第3章--IP地址规划方案设计技术

第3章IP地址及其规划本章要点:3.1IP地址的概念3.2IP地址划分技术研究与发展3.3IP地址规划3.1IP地址的概念3.1.2IP地址的标准分类（1）A类地址一个A类IP地址仅使用第一个8位位段表示网络地址。剩下的3个8位位组表示主机地址。（2）B类地址一个B类IP地址使用两个8位位段表示网络号，另外两个8位位段表示主机号。（3）C类地址而C类地址使用三个8位位段表示网络地址，仅用一个8位位段表示主机号。每一个不曾努力的日子，都是对生命的辜负。所有的果实都曾是鲜花，但不是所有的鲜花都能成为果实。人都在拼搏，但不是努力了就能成功。因此人生重要的是过程，而不是结果。古人说：冰冻三尺非一日之寒。这个世界并没有什么奇迹，许多看似匪夷所思的事情，若追根溯源，我们会发现，在奇迹问世之前，背后都已经有了很深很深的根基，为此所付出的代价，早已超出了常人的想象。就像非洲草原上的尖毛草，默默地扎根，才最终在成为“草地之王”。儿子曾经跟我分享过一位记者与科比的对话：当有记者问科比为什么能那么成功时，科比反问道：“你知道洛杉矶早晨四点的样子吗？”记者摇头。“我知道每天洛杉矶早晨四点的样子。”科比说，他的成功完全出于他的勤奋，当大多数人都还在睡梦中时，他已出现在湖人队训练房了。进入高一后的第一个运动会，儿子为了班级集体荣誉，主动报名参加铅球标枪项目。可，标枪，儿子从未接触过，临近比赛的那段时间，当同学们还在睡梦中时，他则早早起床去练习，虚心请教同学，请教老师，寻找方法窍门，多找机会练习。科比的故事一直鼓励着他，他知道要想取得好成绩，勤奋苦练才是唯一的捷径。终于，当我听到他夺得年级段第一名的图3-1IP地址的标准分类（4）特殊地址直接广播地址直接广播地址与广播地址相同，是一个Internet协议地址，指定了在某特定网络中的“所有主机”。受限广播地址受限的广播地址是255.255.255.255。在任何情况下，路由器都不转发目的地址为受限的广播地址的数据报，这样的数据报仅出现在本地网络中。“这个网络上的特定主机”地址具有全0网络号的IP地址代表了这个网络上的特定主机当某个主机想同一网络上的其他主机发送报文的时候就会用到它。它的格式为：网络号为0，主号为确定的数值。回送地址127.x.x.x是本机回送地址，即主机IP堆栈内部的IP地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，无论什么程序使用回送地址发送数据，协议软件立即返回之，从进行任何网络传输。IP地址的划分共分为四个阶段。（1）第一阶段1981年，IPv4协议制定初期，IP地址设计的目的是希望每个IP地址都能唯一地、确定地识别一个网络与一台主机。这时的IP地址是由网络号与主机号组成，长32位，用点分十进制方法表示，即现在的标准分类的IP地址。（2）第二阶段在1991年起，在原来的标准分类的IP地址上，加入了子网号的三级址结构。将一个网络划分为子网，采用借位的方式，从主机位最高位开始借位变为新的子网位，所剩余的部分则仍为主机位。这使得IP地址的结构分为：网络号、子网号和主机号。（3）第三阶段1993年提出其出了CIDR（ClasslessInterDomainRouting，无类域间路由）技术。CIDR有效地提供了一种更为灵活的在路由器中指定网络地址的方法。使用CIDR时，每个IP地址都有网络前缀，它标识了网络的总数或单独一个网络。（4）第四阶段1996年提出了NAT（NetworkAddressTranslation，网络地址转换）技术，允许一个整体机构以一个公用IP地址形式出现在Internet上。即是一种把内部私有IP地址翻译成合法网络IP地址的技术。图3-2划分IP地址技术的发展阶段示意图3.2.1划分子网的三级地址结构1．子网的概念在一个IP网络中划分子网使我们能将一个逻辑上单一的大型网络分成若干个较小的网络，即允许将网络划分成许多个部分供内部使用，但是对于外部网络仍像一个网络一样。2．子网的划分它将IPv4地址分为三部分：网络部分、子网部分和主机部分。3．