计算机网络技术：分类IP地址

2023-10-19 理论教育版权反馈

【摘要】：IPv4 协议中规定的IP 地址是一个用32 位的二进制代码表示的标识符。分类的IP 地址是最基本的编址方式。为了便于书写，可用等效的十进制数字来表示，并在这些数字之间加上一个点，称为IP 地址的点分十进制记法。如图6.1所示是一个IP 地址的表示方法。图6.2分类的IP 地址在IP 地址的分配中，有一些特殊的IP 地址留作特殊用途，不做分配。为了满足内网的使用需求，保留了一部分不在公网使用的IP 地址。

为了标识互联网上的每一台主机，IP 协议给每一台主机分配一个唯一的逻辑地址——IP地址。IPv4 协议中规定的IP 地址是一个用32 位的二进制代码表示的标识符。关于IPv4 协议中IP 地址的使用，共经历了分类的IP 地址、子网划分和构成超网这三个历史阶段。分类的IP 地址是最基本的编址方式。

（1）IP 地址及其表示方法

IP 地址使用长度为32 的二进制代码进行标识，由互联网名字和数字分配机构ICANN（Internet Corporation for Assigned Names and Numbers）进行分配。为了提高可读性，常常将32 位IP 地址中的每8 位插入一个空格。为了便于书写，可用等效的十进制数字来表示，并在这些数字之间加上一个点，称为IP 地址的点分十进制记法。如图6.1所示是一个IP 地址的表示方法。

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图6.1　采用点分十进制记法的IP 地址表示法

（2）分类IP 地址使用方式

所谓“分类的IP 地址”，是将IP 地址划分为两个固定长度的字段：第一个字段是网络号，它标志主机（或路由器）所连接到的网络；第二个字段为主机号，它标志该主机（或路由器）。两级的IP 地址可以记为：

IP 地址：：={ ＜网络号＞，＜主机号＞}

将IP 地址分成两级的好处：第一，IP 地址管理机构在分配IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号可由得到该网络号的单位自行分配，方便了IP 地址的管理；第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组，不需要根据主机的IP 地址进行转发，路由器中路由表的项数可以大幅度减少，从而减少了路由表所占的存储空间以及查找路由表的时间。

在设计IP 地址时，必须确定网络号及主机号所占的二进制位。网络号的位数，直接决定了可以分配的网络数；主机号的位数，则决定了网络中最大的主机数。由于整个互联网所包含的网络规模可能比较大，也可能比较小，因此，在设计IP 地址时，将IP 地址分为不同的类别，每一类具有不同的网络号位数和主机号位数，供不同的网络规模使用。IP 地址的前4 位用来决定地址所属的类别，如图6.2所示。

从图6.2 可以看出：

①A 类、B 类、C 类地址的网络号字段分别为1 个、2 个和3 个字节，而在网络号字段的最前面的1 ～3 位的类别位，相应的数值分别为0、10、110。

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图6.2　分类的IP 地址

在IP 地址的分配中，有一些特殊的IP 地址留作特殊用途，不做分配。

a.网络地址。主机号全“0”表示网络地址（不能做源、目标地址）。

B.广播地址。主机号全“1”表示广播地址（不能做源地址）。

C.子网掩码。网络号部分全为“1”，主机号部分全为“0”。

D.保留地址。为了满足内网的使用需求，保留了一部分不在公网使用的IP 地址。保留的私有地址见表6.1。

表6.1　私有IP 地址

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注意：在实验室进行网络实验时，经常会使用私有IP 地址，因为网络实验的重点是理解概念和掌握技术，使用什么地址没有关系。在实际工作中，租用到公用IP 地址后，也会使用公用IP 地址配置网络。

⑤环回地址。为了方便测试，将A 类地址中的127.0.0.0 网络用于测试和本地进程间通信，该网络内的所有地址不能分配给主机使用。目的地址网络号为“127”的报文不会发送到网络上。

在IP 地址的指派过程中，根据分类IP 地址的定义可以得出，A 类地址的网络号有7 位可供使用，可供指派的网络号是126（即27 -2）个。减2 的原因为：网络号字段全“0”的IP地址为保留地址，意思是“本网络”；网络号为“127”的地址（即01111111）保留作为本地软件环回测试本主机进程之间的通信之用。例如，若主机发送一个目的地址为环回地址（如127.0.0.1）的IP 数据报，则本主机的协议软件就处理数据报中的数据，而不会将数据报发送到任何网络。

A 类地址的主机号占3 个字节，每个A 类网络中的最大主机数为224 -2（即16777214）。这里减2 的原因为：全“0”的主机号字段表示该IP 地址是“本主机”所连接到的单个网络地址，而全“1”的主机号字段表示该网络上的所有主机。B 类、C 类IP 地址的指派方式以此类推，可得出IP 地址的指派范围，见表6.2。

表6.2　分类IP 地址指派方式

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在进行IP 地址的规划和指派时，IP 地址分配原则如下：

1）每个网络接口（连接）应该分配一个IP 地址

一台主机通过网络接口连接到网络，连接到网络的接口都需要分配IP 地址。一般情况下，计算机只通过一个接口与网络连接，分配一个IP 地址，即通常所说的给主机分配IP 地址。但有的主机同时连接到两个网络上，这时，该主机就必须同时具有两个相应的IP 地址，而这两个IP 地址的网络号必须不同。路由器作为网络中的连接设备，每个连接网络的接口都需要分配一个合法的IP 地址。

2）合法的IP 地址使用

若网络不需要互联，网络内的接口便可以任意使用IP 地址，但如果网络需要连接在互联网上，而不是很多的信息“孤岛”，在使用IP 地址时就不能随意分配，而应该从上级管理部门处申请获得。在IPv4 网络中，如果采用了私有IP 地址，还需要进行网络地址转换NAT（后续章节叙述）。

3）同一网络的IP 地址网络号须相同而主机号须互斥

在IP 地址的使用中，同一网络内的所有IP 地址网络号必须相同，表示它们在同一个网络内。不同网络内的网络号是不同的，表示它们处于不同的网络下。在同一个网络内，各个接口IP 地址是唯一的，必须各不相同，表示它们可以相互区别。如果一个网络内的IP 地址使用了其他网络的网络号，不但会造成IP 地址冲突，还会造成网络错误。

【例6.1】已知三个局域网LAN1、LAN2、LAN3 分别用三个路由器R1、R2、R3 互联，形成如图6.3所示的拓扑结构。各主机在局域网中的IP 地址如图6.3 中所标注。请根据分类IP 地址的指派原则，为路由器R1、R2、R3 对应的端口指定正确的IP 地址，使各局域网间能够通信。

【解析】与局域网相连的对应路由器的端口称为局域网的网关，IP 地址应该与其所连接的局域网在同一个网段通信，因此，R1 的E0 端口对应的IP 地址应该为222.1.1.0 网段中的一个，R2、R3 对应的E0 口类似；路由器互联的端口（如R1 的S0 口与R2 的S0 口）应该在同一个网段。根据以上分析，各路由器端口一种可能的IP 地址指派方式见表6.3。

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图6.3　IPv4 地址分配

表6.3　路由器接口IP 地址分配

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