IP地址的规划和设计方法(一)

        一，IP地址的概念和划分地址新技术的研究

        (1)标准分类的IP地址

        第一阶段是在IPv4协议制定的初期，时间大致在1981年左右。那时候网络的规模比较小，用户一般是通过终端，

经过大型计算机或中小型计算机接入ARPANET。

        IP地址是由网络号与主机号组成的，长度是32bit，用点分十进制方法表示，这样就构成了标准分类的IP地址。常

用的A类、B类、C类IP地址采用包括“网络号-主机号”的两层结构层次（RFC1812）。A类地址的网络号长度是7bit，

实际允许分配A类地址的网络只能有126个。B类地址的网络号长度是14bit，因此允许被分配B类地址的只能有16384

个。

        (2)划分子网的三级地址结构

         第二阶段是在标准分类的IP地址基础上，增加子网号的三级地址机构。 

        人们认为A类与B类IP地址设计不合理，对IP地址的匮乏表示强烈的担忧。1991年研究人员提出了子网subnet和

掩码mask的概念。构成子网就是将一个大的网络划分成几个较小的子网络，将传统的“网络号-主机号”的两级结构，

变为“网络号-子网号-主机号”的三级结构。

         (3)构成超网的无类域间路由（CIDR）技术 

        第三个阶段是1993年提出了无类域间路由（ClasslessInterDomainRouting,CIDR）技术（RFC1519）

        无类域间路由的出现是希望解决Internet扩展中存在的两个问题：

        a)32位IP地址空间可能在第40亿台主机接入Internet前就耗尽。

        b)随着越来越多的网络地址出现，主干网的路由表增大，路由器负荷增加，服务质量下降。

        无类域间路由CIDR技术也被称为超网技术。构成超网的目的是将现有的IP地址合并成较大的、具有更多主机地

址的路由域。例如，可以将一个组织所属的C类网络合并到一个更多的地址范围的大的路由域中。

       (4)网络地址转换（NAT）技术

       第四个阶段是1996年提出的网络地址转换（NAT）技术(RFC2993、RFC3022)。

       网络地址转换设计的基本思路：为每一个公司分配一个或少量的IP地址，用于传输Internet的流量。在公司内部的

每一台主机分配一个不能够在Internet上使用的保留的专用IP地址（RFC1918）。

       专用IP地址是Internet管理机构预留的，任何组织使用都不需要向Internet管理机构申请，所以网络管理人员都应

该知道这些地址是为专用网络内部使用的。这类地址在专用网络内部中是唯一的，但是在Internet中并不是唯一的。

       专用IP地址用于内部网络的通信，如果需要访问外部Internet主机，必须由运行网络地址转换的主机或路由器将内

部的专用IP地址转换成全局IP地址。

        二,标准分类的IP地址

        IPv4的地址长度为32bit，用点分十进制（dotteddecimal）表示。通常采用x.x.x.x的方式来表示，每个x为8bit，每

个x的值为0~255,例如，202.113.29.119。

        标准分类的IP地址：

        (1)A类地址

        A类地址网格号（netID）的第一位为0，其余的各位可以分配。因此A类地址共被分为大小相同的128块,每一块的

netID不同。

        第一块覆盖的地址为：0.0.0.0~0.255.255.255（netID=0）

        第二块覆盖的地址为：1.0.0.0~0.255.255.255（netID=1）

        ……

        最后一块覆盖的地址为：127.0.0.0~0.255.255.255（netID=127）  

        但是，第一块和最后一块地址留作特殊用途，另外netID=10的10.0.0.0~10.255.255.255用于专用地址，其余的

125块可指派给一些机构。因此能够得到A类地址的机构只有125个。每一个A类网络可以分配的主机号hostID可以是2

的24方-2=16777214个，主机号为全0和全1的两个地址保留用于特殊目的。

        (2)B类地址

        B类地址的网络号长度为14位，网络号总数为16384。B类地址的主机号长度为为16位，因此每个B类网络可以有

2的16次方=65536个主机号。但是，主机号为全0和全1的两个地址保留用于特殊目的，因此实际上一个B类IP地址允

许分配的主机号位65534个。

        (3)C类地址

        C类IP地址网络号长度为21位，主机号长度为8位。因为网络号长度为21位，因此允许有2的21次方=2097152个

不同的C类网络。由于主机号长度为8位，因此每个C类网络的主机号数最多为2的8、次方=256个。同样，主机号为全

0和全1的两个地址保留用于特殊目的，因此实际上一个C类IP地址允许分配的主机号为254个。

       (4)特殊地址形式

       特殊的IP地址包括：直接广播（directedbroadcasting）地址、受限广播（limitedbroadcasting）地址、“这个网络

上的特定主机”地址和回送地址（loopbackaddress）。

       a)直接广播地址

       在A类、B类、C类IP地址中，如果主机号是全1(二进制)，那么这个主机号为直接广播地址，它是用来使路由器将

一个分组以广播方式发送给特定网络上的所有主机。例如，主机要以广播方式发送一个分组给特定网络（网络地址为

201.161.20.0）上的所有主机，那么需要使用直接广播地址，这个直接广播地址为201.161.20.255。

        b)受限广播地址

        2位(网络位和主机位)全为1的广播地址（255.255.255.255）为受限广播地址，用来将一个分组以广播方式发送

 给本网络中的所有主机。路由器则阻挡该分组通过，将其广播功能限制在本网内部。

        c)“这个网络上的特定主机地址”

