IP地址及子网划分和计算Word下载.docx
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网络地址+主机地址=192.168.100.1
192.168.100.255
这些地址是如何计算出来的呢?
为什么计算这些地址呢?
要想知道如何,先要明白一个道理,学习网络的目的就是如何让网络中的计算机相互通讯,也就是说要围绕着"
通"
这个字来学习和理解网络中的概念,而不是只为背几个名词。
注:
192.168.100.1是私有地址,不能直接在Internet网络中应用,上Internet要转为公有地址,详细说明见后文。
一、为什么要计算网络地址
一句话就是让网络中的计算机能够相互通讯。
先看看最简单的网络,图3中是用网线(交叉线)直接将两台计算机连起来。
下面是几种IP地址设置,看看在不同设置下网络是通还是不通。
1、对1#机和2#机的IP地址做如下设置
1号机的IP地址为192.168.0.1子网掩码为255.255.255.0;
2号机的IP地址为192.168.0.200子网掩码为255.255.255.0,
这样它们就能正常通讯。
2、如果1号机地址不变,
将2号机的IP地址改为192.168.1.200子网掩码还是为255.255.255.0,
那这两台就无法通讯。
3、设置
1号机的IP地址为192.168.0.1子网掩码为255.255.255.192,
2号机的IP地址为192.168.0.200子网掩码为255.255.255.192,
注意和第1种情况的区别在于子网掩码,1为255.255.255.0本例是255.255.255.192,这两台计算机就不能正常通讯。
图3
第1种情况能通是因为这两台计算机处在同一网络192.168.0.0,所以能通,而2、3种情况下两台计算机处在不同的网络,所以不通。
这里先给个结论:
用网线直接连接或通过HUB或普通交换机间连接的计算机之间要能够相互通,计算机必须要在同一网络,也就是说它们的网络地址必须相同,而且主机地址必须不一样。
如果不在一个网络就无法通。
这就像我们上面举的例子,同是北大街的住户由于街道名称都是北大街,且各自的门牌号不同,所以能够相互找到对方。
计算网络地址就是判断网络中的计算机是否在同一网络,在就能通,不在就不能通。
注意,这里说的是否在同一网络指的是IP地址而不是物理连接。
那么如何计算呢?
二、如何计算网络地址
我们日常生活中的地址如:
北大街1号,从字面上就能看出街道地址是北大街,而我们从IP地址中却难以看出网络地址,要计算网络地址,必须借助我们上边提到过的子网掩码。
计算过程是这样的,将IP地址和子网掩码都换算成二进制,然后进行与运算,结果就是网络地址。
与运算如下所示,上下对齐,1位1位的算,1与1=1,其余组合都为0
图4
例如:
计算IP地址为:
202.99.160.50子网掩码是255.255.255.0的网络地址步骤如下:
1)将IP地址和子网掩码分别换算成二进制
202.99.160.50换算成二进制为11001010·
01100011·
10100000·
00110010
255.255.255.0换算成二进制为11111111·
11111111·
00000000
2)将二者进行与运算
图5
3)将运算结果换算成十进制,这就是网络地址。
11001010·
00000000换算成十进制就是202.99.160.0
现在我们就可以解答上面三种情况的通与不通的问题了。
1、从下面运算结果可看出两计算机的网络地址都为192.168.0.0且IP地址不同,所以可以通。
图6
2、从下面运算结果可以看出1号机的网络地址为192.168.0.0;
2号机的网络地址为192.168.1.0不在一个网络,所以不通。
图7
3、从下面运算结果可以看出1号机的网络地址为192.168.0.0,2号机的网络地址为192.168.0.192不在一个网络,所以不通
图8
看到这里大家应该明白为何要计算网络地址和如何计算了,但也许还有很多疑问,如IP地址为什么写成这样,子网掩码到底是怎么回事等等,别急,下面慢慢介绍。
三、IP地址的介绍
1、IP地址的表示方法
IP地址
=
网络号
+
主机号
192.168.100.1
192.168.100.0
0.0.0.1
192.168.100.3
0.0.0.3
192.168.1.100
192.168.1.0
0.0.0.100
如果把整个Internet网作为一个单一的网络,IP地址就是给每个连在Internet网的主机分配一个全世界范围内唯一的标示符,Internet管理委员会定义了A、B、C、D、E五类地址,在每类地址中,还规定了网络编号和主机编号。
在TCP/IP协议中,IP地址是以二进制数字形式出现的,共32bit,1bit就是二进制中的1位,但这种形式非常不适用于人阅读和记忆。
因此Internet管理委员会决定采用一种"
点分十进制表示法"
表示IP地址:
面向用户的文档中,由四段构成的32比特的IP地址被直观地表示为四个以圆点隔开的十进制整数,其中,每一个整数对应一个字节(8个比特为一个字节称为一段)。
A、B、C类最常用,下面加以介绍。
本文介绍的都是版本4的IP地址,称为IPv4.
