IP地址的分类

本章主要讲述IP地址的分类和结构，并针对IP地址的实际应用需要提出了子网的概念，详细阐述了子网编址的方法和子网划分应用技巧。

本章学习要求：

 了解：Ipv6的概念及发展，从Ipv4向Ipv6过渡的主要技术  掌握：IP地址的类型及特殊IP地址的应用  掌握：子网编址的方法和子网掩码的使用  掌握：子网划分的方法

6.1 IP地址概述

本节主要讲述IP地址的层次结构和分类，详细介绍了各类IP地址的特点和适用范围，并对六类特殊IP地址进行了分析，帮助读者对IP地址的使用有个较深的认识。 6.1.1 IP地址类型

我们知道互联网是一个由各种不同类型和规模的运行、管理的计算机网络组成的全球范围的计算机网络，那么这些异种网络间是如何进行网络通信的呢？它们之间是如何识别的呢？诞生于上世纪70年代的TCP/IP协议通过对网络中传送的数据包进行规定格式的封装，规范了网络上的所有通信设备，统一了机器间数据交换的格式和传送方式。

在互联网上的每台主机（或路由器）都有一个唯一的标识——IP地址。一个IP地址由网络号（netid）和主机号（hostid）构成，网络号用于标识互联网中的一个特定网络，主机号用于表示该网络中主机的一个特定连接。目前，大多数IP编址方案仍采用Ipv4编址方案，即使用32位二进制数组成，为了方便使用，将IP地址的32位二进制分成四段，每段8位，中间用小数点隔开，然后将每八位二进制转换成十进制数，这种方法叫做点分十进制表示法。

在现实世界中，网络根据需求的不同，有的网络可能含有较多的计算机，也有的网络包含较少的计算机，于是按照网络规模的大小，IP协议将IP地址分成A、B、C、D、E五类，它们分别用IP地址的高位来区分，如图6-1所示。

图6-1 IP地址的分类

用户一般只使用A、B和C类地址，每类地址表示的实际网络数和主机数要比理论的小，这是因为每类地址中都有一些特殊用途的地址。D类IP地址用于多目的地址发送，E类IP地址供将来使用。表6-1列出各类IP地址的特点。

表6-1各类IP地址的特点

类别 类标识 第一字节 网络地址长度 主机地址长度 最大网络数 A类 B类 C类 D类 E类 0 10 110 1110 11110 1~126 128~191 192~223 224~239 240~247 1字节 2字节 3字节 — — 3字节 2字节 1字节 — — 126 16382 — — 最大主机数 65534 2 — — 大型网络 中型网络 小型网络 多点播送 保留地址 适用范围 6.1.2 特殊IP地址

互联网中有六类IP地址具有特殊的用途，不能分配给主机。 1. 网络地址

当用户要表示一个网络时就要用到网络地址。在IP地址编码方案中，网络地址由一个有效的网络号和全“0”的主机号构成。如某主机的IP地址为168.36.12.55，这是一个B类地址，则此主机所在网络的地址为168.36.0.0。

2. 直接广播地址

当用户想向互联网中某个网络中所有主机发送数据报，叫直接广播，具有这种特点的IP地址叫直播广播地址。在IP地址编码方案中，直接广播地址由一个有效的网络号和全“1”的主机号构成。如当互联网中的一台主机使用168.36.255.255为目标地址发送数据报时，则网络号为168.36.0.0的网络中所有主机都能收到该数据报。

3. 有限广播地址

当用户想向本网中每一台主机发送数据报，叫有限广播。有限广播将广播在最小的范围内，当采用标准的IP地址编码，有限广播将发生在本网络之中，若采用子网编址，有限广播将被在本子网中。有限广播地址为255.255.255.255。

4. 本定主机地址

当用户想与本网内部特定主机通信时，可通过将网络地址全部设为“0”进行简化（或不知道本网的网络地址）。如某主机发送数据报时，其目标IP地址为0.0.136.32（B类地址），则表示该数据报要送到本网主机号为136.42的主机上。

5. 回送地址

A类地址中，网络地址为127的地址用于网络软件测试或本机进程间通信。发送到这种地址的数据报不输出到线路上，立即返回。

6. 本网络本主机

全“0”的IP地址表示本网络上的本主机。 6.1.3 子网掩码

IP地址使用网络号和主机号的两层地址结构，这样当大量个人用户或小型局域网接入互联网，即使分配一个C类网络地址也会造成IP地址的浪费。因此出现了将网络进一步划分若干子网的设计，即把两层IP地址结构中的主机号细分为子网号和主机号，如图6.2所示。

网络号主机号标准IP地址——两级结构网络号子网号主机号子网IP地址——三级结构

图6.2 子网IP地址结构

为了标识一个IP地址中的网络号、子网号、主机号，就设计了子网掩码。子网掩码的长度也是32位，左边是网络位，用二进制数字“1”表示；右边是主机位，用二进制数字“0”表示。如一个