        当一个主机或一个路由器向本网络的某个特定的主机发送一个分组，那么它就需要使用“这个网络上的特定主

机”地址。“这个网络上的特定主机”的网络号位全0(二进制)，主机号为确定的值。这样的分组被限定在本网内部，由主

机号对应的主机接收。例如，主机要向本网络中的某个主机（IP地址为201.161.20.18）发送一个分组，那么需要使

用“这个网络上是特定主机地址”，这个地址为0.0.0.18。

       d)回送地址

       A类地址中的127.0.0.0是回送地址，它是一个保留地址。回送地址是用于网络软件测试和本地进程间通信。  

      TCP/IP协议规定：含网络号为127的分组不能出现在如何网络上；主机和路由器不能为该地址广播任何寻址信

息。“Ping”应用程序可以发送一个将回送地址作为目的地址的分组，以测试IP软件是否接收或发送一个分组。一个客

户进程可以使用回送地址来发送一个分组给本机的另一个进程，用来测试本地进程之间的通信情况。

        三，划分子网的三级网络结构

        (1)子网的基本概

        标准分类的IP地址存在着两个主要的问题：IP地址的有效利用率问题和路由器的工作效率问题。为了解决这个问

题，人们提出了子网（subnet）的概念。RFC940对子网的概念和划分子网的标准做出了说明。

      提出子网概念的基本思路是：允许将网络划分成多个部分供内部使用，但是对于外部网络，仍然像一个网络一样。

       子网的划分有利于优化网络性能，改善网络管理。

       (2)划分子网的地址结构

       IP地址是层次型结构的，它的长度是32位。标准的A类、B类、C类IP地址是包括网络号（netID）与主机号

（hostID）的两层层次结构。划分子网技术的要点是：

        a)三级层次是IP地址：netID——subnetID——hostID；

        b)同一个子网中所有主机必须使用相同的子网号subnetID 

        c)子网的概念可以应用于A类、B类、C类中任意一类的IP地址中；

        d)子网之间的距离必须很近；

        e)分配子网是一个组织和单位内部的事，它既不要向ICANN申请，也不需要改变任何外部

的数据库；

        f)在Internet的文献中，一个子网也称为一个IP网络或一个网络。

        (3)子网掩码的概念

        当三级层次的IP地址提出后，一个很现实的问题是：如何从一个IP地址中提取出子网号。

       人们提出了子网掩码或掩码的概念。子网掩码有时叫做子网屏蔽码。掩码的概念同样适用于没有进行子网划分的

A类、B类、C类地址。

        A类，B类和C类地址掩码：

       如果路由器处理的是一个标准的IP地址，那么它只要判断IP地址的前两位值，如果是10，那它肯定是一个B类地

址。B类地址的网络号长度为16位，那么该IP地址的前16表示的是网络号，后16位表示的是主机号。如果路由器在处

理划分子网之后的三层结构IP地址时，需要给它IP地址和子网掩码。它需要通过标准地址的前三位判断该地址的A类、

B类或C类地址，同时根据子网掩码判断出子网号。标准的B类地址的16位的网络号是不变的，如果需要划分出64个子

网，那么就可以借用原16位主机号的6位，该子网的主机号就变成了10位。子网掩码用点分十进制表示为

255.255.252.0，另一种表示方法是用“/”加上网络号+子网号的长度，即“网络号/22”表示。

        在某种情况下，在子网划分时子网号长度可以是不同的。IP地址协议允许使用变长子网的划分。

        子网号为7的子网掩码：

        四，无类域间路由（CIDR）技术

        (1)无类域间路由技术的基本概念

        从无类域间路由的命名就可以看出，CIDR的研究思路是：将剩余的IP地址不是按照标准的地址分类规则分配，

而是以可变大型的块方法进行分配。ISP、大学、机关与公司在确定IP地址结构时，不是限制于标准分类的IP地址结

构，而是根据对IP地址管理和路由器的需要来灵活地决定。无类域间路由技术的特点主要有以下两点：

        a)CIDR使用区别于传统标准分类的IP地址和划分子网概念的“网络前缀

(network-prefix)”，代替“网络号+主机号”，形成新的无分类的二级地址结构，即IP地址表示为<网络前缀>,<主机号>。

        b)CIDR将网络前缀相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”。

