IP地址与子网划分
1. IP地址
1.1 为什么用IP地址,不用MAC地址?
因为MAC地址由48位二进制数(12位16进制数)组成,这使得MAC地址太复杂,太难记,太难用了;而IPv4地址由32位二进制数(4位十进制数)组成,相对MAC地址使用更加方便
1.2 IP地址的作用?
IP地址是逻辑地址,MAC地址是物理地址,真实存在的,IP地址是用来确定主机目前在网络中的位置
1.3 IP地址的格式
IP地址是由4个点分十进制数组成,X.X.X.X
每一个十进制由8位二进制数组成,每一个十进制数的范围:0-255
IP地址的范围:0.0.0.0 - 255.255.255.255
1.4 为什么IP地址需要分类?
因为ip地址一共有2^32=42亿9千万≈43亿,如此多的IP地址需要分类才能方便管理,所以IP地址分为A,B,C,D,E五类
1.5 IP地址的分类(有类编址)及组成
IP地址由网络号与主机号组成
IP地址分类 | 标识号 | 网络号 | 主机号 |
---|---|---|---|
A | 0 | 0XXX XXXX | XXXX XXXX.XXXX XXXX.XXXX XXXX |
B | 10 | 10XX XXXX.XXXX XXXX | XXXX XXXX.XXXX XXXX |
C | 110 | 110X XXXX.XXXX XXXX.XXXX XXXX | XXXX XXXX |
D | 1110 | ||
E | 11110 |
IP地址分类 | 网络数 | 主机数 | 所有IP地址范围 |
---|---|---|---|
A | 2^(8-1) | 2^(32-8) | 0.0.0.0 - 127.255.255.255 |
B | 2^(16-2) | 2^(32-16) | 128.0.0.0 - 191.255.255.255 |
C | 2^(24-3) | 2^(32-24) | 192.0.0.0 - 223.255.255.255 |
D | 224.0.0.0 - 239.255.255.255 | ||
E | 240.0.0.0 - 255.255.255.255 |
A
标识号:0
网络号:默认8位二进制数,它是由1位标识号“0”+7位二进制组成
主机号:24(32-A类网络号)位二进制数组成
网络数:2^(8-1) = 2^7
主机数:2^(32-8) = 2^24
所有IP地址范围:0.0.0.0 - 127.255.255.255(包含公网地址+私网地址+特殊地址)
B
标识号:10
网络号:默认16位二进制数,它是由2位标识号“10”+14位二进制组成
主机号:16(32-B类网络号)位二进制数组成
网络数:2^(16-2) = 2^14
主机数:2^(32-16) = 2^16
所有IP地址范围:128.0.0.0 - 191.255.255.255(包含公网地址+私网地址+特殊地址)
C
标识号:110
网络号:默认24位二进制数,它是由3位标识号“110”+21位二进制组成
主机号:8(32-B类网络号)位二进制数组成
网络数:2^(24-3) = 2^21
主机数:2^(32-24) = 2^8
所有IP地址范围:192.0.0.0 - 223.255.255.255(包含公网地址+私网地址+特殊地址)
D
标识号:1110
所有IP地址范围:224.0.0.0 - 239.255.255.255
用途:用于组播
E
标识号:11110
所有IP地址范围:240.0.0.0 - 255.255.255.255
用途:用于科研
1.6 公网地址与私网地址
公网地址:全球可达,但是需要花钱购买
私网地址:非全球可达,但是免费使用
IP地址分类 | 私网地址范围 |
---|---|
A | 10.0.0.0 - 10.255.255.255 |
B | 172.16.0.0 - 172.31.255.255 |
C | 192.168.0.0 - 192.168.255.255 |
1.7 特殊地址
特殊地址 | 含义 |
---|---|
0.0.0.0 | 任意地址 |
255.255.255.255 | 广播地址 |
127.0.0.1 - 127.255.255.254 | 本机回环地址,本机地址,用于测试本机有没有问题 |
224.0.0.0 - 239.255.255.255 | 组播地址 224.0.0.1特指所有主机,224.0.0.2特指所有路由器 |
169.254.X.X | ① 微软内网地址 ② 当主机使用dhcp协议时,如果没有dhcp服务器给你分配地址,但是主机又必须被分配一个地址,而该电脑又是微软电脑时,所系统自动169.254.X.X网段的地址,表示主机IP配置有问题 |
2. 子网划分
2.1 子网掩码
为什么需要子网掩码?