从上图可以看出:
A类地址:
A类地址的网络标识由第一组8位二进制数表示,
A类地址的特点是网络标识的第一位二进制数取值必须为"
0"
。
比如:
1.x.y.z
=
00000001.x.y.z
10.x.y.z
00001010.x.y.z
27.x.y.z
00011011.x.y.z
102.x.y.z
01100110.x.y.z
127.x.y.z
01111111.x.y.z
注意,127除了第一位为0,其他每位均为1。
下一个更高的二进制值将在最左位上设置1,然而,其结果不是A类地址。
所以,127.x.y.z是最高的A类地址。
A类地址使用第一个八位二进制比特位表示惟一性网络地址,而用其余3个八位二进制位表示该网络上的主机地址。
由于第一个比特位为0,所以,在第一个八位二进制位中余下的7位用于将本网络与其他网络区分开来。
而另24位由每个主机使用,作为该网上标识自己的编号。
要注意重要的规则是网络地址不可以全部为0。
这就是说,只有127个A类地址可用。
使人马上想到有127个网络,下面的等式提供:
27-1=127
上式中的2是每比特位可能的值(1或0),7是所用的位数量,1是7位均为0的地址(注意:
网络地址不能全为0)。
对于127个网络中的每个网络,每个地址使用另24位组成自己的主机惟一性。
24位的所有可能组合产生了惟一性主机IP地址的数量,可用于127个网络中的每个网络,127个A类网络的每个都有224—2=16,777,214个可能的惟一性IP地址。
地址的主机部分也不能全为0,且不能全为1。
这样,每个A类网的主机数量从下面公式得出:
224-2=16,777,214
减去2是因为全为1和全为0的地址是无效的。
在127个可以使用的A类网络中,有一个地址预留出来为测试使用:
网络地址127.x.y.z被预留为回送地址。
比如,网络管理员正测试TCP/IP安装时,测试127.0.0.1指的是被测试的主机。
这样实际能使用的A类网络号只有126个。
B类地址:
B类地址的第一个八位二进制位的十进制数是在128到191。
128.x.y.z
以二进制数来看,B类地址的最左两位总是10。
如:
10000000.x.y.z
151.x.y.z
10010111.x.y.z
165.x.y.z
10100101.x.y.z
191.x.y.z
10111111.x.y.z
注意,191的八位二进制位的每位都是1,只有左数第2位是0。
下一个比它大的二进制值将在左数第2位上设1,其结果就不是B类地址了。
这样,191.x.y.z是最高的B类地址。
B类地址使用最前面的两个八位二进制位表示惟一性网络地址,并用另两个八位二进制位组成该网络上的惟一性主机地址。
因为头两位为10,所以,就用第一个字节的其余6位和第2字节的所有8位标识出本网络。
主机使用16位在网络上标识自己。
下式提供了B类网的数量:
214=16,384
即可以使用16,384个B类网。
在这16,384个网络中的每个网上,每个地址使用另16位标识自己。
16位的所有可能的组合生成惟一性主机IP地址的数量。
16,384个网络的每个均可有此数量的主机IP地址。
16,384个B类网络的每个网上可能有65,534个唯一性IP地址:
216-2=65,534
C类地址:
C类地址的第一个字节的十进制数在192和223之间。
192.x.y.z
用二进制来看,
C类地址的最左三位为110。
11000000.x.y.z
200.x.y.z
11001000.x.y.z
210.x.y.z
11010010.x.y.z
223.x.y.z
11011111.x.y.z
注意,223除了左数第3位为0,其他位均为l。
下一个比它高的二进制数将在左数第3位上设1,结果地址将不属于C类。
所以,223.x.y.z是最高C类地址。
C类地址使用前三个字节表示惟一性网络地址,并用其余的一个字节表示该网上的惟一性主机地址。
因为第一个字节的前三位是110,C类地址的网络部分包括第一个字节剩下的5位、第二个字节的所有8位以及第3个字节的所有8位,总共21位。
