IP地址的分类

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2024年1月26日发(作者：)

IP地址的分类

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。有限广播将广播限制在最小的范围内，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，有限广播将被限制在本子网中。有限广播地址为255.255.255.255。

4. 本网特定主机地址

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64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：192.168.7.193~192.168.7.254。

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。

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6.2 子网编址

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

可容子子网网

号

机数

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0

1

0

1

0

0100001~11110001

00001~11110

.33~.62 30

主机号 主机号 主子网IP 标准IP 纳

子网地址 广播地址

200.110.26.3200.110.26.62

3

.65~.94

30

0100001~11110

200.110.26.6200.110.26.94 5

200.110.26.9200.110.26.16 27

200.110.26.1200.110.26.128 59

200.110.26.1200.110.26.160 91

200.110.26.1200.110.26.292 23

.97~.126

30

1000001~11110

.129~.158

30

1000001~11110

.161~.190

30

1100001~11110

.193~.222

30

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，广播将被限制在本子网中。

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

110000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）。

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

子网掩码

255.255.255.192

255.255.255.192子网数

2

每子网容纳主机数

62

6.3 子网编址实例分析

6 30

255.255.255.192

4 14 14

255.255.255.192

5 30 6

255.255.255.192

6 62 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，每一子网中共有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（193.168.100.64）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254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独立的子网，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

IP地址范围

192.168.7.17~.30

192.168.7.33~.46子网地址

192.168.7.16

直接广播

192.168.7.31

有限广播

255.255.255.255

255.255.255.255

192.168.7.32 192.168.7.47

192.168.7.49~.62

255.255.255.255

3 192.168.7.48 192.168.7.63

192.168.7.65~.78

255.255.255.255

4 192.168.7.64 192.168.7.79

192.168.7.81~.94

255.255.255.255

5 192.168.7.80 192.168.7.95

192.168.7.97~.110

255.255.255.255

6 192.168.7.96 192.168.7.111

192.168.7.113~.126

255.255.255.255

7 192.168.7.112 192.168.7.127

192.168.7.129~.142

255.255.255.255

8 192.168.7.128 192.168.7.143

192.168.7.145~.158

255.255.255.255

9 192.168.7.144 192.168.7.159

192.168.7.161~.174

255.255.255.255

10 192.168.7.160 192.168.7.175

192.168.7.177~.190

255.255.255.255

11 192.168.7.176 192.168.7.191

192.168.7.193~.206

255.255.255.255

12 192.168.7.192 192.168.7.207

192.168.7.209~.222

255.255.255.255

13 192.168.7.208 192.168.7.223

192.168.7.225~.238

255.255.255.255

14 192.168.7.224 192.168.7.239

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：

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6.5 “本地连接属性”对话框

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:7654: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。

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