确定IP地址的网段,可以判断两个IP地址是否可以通信;可以自由的分配网络位
子网掩码的格式
子网掩码是由32位二进制数组成,高位为连续的1,表示一个IP地址的网络位;低位用连续的0,表示一个IP地址的主机位
A类标准的IP地址:10.0.0.1/8
B类标准的IP地址:172.16.0.1/16
C类标准的IP地址:192.168.0.1/24
例题:主机A的IP地址:192.168.1.1/24,主机B的IP地址:192.168.1.33/27,判断这两台主机是否可以直接通信,如果不能通信,哪台主机有问题
电脑判断两台主机是否通信方式
① 主机A的网段:拿主机A的IP地址和主机A的子网掩码进行与运算,算出主机A的网段
192.168.1.1
∧ 255.255.255.0
——————————
192.168.1.0(主机A网段)
② 主机B的网段:拿主机B的IP地址和主机B的子网掩码进行与运算,算出主机B的网段
192.168.1.33
∧ 255.255.255.224
——————————
192.168.1.32(主机B网段)
③ 主机A向主机B发送信息
192.168.1.33
∧ 255.255.255.0
——————————
192.168.1.0
主机A:192.168.1.0(网段)
与结果:192.168.1.0(网段)
主机A向主机B发送数据,主机A肯定知道主机B的IP地址,所以主机A拿主机B的IP地址与主机A的子网掩码相与运算,与完后的地址跟主机A本身的地址在同一个网段,说明主机A可以向主机B发送数据。
④ 主机B向主机A发送信息
192.168.1.1
∧ 255.255.255.224
——————————
192.168.1.0
主机B:192.168.1.32(网段)
与结果:192.168.1.0(网段)
主机B接受到主机A的数据,说明主机B知道主机A的IP地址。现在主机B向主机A发送数据,主机B会拿主机A的IP地址和主机B本身的子网掩码进行与运算,与完后的地址跟主机B本身的地址不在同一个网段,说明主机B不可以向主机A发送数据,说明主机B出现了问题。
2.2 划分子网
为什么需要划分子网 ?
因为采用定长子网掩码划分子网会导致两个问题
① 导致划分的IP地址出现冗余,出现IP地址的浪费
② 相同的部门应该接收该部门的消息,结果是相同的部门也会接收到其他部门的消息
所以采用子网划分,在标准的IP地址的基础上, 继续对主机位进行划分,这样做,节约了IP地址,避免浪费;将大网络划分成小网络,减少了广播域,保证了网络的安全
怎么进行子网划分?