主机使用剩下的8位在该网络上标识自己。
C类网数量可以有:
221=2,0971,152
也就是说,可以使用的C类网共有2,097,152个。
在2,097,152个网的每个网上,每个地址使用其他8位标识自己。
8个位的所有可能组合生成惟一性IP地址数量,这个数量可用于2,097,152个网络的每个网上。
2,097,152个C类网的每个网络有255个可能的惟一性IP地址:
28-2=254
有些人对范围是2x不太理解,举个简单的例子加以说明。
如C类网,每个网络允许有28-2=254台主机是这样来的。
因为C类网的主机位是8位,变化如下:
00000001
00000010
00000011
……
11111110
11111111
除去00000000和11111111不用外,从00000001到11111110共有254个变化,也就是28-2个。
下图是IP地址的使用范围。
2、几个特殊的IP地址
1)私有地址
上面提到IP地址在全世界范围内唯一,看到这句话你可能有这样的疑问,像192.168.0.1这样的地址在许多地方都能看到,并不唯一,这是为何?
Internet管理委员会规定如下地址段为私有地址,私有地址可以自己组网时用,但不能在Internet网上用,Internet网没有这些地址的路由,有这些地址的计算机要上网必须转换成为合法的IP地址,也称为公网地址,这就像有许多的世界公园,每个公园内都可命名相同的大街,如香榭丽舍大街,但对外我们只能看到公园的地址和真正的香榭丽舍大街。
下面是A、B、C类网络中的私有地址段。
你自己组网时就可以用这些地址了。
10.0.0.0~10.255.255.255
172.16.0.0~172.31.255.255
192.168.0.0~192.168.255.255
2)回送地址
A类网络地址127是一个保留地址,用于网络软件测试以及本地机进程间通信,叫做回送地址(loopbackaddress)。
无论什么程序,一旦使用回送地址发送数据,协议软件立即返回之,不进行任何网络传输。
含网络号127的分组不能出现在任何网络上。
[小技巧]
Ping127.0.0.1,如果反馈信息失败,说明IP协议栈有错,必须重新安装TCP/IP协议。
如果成功,ping本机IP地址,如果反馈信息失败,说明你的网卡不能和IP协议栈进行通信。
如果网卡没接网线,用本机的一些服务如SqlServer、IIS等就可以用127.0.0.1这个地址。
3)广播地址
TCP/IP规定,主机号全为"
1"
的网络地址用于广播之用,叫做广播地址。
所谓广播,指同时向同一子网所有主机发送报文。
4)网络地址
TCP/IP协议规定,各位全为"
的网络号被解释成"
本"
网络。
由上可以看出:
一、含网络号127的分组不能出现在任何网络上;
二、主机和网关不能为该地址广播任何寻径信息。
由以上规定可以看出,主机号全"
全"
的地址在TCP/IP协议中有特殊含义,一般不能用作一台主机的有效地址。
3、子网掩码
从上面的例子可以看出,子网掩码的作用就是和IP地址与运算后得出网络地址,子网掩码也是32bit,并且是一串1后跟随一串0组成,其中1表示在IP地址中的网络号对应的位数,而0表示在IP地址中主机对应的位数。
1)标准子网掩码
A类网络(1-126)缺省子网掩码:
255·
0·
0
255·
0换算成二进制为11111111·
00000000·
可以清楚地看出前8位是网络地址,后24位是主机地址,也就是说,如果用的是标准子网掩码,看第一段地址即可看出是不是同一网络的。
如21.0.0.0.1和21.240.230.1,第一段为21属于A类,如果用的是默认的子网掩码,那这两个地址就是一个网段的。
B类网络(128-191)缺省子网掩码:
C类网络(192-223)缺省子网掩码:
B类、C类分析同上。
2)特殊的子网掩码
标准子网掩码出现的都是255和0的组合,在实际的应用中还有下面的子网掩码
128·
192·
。
240·
248
252
这些子网掩码又是什么意思呢?
