luò)地址為202.112.14.32。而廣播地址就是下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址減一。而下一個(gè)16的倍數(shù)是48，因此可以得到廣播地址為202.112.14.47。
　　
　　那么，假如給定一IP地址范圍，根據(jù)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)數(shù)量，要進(jìn)行IP地址規(guī)劃，可以按照同樣原則進(jìn)行計(jì)算。比如一個(gè)子網(wǎng)有13臺(tái)主機(jī)，那么對(duì)于這個(gè)子網(wǎng)就需要22＋1＋1＋1＝25個(gè)IP地址。（注重加的第一個(gè)1是指這個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)所需的網(wǎng)關(guān)地址，接著的兩個(gè)1分別是指網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址。）那么大于或等于25，又是2^n的數(shù)目是32，因此子網(wǎng)部分的掩碼只有256－32＝224，最后得到掩碼255.255.255.224。
　　
　　引伸：到后面學(xué)習(xí)中，學(xué)員在學(xué)習(xí)訪問(wèn)控制表，可能碰到通配符的計(jì)算。同樣道理計(jì)算出需要設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)大小即掩碼，然后用255.255.255.255減去掩碼，就得到通配符。注重這只對(duì)一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)校驗(yàn)有效，對(duì)于子網(wǎng)中部分主機(jī)限制就無(wú)效了。

上一篇：控制TCP/IP服務(wù)

下一篇：ip命令手冊(cè)(3)