第3章 IP地址规划技术

选择题8-11，综合题第一题、应用题子网划分（20分）

考点1：IP地址分类及子网划分

1.标准分类的IP地址

常用的A类、B类、C类采用包括“网络号-主机号”的两级的层次结构。
```
IP地址::={<网络号>，<主机号>}
```
IPv4的地址长度是32bit，用点分十进制表示，如x.x.x.x的格式。其中每个x为8bit，取值范围（00000000-1111111），对应的十进制取值范围是（0-255）。

每个网络中“全0”和“全1”的主机号的地址有特殊用途，所以是需要去除的

地址类型	主机地址范围	可分配的网络数	每个网络内可分配的最大主机数
A类	1.0.0.0~127.255.255.255	2^7=128	2^24-2=16777214
B类	128.0.0.0~191.255.255.255	2^14=16384	2^16-2=65534
C类	192.0.0.0~223.255.255.255	2^21=2097152	2^8-2=254

2.特殊的地址形式

特殊的IP地址包括：受限广播地址、直接广播地址、“这个网络上的特定主机”地址与回送地址。
（1）受限广播地址。
受限广播地址又称有限广播地址，该地址形式唯一，即：32位全为1的IP地址（255.255.255.255）。
此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（本网内成员向全网广播）。

（2）直接广播地址。
直接广播地址的形式是一个有效的网络号和一个全为1的主机号，用来使路由器将一个来自其他网络的分组以广播方式发送给特定网络上的所有主机。
在IP地址计算中：直接广播地址是IP地址网络号不变，主机号是全为1的地址。

（3）“这个网络上的特定主机”地址一主机号。
“这个网络上的特定主机”地址用于同一网络内部某个主机或某个路由器向另一个主机发送分组。
“这个网络上的特定主机”地址的形式为一个全0的网络号和一个确定的主机号。
在IP地址计算中：主机号是IP地址网络号全为0，主机号不变的地址。

（4）回送地址。
A类IP地址中的127.0.0.0是一个保留地址，它即回送地址。用于网络软件测试和本地进程间通信使用。

3.子网掩码

（1）地址结构

标准的A类、B类与C类IP地址都是网络号与主机号两级层次结构。

IP地址::={<网络号>,<主机号>}

子网采用网络号-子网号-主机号的三层IP地址结构

IP地址::={<网络号>,<子网号>,<主机号>}

从主机号借用若干位作为子网号subnet-id,而主机号host-id也就相应减少了若干个位。

（2）概念

子网掩码主要是用来区分IP地址中的网络号（网络号+子网号）和主机号的。
子网掩码的结构与形式跟IP地址一样，也由32位的二进制数组成，用点分十进制法表示
子网掩码与IP地址的对应关系是，IP地址中网络号所在的位对应的子网掩码中的相应位为1，IP地址中主机号所在的位对应的子网掩码中的相应位为0。
注意：IP地址中网络号和主机号是由子网掩码来确定的，子网掩码二进制表示中全为1则对应P地址位段的是网络号，全为0则对应IP地址位段的是主机号；

A类地址	网络地址默认子网掩码 255.0.0.0
B类地址	网络地址默认子网掩码 255.255.0.0
C类地址	网络地址默认子网掩码 255.255.255.0

IP地址（194.192.2.129）

子网掩码（255.255.255.224）

网络号为194.192.2.128；

网络地址 = （IP地址） AND （子网掩码）

子网内第一个可用的IP地址：
子网内第一个可用的P地址是子网号（网络地址）后的第一个地址，例如网络地址为194.55.128.0，则子网内第一个可用的IP地址为194.55.128.1；

子网内最后一个可用的IP地址：
子网内最后一个可用的IP地址是直接广播地址前一个地址，例如直接广播地址为194.55.191.255，则子网内最后一个可用的IP地址为194.55.191.254。

4.子网划分

（1）判断客户需求的网络数与主机数。
（2）配置满足需求的基本网络地址结构。
（3）配置地址掩码。
（4）配置网络地址。
（5）配置网络广播地址。
（6）配置网络的主机地址。

（1）规划子网地址的基本步骤

确定要划分的子网数。
求出子网数目对应二进制数的位数N以及主机数目对应二进制数的位数M。
在该IP地址的原子网掩码基础上，将其主机地址部分的前N位置取1和后M位置取0，即得出该IP地址划分子网后的子网掩码。