采用可变长子网掩码(VLSM)技术,向主机位借位的方式,再划分更小的子网
2.3 如何进行子网划分
例1:有一个IP地址192.168.2.0/24,平均分配给四个部门使用,求四个部门的网络地址,广播地址,可用IP地址范围
① 确定可变长子网掩码位
默认子网掩码:24,默认主机位:8
因为分配给4个部门,所以,向主机借2位,2^2=4
可变长子网掩码:26
② 算出网段,IP地址与可变长子网掩码进行与运算
192.168.2.0
∧ 255.255.255.192
——————————
192.168.2.0(网段)
③ 算出主机数
2(32-26)=26=64
④ 算出每个部门的网络地址,广播地址和可用IP地址范围
部门1
网络地址:192.168.2.0
广播地址:192.168.2.63
可用IP地址范围:192.168.2.1 - 192.168.2.62
部2
网络地址:192.168.2.64
广播地址:192.168.2.127
可用IP地址范围:192.168.2.65 - 192.168.2.126
部门3
网络地址:192.168.2.128
广播地址:192.168.2.191
可用IP地址范围:192.168.2.129 - 192.168.2.190
部门4
网络地址:192.168.2.192
广播地址:192.168.2.255
可用IP地址范围:192.168.2.193 - 192.168.2.254
例2:10.10.10.0/24,平均分成6个部门,求每个部门的网络地址,广播地址,可用IP地址范围
① 确定可变长子网掩码位
默认子网掩码:24,默认主机位:8
因为分配给6个部门,向主机借2位,22=4,不够,所以向借3位,23=8
可变长子网掩码:27
② 算出网段,IP地址与可变长子网掩码进行与运算
10.10.10.0
∧ 255.255.255.224
——————————
10.10.10.0(网段)
③ 算出主机数
2(32-27)=25=32
④ 算出每个部门的网络地址,广播地址和可用IP地址范围
部门1
网络地址:10.10.10.0
广播地址:10.10.10.31
可用IP地址范围:10.10.10.1 - 10.10.10.30
部门2
网络地址:10.10.10.32
广播地址:10.10.10.63
可用IP地址范围:10.10.10.33 - 10.10.10.62
部门3
网络地址:10.10.10.64
广播地址:10.10.10.95
可用IP地址范围:10.10.10.65 - 10.10.10.94
部门4
网络地址:10.10.10.96
广播地址:10.10.10.127
可用IP地址范围:10.10.10.97 - 10.10.10.126
部门5
网络地址:10.10.10.128
广播地址:10.10.10.159
可用IP地址范围:10.10.10.129 - 10.10.10.158
部门6
网络地址:10.10.10.160
广播地址:10.10.10.191
可用IP地址范围:10.10.10.161 - 10.10.10.190
例3:192.168.1.0/24,分配给四个部门:部门一100台、部门二40台、部门三10台、部门四1台服务器,求每个部门的网络地址,主机地址,可用IP地址范围
① 确定可变长子网掩码位
默认子网掩码:24,默认主机位:8
因为分配给4个部门,向主机借2位,2^2=4
可变长子网掩码:26
② 算出网段,IP地址与可变长子网掩码进行与运算
192.168.1.0
∧ 255.255.255.192
——————————
192.168.1.0(网段)
③ 算出主机数
每个网段都必须有一个网络地址、一个广播地址一共2个IP地址
部门1:100+2=102台
部门2:40+2=42台
部门3:10+2=12台
部门4:1+2=3台
④ 算出每个部门的网络地址,广播地址和可用IP地址范围
部门1
网络地址:192.168.1.0
广播地址:192.168.1.101
可用IP地址范围:192.168.1.1 - 192.168.1.100
部门2
网络地址:192.168.1.102
广播地址:192.168.1.143
可用IP地址范围:192.168.1.103 - 192.168.1.142
部门3
网络地址:192.168.1.144
广播地址:192.168.1.155
可用IP地址范围:192.168.1.145 - 192.168.1.154
部门4
网络地址:192.168.1.156
广播地址:192.168.1.158
可用IP地址范围:192.168.1.157
例4:中国移动10.0.0.0/8,位32个省分配各自的子网,求各个省的网络地址,主机地址,可用IP地址范围和可用主机数
① 确定可变长子网掩码位
默认子网掩码:8,默认主机位:24
因为分配给32个省,向主机借5位,2^5=32
可变长子网掩码:13
② 算出网段,IP地址与可变长子网掩码进行与运算
10.0.0.0
∧ 255.248.0.0
——————————
10.0.0.0(网段)
③ 算出每个省的主机数
2(32-13)=219
④ 算出每个省份的网络地址,广播地址和可用IP地址范围(数据量太大,宕机了)
省1
网络地址:
广播地址:
可用IP地址范围:
.....................
省32
网络地址:
广播地址:
可用IP地址范围:
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