        一个CIDR地址块是由块起始地址和块地址数来表示的。地址块的起始地址是指地址块中地址数值最小的一个。

例如，当200.16.23.0/20表示的是一个地址块时，它的起始地址是200.16.23.0，地址块中的地址数是2的12次方。因

为在这个地址块中，网络前缀表示对应20位的网络号是确定的，可以由获得这个地址块的机构分配的主机数有2的12

次方个，也就是说这个机构可以分配的地址数有2的12次方个。

        (2)在A类、B类和C类IP地址中，如果主机号为全1，那么这个地址为广播地址。在无类域间路由中，广播地址也

采用相同的原则。例如网络156.25.0.0/16中的广播地址应该是将16位的主机号置1，即156.25.255.255；网络

156.25.0.0/24的广播地址应该是将8位的主机号置1，即156.25.0.255；网络156.25.0.0/28的广播地址是将4位的主机

号置1，即156.25.0.15；网络195.1.22.64/27的广播地址具有考虑5位的主机号置1。由于64的二进制数为01000000，

后5位的主机号置1之后为01011111（为十进制位95），那么网络195.1.22.64/27的广播地址为195.1.22.95。

       (3)网络前缀越短，其地址块所包含的地址数越多。

       (4)CIDR地址规划方法示例：

       五，专用IP地址和内部网络地址划分方法

       (1)全局IP地址与专用IP地址

        RFC1518对A类、B类、C类地址中全局IP地址和专用IP地址的范围做出了规定。全局IP地址与专用IP地址的区别

主要表现在以下几点：

        a）使用IP地址的网络可以分为两种情况：一种是要将网络之间连到Internet；另一种是也需要运行TCP/IP协议，

但是它是内部网络，并不直接连接到Internet，但网络内部用户访问Internet是受到严格控制的。

        b)使用全局IP地址是需要申请的，而专用IP地址是不需要申请的。

        预留地址如表3-2所示:

        c)全局IP地址必须保证在Internet上是唯一的；专用IP地址在某一个网络内部是唯一的，但是在Internet中并不是

唯一的。IPv4为内部网络预留的专用IP地址有三组。第一组是A类地址的一个地址块，这个地址中的地址空间为

10.0.0.0~10.255.255.255；第二组是B类地址的16个地址块（172.16~172.31）；第三组是C类地址的256个地址块

（192.168.0~192.168.255）

        (2)NAT方法的局限性

        a)NAT违反了IP地址结构模型的设计原则。IP地址结构模型的基础是每个IP地址均标识了一个网络的连接。

Internet的软件设计就是建立在这个前提之上的，而NAT使得有很多主机可能在使用相同的IP地址，如10.0.0.1。

        b)NAT使得IP协议从面向无连接变成了面向连接。NAT必须维护专用IP地址与公用IP地址以及端口号的映射关

系。在TCP/IP协议体系中，如果一个路由器出现故障，不会影响TCP/IP协议的执行。因为只有几秒钟收不到应答，

发送进程就会进入超时重传处理。而当存在NAT时，最初设计的TCP/IP协议将发生变化，Internet可能变得非常脆

弱。

        c)NAT违反了基本的网络分层结构模型的设计原则。因为在传统的网络分层结构模型中，第N层是不能够修改第

N+1层的报头内容的。NAT破坏了这个这种各层独立的原则。

        d)有些应用是将IP地址插入到正文的内容中，例如标准的FTP协议与IPPhone协议H.323。如果NAT与这一类协议

一起工作，那么NAT协议一定需要做适当的修正。同时，网络的传输层也可能使用TCP与UDP协议之外的其他协议，

那么NAT协议必须知道并且做相应的修改。由于NAT的存在，使得P2P应用实现出现困难，因为P2P的文件共享与语

言共享都是建立在IP协议的基础上的。

        e)NAT同时存在对高层协议和安全性的影响问题。RFC2993对NAT存在的问题进行了讨论。NAT的反对者认为这

种临时性的缓解IP地址短缺的方案推迟了IPv6的迁移的进程，而并没有解决深层次问题，他们认为是不可取的。

最后

以上就是冷傲寒风为你收集整理的IP地址的规划和设计方法(一)的全部内容，希望文章能够帮你解决IP地址的规划和设计方法(一)所遇到的程序开发问题。

如果觉得靠谱客网站的内容还不错，欢迎将靠谱客网站推荐给程序员好友。