（2）规划子网地址的基本思想

熟记2的幂：1，2，4，8，16，32，64，128，256。
通过划分子网可以将一个网络划分成若干个小网络以满足内部不同部门的需要，而从外部来看仍然像一个网络一样。划分子网既优化了网络性能又提高了网络管理的效率。

（3）划分子网的基本方法

你选择的子网掩码将会产生多少个子网？2的N次方-2（N代表网络位借用主机的位数）。
每个子网能有多少主机？2的M次方-2（M代表主机位）。
每个子网的网络地址：主机位全为0。
每个子网的广播地址：主机位全为1

考点2：无类域间路由技术

无类域间路由的设计思想是：不按标准的地址分类规则分配剩余的IP地址，而是以可变大小的块方法进行分配。

消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，可以更加有效地分配IPv4地址空间。
使用各种长度的“网络前缀”来代替分类地址中的网络号和子网号。
```
IP地址::={<网络前缀>，<主机号>}
```
使用“斜线记法“，又称CIDR记法，即在IP地址后面加上一个斜线“/"，然后写上网络前缀所占的位数（对应于三级编址中子网掩码中1的个数）。

10000000 00001110 00100000 00000000
........
........
10000000 00001110 00101111 11111111

CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个CIDR地址块。
128.14.32.0/20共有2^12个地址。
起始地址是128.14.32.0。
最小地址是128.14.32.0
最大地址是128.14.47.255
全0和全1的主机号地址一般不使用。

考点3：NAT工作原理

1.NAT的基本概念

NAT(网络地址转换）技术是解决IP地址短缺问题，可以实现将内部网络专用的IP地址可以转换为用于访问外网的全局IP地址；

地址类别	地址范围
A类地址1个地址块	10.0.0.0~10.255.255.255
B类地址16个地址块	172.16.x.x~172.31.x.x
C类地址256个地址块	192.168.0.x~192.168.255.x

3.NAT的工作原理

如果内部网络地址为10.0.1.2的主机希望访问Inteme上地址为153.3.11.1的Web服务器，则产生一个分组①，源地址S=10.0.1.2，端口号为2322；目的地址D=153.3.11.1，端口号为80。当分组①到达执行网络地址转换功能的路由器时，分组①的源地址经NAT转换表从内部专用地址转换成可以在外部Internet上路由的全局P地址，这时转换结果构成分组②，记为"S=213.0.11.1,2002,D=153.3.11.1,80"

考点4：IPv6地址的特点

1.IPv6地址表示方式

用二进制格式表示128位的一个IPv6地址。
将这个128位的地址按每16位为一个位段，划分为8个位段。
将每个位段转换成十六进制数，并用**冒号（：）**隔开。
68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFF
若某个IPv6地址中出现多个连续的二进制数0，可以通过压缩某个位段中的前导0来简化IPv6地址的表示。例如，“002F”可以简写为“2F”。
如果某个IPv6地址中包含了一长串0，在以冒号十六进制表示法表示时，可以将连续的位段值都为0的地方简写为“::"，称为双冒号表示法。
FF05:0:0:0:0:0:0:B3可以写成：FF05:B3

2.IPv6地址表示注意事项

使用零压缩法时，只能压缩前导0，不能把位段内的有效0压缩掉。
例如，不能将AC04:A0:0:0:0:0:0:5简写为AC4:A::5。
双冒号“：：”在一个地址中只能出现一次。
例如，地址0:0:0:5BC:79:0:0:0，一种简化的表示法是::5BC:79:0:0:0，另一种表示法是0:0:0:5BC:79::，但不可写作::5BC:79::
确定“::“之间到底被压缩了多少位0，可以用8减掉地址中剩余的位段数，再将结果乘以16即可。
例如，在地址ABC6:2F::9:7中有4个位段（ABC6、2F、9和7），可以根据公式计算：（8-4）×16=64，那么双冒号之间就表示有64位的二进制数字0被压缩。
IPv6前缀问题。
IPv6不支持子网掩码，只支持前缀长度表示法。前缀是IPv6地址的一部分，用作IPv6路由或子网标识。前缀的表示方法与IPv4中的CIDR表示方法基本类似。IPv6前缀可以用“地址/前缀长度”来表示。例如，FABC::27:0:8/48、3CFA:2B:0:91:43::/64。