網(wǎng)絡(luò)故障解決方案之IP編址解析(圖)

2019-11-04 21:45:33

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供稿：網(wǎng)友

　　在TCP/ip的四層模型中，每一層中的對等實體為了標(biāo)識自己，需要擁有一個唯一的名字。在模型的最底層-主機到網(wǎng)絡(luò)層，使用網(wǎng)絡(luò)適配器的物理地址（MAC地址）標(biāo)識處于同一個網(wǎng)段的不同主機；在網(wǎng)絡(luò)互連層，使用IP地址來標(biāo)識整個網(wǎng)絡(luò)中不同的主機；在傳輸層，使用端口號來標(biāo)識運行在某臺主機上的不同網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序；在應(yīng)用層，使用易于辨別、易于記憶的主機地址來標(biāo)識整個因特網(wǎng)中的不同主機。如圖1所示。
　　　

　　圖1　不同的層使用不同的名字
　　
　　這里，我們將主要討論網(wǎng)際互連層的地址-IP地址。
　　
　　1　IP地址的格式
　　
　　在目前廣泛使用的IPv4中，IP地址由32位二進制數(shù)字組成。這32位二進制數(shù)字可以分為4個位域（octets）。每個位域8位二進制數(shù)，各位域之間被點號分開。
　　
　　有時，為了便于識別、記憶，我們經(jīng)常將每個位域的8位二進制數(shù)轉(zhuǎn)化成為在0到255（00000000到11111111=28-1）范圍內(nèi)的十進制數(shù)字，稱為點分十進制。如圖2所示（為了便于計數(shù)，我們將每個位域中的8位二進制數(shù)用逗號分隔為兩部分。在實際計算機內(nèi)部表示時，并沒有任何分隔符）。
　　　

　　圖2　 IP地址的格式
　　
　　2　IP地址的種類
　　
　　為了實現(xiàn)層次化治理，32比特的IP地址又被劃分為兩個部分：一部分用來標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)，稱為網(wǎng)絡(luò)號（Network ID，NID）；另一部分用來表示網(wǎng)絡(luò)中的主機，稱為主機號（Host ID，HID）。如圖2中的IP地址210.31.233.1，210.31.233為網(wǎng)絡(luò)號； 1為主機號，表示210.31.233網(wǎng)絡(luò)中編號為1的主機。
　　
　　IPv4中定義了5類IP地址，即：A、B、C、D、E類地址。不同類別的IP地址對網(wǎng)絡(luò)號及主機號范圍的規(guī)定是不同的，用于匹配不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　2.1　A類
　　　

　　圖3　 A類地址
　　
　　A類地址的特點是第1個位域的8位二進制數(shù)用來標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)號，且第1個位域的最高位為0，它和第1個位域的其余7位共同組成了網(wǎng)絡(luò)號。剩余的24位二進制位代表主機號。如圖3所示。
　　
　　網(wǎng)絡(luò)號全為0的地址不能使用。因此，最小的A類網(wǎng)絡(luò)號為1，最大的A類網(wǎng)絡(luò)號為127（01111111=27-1）。但網(wǎng)絡(luò)號127被保留做循環(huán)測試使用，不能分配給任何一臺主機。所以A類地址的網(wǎng)絡(luò)號范圍為：1-126。
　　
　　對于A類網(wǎng)絡(luò)來說，因為可以用24位二進制數(shù)標(biāo)識主機號，所以每個A類網(wǎng)絡(luò)可以容納224-2=16777214臺主機（IPv4中規(guī)定主機號的各位不能全為0或全為1）。
　　
　　可見，可以用于分配的A類IP地址范圍是：1.x.y.z-126.x.y.z，其中x、y、z的各個二進制位不能全為0或全為1。例如，10.255.255.255是不正確A類IP地址，不能分配給主機使用，而10.255.255.254是合法的A類IP地址。
　　
　　2.2　B類
　　　

　　圖4　 B類地址
　　
　　B類地址的特點是第1、2個位域的16位二進制數(shù)用來標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)號，且第1個位域的最高兩位為10，它和其余的14位二進制數(shù)共同組成了網(wǎng)絡(luò)號。剩余的16位二進制數(shù)代表主機號。如圖4所示。
　　
　　最小的B類網(wǎng)絡(luò)號為128.0，最大的B類網(wǎng)絡(luò)號為191.255。
　　
　　對于B類網(wǎng)絡(luò)來說，因為可以用除了最高兩位以外的14位二進制數(shù)來標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)號，所以一共可以有214=16384個B類網(wǎng)絡(luò)。同時，因為可以用16位二進制數(shù)標(biāo)識主機號，所以每個B類網(wǎng)絡(luò)可以容納216-2=65534臺主機。
　　
　　可見，可以用于分配的B類IP地址范圍是：128.0.y.z-191.255.y.z，其中y、z的各個二進制位不能全為0或全為1。
　　
　　2.3　C類
　　　

　　圖5　 C類地址
　　
　　C類地址的特點是第1、2、3個位域的24位二進制數(shù)用來標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)號，且第1個位域的最高三位為110，它和其余的21位二進制數(shù)共同組成了網(wǎng)絡(luò)號。剩余的8位二進制位代表主機號。如圖5所示。
　　
　　最小的C類網(wǎng)絡(luò)號為192.0.0，最大的C類網(wǎng)絡(luò)號為223.255.255。
　　
　　對于C類網(wǎng)絡(luò)來說，因為可以用除了最高三位以外的21位二進制數(shù)標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)號，所以一共可以有221=2097152個C類網(wǎng)絡(luò)。同時，因為可以用8位二進制數(shù)標(biāo)識主機號，所以每個C類網(wǎng)絡(luò)可以容納28-2=254臺主機。
　　
　　可見，可以用于分配的C類IP地址范圍是：192.0.0.z-223.255.255.z，其中z的各個二進制位不能全為0或全為1。
　　
　　2.4　D類
　　　

