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家庭和小型企业网络 - 第五章


内容索引

5.1 IP 地址和子网掩码 5.2 IP 地址的类型 5.3 获取 IP 地址的方式 5.4 地址管理


5.1.1 IP 地址的用途

IP 地址是用于标识特定主机的逻辑网址。为了与 Internet 上的其它设备进行通信，它必须唯一。

IP 地址将分配给连接到主机上的网络接口卡 (NIC) 。具有网络接口的最终用户设备包括工作站、服务器、网络打印机和 IP 电话等。某些服务器可以有多块网卡，其中每块网卡都有各自的 IP 地址。协助 IP 网络连接的路由器接口也需具有 IP 地址。

通过 Internet 发送的每个数据包都有源 IP 地址和目的 IP 地址。网络设备必须了解这些参数，才能确保信息到达目的设备，并确保所有应答都能返回源设备。

参见电子版教材动画 5.1.1.1


5.1.2 IP 地址结构 IP 地址就是 32 个二进制位的数字串。二进制 IP 地

址非常难于阅读。为此，人们以 8 个位为一组，将这 32 个位划分为四个八位字节，称为点分十进制记法。


5.1.2 IP 地址结构


5.1.3 IP 地址的组成部分


5.1.4 IP 地址和子网掩码的交互方式与 IP 地址一样，子网掩码的长度也是 32 位。子网掩

码从左至右依次与 IP 地址逐位对比。子网掩码中的 1 代表网络部分；而 0 则代表主机部分。


5.1.4 IP 地址和子网掩码的交互方式

当主机发送数据包时，会拿子网掩码与自身 IP 地址和目的 IP 地址进行比较。如果网络部分的各个位相符，表示源主机和目的主机位于同一网络中，因此数据包只需在本地传送。如果不相符，则发送方主机会将数据包转发到本地路由器接口，再由其转发到其它网络。



家庭和小型企业网络最常见的子网掩码是： 255.0.0.0 （ 8 位） 255.255.0.0 （ 16 位） 255.255.255.0 （ 24 位）子网掩码

–255.255.255.0 （十进制）–11111111.11111111.1111111.00000000 （二进制）

使用 24 位标识网络号码，剩下 8 位用于对网络中的主机进行编号。



要计算该网络中可以存在的主机数量，可以 2 为底，以主机的位数为指数并求幂 (28 = 256) 。必须从结果数字中减去 2 （ 256-2 ）。减 2 的原因在于主机部分全部为 1 的 IP 地址是该网络的广播地址，不能分配给具体的主机。主机部分全部为 0 则代表网络 ID ，同样不能分配给具体的主机。


5.2.1 IP 地址类和默认子网掩码

IP 地址划分为 5 类。 A 类、 B 类和 C 类是商业类地址，可分配给主机。 D 类保留供组播使用，而 E 类则用于实验用途。

C 类地址使用三个八位字节表示网络部分，一个表示主机。默认子网掩码为 24 位 (255.255.255.0) 。 C 类地址通常分配给小型网络。

B 类地址使用两个八位字节代表网络部分，另两个代表主机。默认子网掩码为 16 位 (255.255.0.0) 。这些地址一般用于中型网络。

A 类地址仅以一个八位字节代表网络部分，其余三个代表主机。默认子网掩码为 8 位 (255.0.0.0) 。这些地址一般分配给大型组织。


5.2.2 公有和私有地址

有限，因此存在 IP 地址分配殆尽的风险。解决此问题的一个办法是保留一些私有地址，仅供组织在内部使用。这样，组织内部的主机无需唯一的公有 IP 地址就能够相互通信。

RFC 1918 标准在 A 、 B 和 C 类每个类别中都保留数个地址范围。如表所示，这些私有地址范围包含一个 A 类网络、 16 个 B 类网络和 256 个 C 类网络。这为网络管理员分配内部地址提供了极大的灵活性。



只要组织中的主机不与 Internet 直接连接，这些主机就可以在内部使用私有地址。因此，多个组织可以使用相同的私有地址集。私有地址不能在 Internet 上路由，因此会被 ISP 的路由器阻挡。

由于私有地址只在本地网络中可见，外部人员无法直接访问私有 IP 地址，因此使用它们可以作为一种安全措施。

还有一些私有地址可用于进行设备的诊断测试。此类私有地址称为环回地址。 A 类 127.0.0.0 网络就是保留用作环回地址的



5.2.3 单播、广播和组播地址单播


5.2.3 单播、广播和组播地址

广播


5.2.3 单播、广播和组播地址

组播


5.3.2 DHCP 服务器


5.3.3 配置 DHCP

当主机被配置为 DHCP 客户端时，要从位于本地网络中或 ISP 处的 DHCP 服务器获取这些信息。 DHCP 服务器配置有一个 IP 地址范围，或称 IP 地址池，这些地址可用来分配给 DHCP 客户端。


5.3.3 配置 DHCP

Packet Tracer 练习：将设备配置为 DHCP 服务器并指定 IP 地址范围。配置 DHCP 客户端并检验 DHCP 配置。参见电子版 PT 实验5.3.3.3


5.4.1 网络边界和地址空间本地路由器接口的 IP 地址作为

主机的默认网关既可静态设定，也可通过 DHCP 设定通常将集成路由器设置为 DHCP 服务器。


5.4.2 地址分配


5.4.2 地址分配主机可以通过几种方式连接到 ISP 和 Internet 。主机应

配置公有地址还是私有地址取决于其连接方式。


5.4.3 网络地址转换

集成路由器从 ISP 接收公有地址，这使它能够通过 Internet 发送和接收数据包。另一方面，它又为本地网络客户端提供私有地址。由于 Internet 上不允许使用私有地址，因此需要通过某种过程将私有地址转换为唯一的公有地址，本地客户端才能在 Internet 上通信。

用于将私有地址转换为可路由 Internet 地址的过程称为网络地址转换 (NAT) 。借助 NAT 可将私有（本地）源 IP 地址转换为公有（全局）地址。传入数据包的过程与之相反。通过 NAT ，集成路由器将多个内部 IP 地址转换为同一公有地址。



5.4.3 网络地址转换

Packet Tracer 练习：将一台多功能设备配置为 DHCP 服务器并配置要接收 IP 配置的客户端。检验公有地址和私有地址的配置。参见电子版 PT 实验 5.4.3.2

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