C

类地址取主机号的两位为子网号，则掩码为

11111111.11111111.11111111.11000000（255.255.255.192），子网可以产生个可能的主机地址，但全0用于标识子网自身，全1用于子网广播，只有62个地址可用，如网络号为192.168.7，则子网IP地址范围为：192.168.7.193~192.168.7.2。

子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络号和主机号两部分。

6.2 子网编址

本节主要讲述子网编址的方法，通过学习，读者能够根据IP地址和子网掩码，明确一个IP地址的具体组成，哪些位是网络号，哪些位是子网号，哪些位是主机号。 6.2.1 子网编址方法

对一个标准IP地址，通过将主机号的高位“借”出做为子网号，子网借用的主机号位数应至少2位，借出后至少要剩余2位。B类地址最多只能用14位去创建子网，C类最多只能借用6位去创建子网。

划分子网的步骤一般为：

1. 确定哪些组地址归我们使用。比如我们申请到的网络号为 “166.73.0.0”，该网络地址为B类IP地址，网络标识为“166.73”。

2. 根据我们现在所需的子网数以及将来可能扩充到的子网数，用主机号的一些位来定义子网。比如我们现在需要12个子网，将来可能需要16个。用第三个字节的前四位确定子网，则在子网的主机号可用12位 表示。

3. 把对应的网络号各个位都置为“1”，标识主机号的置为“0”，则子网掩码的间断二进制形式为：“11111111.11111111.11110000.00000000”

4. 把这个数转化为间断十进制形式为：“255.255.240.0”，这个数为该网络的子网掩码。 6.2.2 子网地址和子网广播地址

与标准的IP地址一样，子网编址也保留了子网网络和子网广播的地址编号。在子网编址中，以二进制全“0”结尾的IP地址表示子网，二进制全“1” 结尾的IP地址表示子网广播。如有一个C类网络：200.110.26.0，可以借用主机号的3位来划分子网，其中子网号、主机号范围、可容纳的主机数、子网地址、子网广播地址如表6.2所示：

表6.2 一C类网络的子网划分

子网IP 子网 第1个子网 第2个子网 第3个子网 第4个子网 第5个子网 第6个子网 子网号 主机号 001 010 011 100 101 110 主机号 主机数 30 30 30 30 30 30 00001~11110 .33~.62 00001~11110 00001~11110 00001~11110 00001~11110 00001~11110 .65~.94 .97~.126 .129~.158 .161~.190 .193~.222 标准IP 可容纳 子网地址 广播地址 200.110.26.32 200.110.26. 200.110.26.96 200.110.26.63 200.110.26.95 200.110.26.127 200.110.26.128 200.110.26.159 200.110.26.160 200.110.26.191 200.110.26.192 200.110.26.223 为了与标准IP编址一致，二进制全“0”或全“1”的子网号也不能分配给实际的子网，所以在规划子网时应去掉这两个号。

在标准IP编址中全为“1”的IP地址（255.255.255.255）为有限广播地址，若在子网中

使用该广播地址，广播将被在本子网中。 6.2.3 子网表示方法

标准的IP地址，通过网络号就能确定网络类别，对子网编址，我们则采用子网掩码来标识。前面已经讲过，子网掩码的长度与IP地址长度一样，也是用32位二进制表示。在子网掩码中，与IP地址的网络号和子网号对应的位用“1”表示，与主机号对应的位用“0”表示。将IP地址与子网掩码相结合，就可以判断出一个IP地址中哪些位表示网络号和子网，哪些位表示主机号了。

如我们通过查看一台主机的连接属性，看到图6.3：

图 6.3 主机IP地址

IP地址为192.168.7.21，子网掩码为：255.255.255.240。将IP地址和子网掩码转换为二进制后如图6.4所示

1100000010101000000001110001010111111111111111111111111111110000网络号子网号主机号IP地址192.168.7.21子网掩码255.255.255.240

图6.4 子网掩码

通过比较IP地址和子网掩码，借用了IP地址第4个字节的前4位表示子网，后4位表示主机，所以其网络号为：192.168.7，子网号为：1（0001），主机号为：5（0101）。

6.3 子网编址实例分析

本节主要讲述如何根据实际需求对网络进行子网规划和配置，并提出在子网规划中应注意的事项。 6.3.1 子网规划

在网络规划中，子网的规划和IP地址分配占有举足轻重的地位。当选择子网号和主机号时，要考虑到子网号能产生足够的子网，每个子网中能够容纳足够的主机。

如用户申请到一个C类网络地址193.168.100.0，需要在该网络中划分出5个子网，怎么办呢？

如果用主机号中的2位表示子网号，能划出4 个子网，借用3位能划出8个子网，借用4位能划出16个子网，除去全0和全1，分别能划出2、6、14个子网，现在要求划分出5个子网，所以向主机号借用3位即可满足。