　　圖6　 D類地址
　　
　　D類地址的第1個位域的最高位4位為1110。因此，第1個位域的取值范圍是224~239。如圖6所示。
　　
　　D類地址屬于比較非凡的IP地址類，它不區(qū)分網(wǎng)絡(luò)號和主機號，也不能分配給具體的主機。
　　
　　D類地址主要用于多播（multi-casting），用于向特定的一組（多臺）主機發(fā)送廣播消息。在RIPv2和OSPF動態(tài)路由協(xié)議中采用多播方式在一組路由器間傳送和路由相關(guān)的信息。
　　
　　2.5　E類
　　　

　　圖7　 E類地址
　　
　　E類地址的第1個位域的最高位5位為11110。因此，第1個位域的取值范圍是240~247。如圖7所示。
　　
　　E類地址被保留作為實驗用。
　　
　　2.6　其他
　　
　　對于第1個位域的取值范圍在248~254之間的IP地址保留不用。
　　
　　2.7　IP地址的分配注重事項
　　
　　在為主機分配IP地址時，必須注重以下問題：
　　
　　網(wǎng)絡(luò)號不能為127
　　
　　網(wǎng)絡(luò)號127被保留作為本機循環(huán)測試使用。例如，我們可以使用命令ping 127.0.0.1測試TCP/IP協(xié)議棧是否正確安裝。如圖8所示。在路由器中，同樣支持循環(huán)測試地址的使用。
　　　

　　圖8　本機循環(huán)測試地址的使用
　　
　　主機號不能全為0或255
　　
　　全0的主機號代表本網(wǎng)絡(luò)，如210.31.233.0代表網(wǎng)絡(luò)號為210.31.233的C類網(wǎng)絡(luò)。全1的主機號代表對本網(wǎng)絡(luò)的廣播，如210.31.233.255代表對C類網(wǎng)絡(luò)210.31.233.0的廣播，稱為直接廣播。假如一個數(shù)據(jù)包中的目標(biāo)地址是一個廣播地址，它要求該網(wǎng)段中的所有主機必須接收此數(shù)據(jù)包。假如IP地址的32位全為1，即255.255.255.255，則代表有限廣播，它的目標(biāo)同樣是網(wǎng)絡(luò)中的所有主機。
　　
　　0.0.0.0
　　
　　IP地址0.0.0.0通常代表未知的源主機。當(dāng)主機采用DHCP動態(tài)獲取IP地址而無法獲得合法IP地址時，會用IP地址0.0.0.0來表示源主機IP地址未知。如圖9所示。
　　　

　　圖9　未知的源主機
　　
　　3　子網(wǎng)掩碼
　　
　　3.1　子網(wǎng)
　　
　　子網(wǎng)（subnetwork）將網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的部分，每一部分是一個獨立的邏輯網(wǎng)絡(luò)，稱為子網(wǎng)。處于同一子網(wǎng)中的各主機的網(wǎng)絡(luò)號是相同的，它們可以直接互相通信而不用經(jīng)過路由器中轉(zhuǎn)。
　　
　　將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個子網(wǎng)可以減小廣播域的規(guī)模，減少廣播對網(wǎng)絡(luò)的不利影響。將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個子網(wǎng)也便于實現(xiàn)層次化的治理。另外，將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個子網(wǎng)也便于每個子網(wǎng)使用不同類型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
　　
　　3.2　子網(wǎng)掩碼
　　
　　子網(wǎng)掩碼（subnetwork mask）用來與IP地址的各位按位進行"邏輯與"的運算，用來分辨網(wǎng)絡(luò)號和主機號。
　　
　　IPv4規(guī)定了A類、B類、C類的標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)掩碼：
　　
　　A類：255.0.0.0
　　
　　B類：255.255.0.0
　　
　　C類：255.255.255.0
　　
　　例如，對于標(biāo)準(zhǔn)的C類IP地址210.31.233.1來說，其標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)掩碼是：255.255.255.0。我們將IP地址210.31.233.1和其對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼255.255.255.0分別化為二進制形式。然后，按位進行"邏輯與"運算，得到的結(jié)果中，被子網(wǎng)掩碼中的"0"屏蔽掉的部分就是主機號，而被子網(wǎng)掩碼中的"1"保留下來的部分就是網(wǎng)絡(luò)號。如圖10所示。即IP地址210.31.233.1表示C類網(wǎng)絡(luò)210.31.233.0中的編號為1的主機。
　　　

　　圖10　子網(wǎng)掩碼的應(yīng)用-1
　　
　　又如，對于標(biāo)準(zhǔn)的B類IP地址160.133.50.131來說，其標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)掩碼是：255.255.0.0。我們將IP地址160.133.50.131和其對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼255.255.0.0分別化為二進制形式。然后，按位進行"邏輯與"運算。從結(jié)果可看出IP地址160.133.50.131表示B類網(wǎng)絡(luò)160.133.0.0中的編號為50.131的主機。如圖11所示。
　　