这些子网掩码的出现是为了把一个网络划分成多个子网络。
还记得上面的例子吗?
168·
1和192·
200如果是默认掩码255.255.255.0两个地址就是一个网络的,如果掩码变为255.255.255.192这样各地址就不属于一个网络了。
下面将对子网划分作详细介绍。
当子网掩码为255·
0时,通过下式计算网络地址为192.168.0.0
000·
001
11000000·
10101000·
00000001
200
11001000
000
00000000
192时,通过下式计算网络地址为192.168.0.192
00000001
11001000
192
11000000
四、通过IP地址和子网掩码与运算计算相关地址
知道ip地址和子网掩码后可以算出:
1、网络地址
2、广播地址
3、地址范围
4、本网有几台主机
5、与运算规则:
1与1为1,1与0、0与1均为0
【例1】
[题目]下面例子IP地址为192.168.100.5子网掩码是255.255.255.0。
算出网络地址、广播地址、地址范围、主机数。
[分析]
一)分步骤计算
1)将IP地址和子网掩码换算为二进制,子网掩码连续全1的是网络地址,后面的是主机地址。
虚线前为网络地址,虚线后为主机地址
网络地址(网络ID)
主机ID
192.168.100.5
11000000.10101000.01100100.00000101
255.255.255.0
11111111.11111111.11111111.00000000
与运算
结果为
11000000.10101000.01100100.00000000
2)本例中所给地址所C类地址,则IP地址和子网掩码进行与运算所得结果是网络地址
3)将上面的网络地址中的网络地址部分不变,主机地址变为全1,结果就是广播地址。
4)地址范围就是包含在本网段内的所有主机
网络地址加1即为第一个主机地址,广播地址减1即为最后一个主机地址,由此可以看出
地址范围是:
网络地址+1至广播地址-1
本例的网络范围是:
100·
1至192·
254
也就是说下面的地址都是一个网段的。
1、192·
2。
192·
20。
111。
254
5)主机的数量
主机的数量=2二进制的主机位数-2
减2是因为主机地址不包括网络地址和广播地址。
本例二进制的主机位数是8位。
主机的数量=28–2=254
二)总体计算
我们把上边的例子合起来计算一下过程如下:
例2:
IP地址为128·
36·
199·
3子网掩码是255·
0。
1)将IP地址和子网掩码换算为二进制,子网掩码连续全1的是网络地址,后面的是主机地址,虚线前为网络地址,虚线后为主机地址
2)IP地址和子网掩码进行与运算,结果是网络地址
3)将运算结果中的网络地址不变,主机地址变为1,结果就是广播地址。
4)地址范围就是含在本网段内的所有主机
网络地址+1即为第一个主机地址,广播地址-1即为最后一个主机地址,由此可以看出
1至128·
207·
5)主机的数量
主机的数量=2二进制位数的主机-2
主机的数量=212–2=4094
减2是因为主机不包括网络地址和广播地址。
【小结】
1、从上面两个例子可以看出:
不管子网掩码是标准的还是特殊的,计算网络地址、广播地址、地址数时只要把地址换算成二进制,然后从子网掩码处分清楚连续1以前的是网络地址,后是主机地址进行相应计算即可。
2、地址范围就是含在本网段内的所有主机
网络地址+1即为第一个主机地址
广播地址-1即为最后一个主机地址
由此可以看出,地址范围是:
网络地址+1至广播地址-1
3、主机的数量=2二进制位数的主机-2
五、划分子网
上面的例子192.168.0.0子网掩码为255.255.255.0的这个网络中可容纳254台主机,如果想把一个网络分成两个以上的网络该如何分呢?
IP地址是由网络地址+主机地址组成的,增加网络部分的长度,减少主机地址的长度就能将一个网络划分成数个网络。
具体的解决办法就是增加子网掩码中连续1,这样相应的主机地址就减少了。
看个具体的例子就明白了。
00000000
子网掩码由255·
0变为255·
192后网络位和主机位变化如下:
11000000
可看出当子网掩码从网络位从255·
192时网络位由24位变成26位,IP地址前24位是规定的网络位数,是不能改变的,而从主机借来的25、26两位是可以改变的。
00000000
1010
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