表6.3 C类网络子网划分关系

子网借用主机位数 2 3 4 5 6 子网掩码 255.255.255.192 255.255.255.192 255.255.255.192 255.255.255.192 255.255.255.192 子网数 2 6 14 30 62 每子网容纳主机数 62 30 14 6 2 这样可用的子网号是001、010、011、100、101和110（注意000和111除外）。主机号中就余5位来标识了，每一子网有32个主机号，其中30个可用，即每个子网最多有30台主机。子网掩码为：11111111.11111111.11111111.11100000（255.255.255.224）

子网地址：11000001.10101000.01100100.00100000（193.168.100.32）主机号：33~62 子网地址：11000001.10101000.01100100.00100000（193.168.100.）主机号：65~94 子网地址：11000001.10101000.01100100.00100000（193.168.100.96）主机号：97~126 子网地址：11000001.10101000.01100100.00100000（193.168.100.128）主机号：129~158 子网地址：11000001.10101000.01100100.00100000（193.168.100.160）主机号：161~190 子网地址：11000001.10101000.01100100.00100000（193.168.100.192）主机号：193~222 需要注意的是：

1. 该网络原可以使用2台主机，通过划分出6个子网后，最多只能使用180台主机。 2. 在进行子网互联时，路由器也需要占用有效的IP地址，因此，在计算网络中（或子网中）需要使用的IP地址时，不要忘记连接该网络（或子网）的路由器。 6.3.2 局域网划分子网

在实践中，有时会将一个物理网络划分成几个小规模的子网，如在一个公司，根据职能

部门划分出多个逻辑上的子网，由于没有路由器的转发，子网之间的主机不能相互通信。

如分配给该网络的网络地址是192.168.7.0，这是一个C类地址，我们以最后一个字节的前4位表示子网号，后4位表示主机号，这样子网掩码为255.255.255.240，可以分出14个子网，每个子网最多有14台主机。

表6.4 192.168.7.0在掩码为255.255.255.240时的地址分配表

子网 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 IP地址范围 192.168.7.17~.30 192.168.7.33~.46 192.168.7.49~.62 192.168.7.65~.78 192.168.7.81~.94 192.168.7.97~.110 192.168.7.113~.126 192.168.7.129~.142 192.168.7.145~.158 192.168.7.161~.174 192.168.7.177~.190 192.168.7.193~.206 192.168.7.209~.222 192.168.7.225~.238 子网地址 192.168.7.16 192.168.7.32 192.168.7.48 192.168.7. 192.168.7.80 192.168.7.96 直接广播 192.168.7.31 192.168.7.47 192.168.7.63 192.168.7.79 192.168.7.95 192.168.7.111 有限广播 255.255.255.255 255.255.255.255 255.255.255.255 255.255.255.255 255.255.255.255 255.255.255.255 255.255.255.255 255.255.255.255 255.255.255.255 255.255.255.255 255.255.255.255 255.255.255.255 255.255.255.255 255.255.255.255 192.168.7.112 192.168.7.127 192.168.7.128 192.168.7.143 192.168.7.144 192.168.7.159 192.168.7.160 192.168.7.175 192.168.7.176 192.168.7.191 192.168.7.192 192.168.7.207 192.168.7.208 192.168.7.223 192.168.7.224 192.168.7.239 在子网规划好后，就可以进行主机配置了。

1. 在任务栏中选择本地连接的图标点鼠标右键，选择打开“网络连接”，在“本地连接”上选择“属性”，或者从“开始”→“设置”→“控制面板”→“网络和拔号连接”→ “本地连接”→“属性”，进入“本地连接属性”对话框，如图6.5所示：

图6.5 “本地连接属性”对话框

2. 选中“此连接使用下列选定的组件”列表中的“Internet协议（TCP/IP）”，单击“属性”按钮，进行TCP/IP配置，如图6.6所示：

图6.6 Internet协议（TCP /IP）属性

3. 按IP地址分配方案，设置计算机IP地址，分别填入IP地址和子网掩码后，如图6.7所示，单击“确定”返回“本地连接属性”界面。

图6.7 配置IP地址和子网掩码

4. 通过单击“本地连接属性”界面中的“确定”按钮，完成配置。

5. 在命令提示符中运行ipconfig命令查看网络的IP地址、子网掩码等配置情况。

6.4 IPv6

本节主要介绍Ipv6的来源和发展，并对IPv6和IPv4进行了比较，最后对IPv6的寻址方式和从IPv4向IPv6过渡的主要技术进行了一个简单阐述。 6.4.1 Ipv6的基本概念

现有互联网是在IPv4协议的基础上运行。随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将影响互联网的进一步发展。IPv4采用32位地址长度，只有大约43亿个地址，估计在2005～2010年间将被分配完毕。

IPv6是Internet Protocol Version 6的缩写，其中Internet Protocol译为“互联网协议”。IPv6是IETF（互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。IPv6采用128位地址长度，按保守方法估算IPv6实际可分配的地址，整个地球每平方米面积上可分配1000多个地址。在IPv6的设计过程中还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题。

如果说IPv4实现的只是人机对话，而IPv6则扩展到任意事物之间的对话，它不仅可以为人类服务，还将服务于众多硬件设备，如家用电器、传感器、远程照相机、汽车等，它将是无时不在，无处不在的深入社会每个角落的真正的宽带网。而且它所带来的经济效益将非常巨大。

1. 与IPV4相比，IPV6具有以下几个优势：

(1) IPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32，即有232-1个地址；而IPv6中IP地址的长度为128，即有2128-1个地址。

(2) IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。

(3) IPv6增加了增强的组播（Multicast）支持以及对流的支持（Flow Control），这给网络上的多媒体应用提供了长足发展的机会，为服务质量（QoS，Quality of Service）控制提供了良好的网络平台。

(4) IPv6加入了对自动配置（Auto Configuration）的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。

(5) IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，极大的增强了网络的安全性。 2. IPv6寻址

在 IPv6中，可使用以下三种形式表示IP地址：

(1) 冒号十六进制形式

这是首选形式 n:n:n:n:n:n:n:n，由八个16 位地址元素组成，每个地址元素用十六进

制值表示。例如：3FFE:FFFF:76:FEDA:1245:BA98:3210:4562.

(2) 压缩形式

由于地址长度要求，地址中经常包含由零组成的长字符串。为了简化对这些地址的写入，可以使用压缩形式。在这一压缩形式中，多个 0 块的单个连续序列由双冒号符号 (::) 表示。此符号只能在地址中出现一次。例如，多路广播地址 FFED:0:0:0:0:BA98:3210:4562 的压缩形式为 FFED::BA98:3210:4562。单播地址 3FFE:FFFF:0:0:8:800:20C4:0 的压缩形式为 3FFE:FFFF::8:800:20C4:0。环回地址 0:0:0:0:0:0:0:1 的压缩形式为 ::1。未指定的地址 0:0:0:0:0:0:0:0 的压缩形式为 ::。

(3) 混合形式

此形式组合 IPv4 和 IPv6 地址。在此情况下，地址格式为 n:n:n:n:n:n:d.d.d.d，其中每个 n 都表示六个 IPv6 高序位 16 位地址元素之一的十六进制值，每个 d 都表示 IPv4 地址的十进制值。 6.4.2 由IPv4向IPv6过渡

美国国防部因为IPv6在安全方面的优势而大力支持它。其在2003年7月宣布，在2008财年，将全部完成向IPv6的转移；同年10月宣布，所有开发、生产、采购的网络资产都必须过渡到IPv6。

在向IPv6转移方面，中国走到了前列。2004年12月17日，中国第一个下一代Internet暨中国下一代Internet示范工程核心网(CERNET2)正式开通，这是世界上规模最大的纯IPv6 Internet。

对于商业用户和传统的消费者，连接到网上的设备和应用的数量是不可预测的。IPv6扩大了家庭网络的应用空间，包括应用管理、多媒体娱乐设备和家庭安全。这些应用特别是家庭安防设施需要端到端的身份识别与数据加密。拥有IPv6，DSL和Cable modem 用户可以建立自己的家庭网络，可以远程安全地监视和控制家庭网络设备。

为了实现从IPv4向 IPv6的过渡，人们已经根据不同应用情况，设计了多种过渡技术和解决方案，大致分为以下三类：

1. IPv4/IPv6双栈技术。IPv4/IPv6双栈技术是最主要的过渡机制。在网络一侧的接入服务器上实现双栈，成为IPv4与IPv6的接入点，使终端接入IPv4与IPv6服务，以免在网络中使用额外的翻译器。

2. 隧道技术。隧道技术在一端把IPv6包封装为IPv4包的数据内容，然后在另一端解封复原成IPv6包。隧道要求在封装/解封的节点上有IPv4/IPv6双栈能力。这可能是未来采用最多的一种方式。

3. 翻译器技术。翻译器是一个处在纯IPv4终端和纯IPv6终端之间的部件，它可使这些终端之间能直接进行通信，且不需要对终端进行任何修改。

思考题：

1. 简述IP地址的结构、格式和分类。

2. 设一个主机的IP地址为192.168.7.121，而子网掩码为255.255.255.248，请写出该主机的网络号、子网号、主机号。