子网掩码的概念它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网以及哪些位标识的是主机的位掩码。图3-3A类、B类和C类地址掩码图3-4B类地址分为128个子网3.2.2CIDR无间域内路由技术2．CIDR的概念CIDR是一个在Internet上创建附加地址的方法，这些地址提供给服务提供商ISP，再由ISP分配给客户。3．CIDR的工作原理CIDR地址包括标准的32位IP地址和用正斜线“/”标记的前缀。4．CIDR的技术特点（1）它区别于一般的标准分类IP地址概念的“网络前缀”，代替的原来的“网络号+主机号”的结构，形成了无分类的结构，即表示为“网络前缀+主机号”的二级地址结构，也不再使用“子网”的概念。（2）网络前缀相同的连续的IP地址形成了一个“CIDR地址块”。它是由块起始地址与块地址数来表示的。5．CIDR的优点CIDR的优点是解决了困扰传统IP寻址方法的两个问题。※重点提示：CIDR的研究思路主要是将剩余的IP地址以可变大小的分块方法进行分配，而不按标准的地址分类规则分配。ISP、大学、政府机关及企业在确定IP地址结构时，即可根据对IP地址管理和路由的需要来灵活决定。表3-1为CIDR及其对应的掩码3.2.3NAT网络地址转换技术图3-5NAT在ISP服务中应用的网络结构图2．NAT的工作原理（1）内部地址翻译将内部IP一对一的翻译成外部地址。（2）内部全局地址复用使用地址和端口将多个内部地址映射到比较少的外部地址。（3）TCP负载重分配NAT路由器接受外部主机的请求并依据NAT表建立与内部主机的连接，把内部目的地址翻译成内部局部地址并转发数据包到内部主机，内部主机接受包并作出响应。NAT路由器再使用内部局部地址和端口查询数据表做出响应。如果此时，同一主机再做第二个连接，NAT路由器建立与另一虚拟主机的连接，并转发数据。（4）处理重叠网络主机A要求向主机C建立连接，DNS服务器做地址查询。NAT路由器截获DNS的响应，如果地址有重叠，将翻译返回的地址。它将创建一个简单入口把重叠的外部全局地址翻译成外部局部地址。路由器转发DNS响应到主机A，它已经把主机C的外部全局地址翻译成外部局部地址。当路由器接受到主机C的数据包时，它将建立内部局部、全局，外部全局、局部地址间的转换，主机A将由内部局部地址翻译成内部全局地址，主机C将由外部全局地址翻译成外部局部地址。主机C接受数据包并继续通讯。图3-6为NAT工作原理示意图3．NAT的技术类型（1）静态NAT（2）动态地址NAT（3）网络地址端口转换NAPT4．NAT技术的局限性（1）违反了IP地址的设计原则（2）使IP协议从面向无连接变成面向连接（3）与其他协议工作时经常需要修改（4）破坏了各层独立的原则※重点提示：NAT的主要思路即为每一个网络系统分配一个或少量的IP地址用于传输流量到Internet，在这个网络系统内部的每一台主机分配一个能够在Internet上使用的保留的专用IP地址。3.3IP地址规划表3-232个子网的网络号表3-3子网的广播地址3.3.2子网地址的规划1．子网地址规划的步骤（1）获得所需的网络号个数从网络设计的需求分析中，每个子网必须分配一个网络号，而每个广域网的连接也需要分配一个网络号。（2）获得所需的主机号个数从网络设计的需求分析中，每个主机分配一个主机号；同时路由器的每一个连接也需要分配一个主机号。（3）网络地址整体规划计算出整个网络的子网掩码为不同的物理段设置不同的子网号表3-4主机的IP地址2．子网地址规划的详细方法（1）计算子网号的长度（2）确定子网的地址表3-5子网的主机地址3.3.3VLSM地址的规划图3-7使用VLSM技术的子网划分结构3.3.4CIDR地址规划表3-6划分CIDR地址块图3-8CIDR地址块划分后的网络结构图3.3.5内部网络专用IP地址规划2．总体设计（1）采用“总部—分部—零售店”的3级地址结构。（2）采用A类地址的CIDR地址块，可分配的地址总长度为24位。（3）采用定长子网掩码255.255.255.0。（4）从需求分析已知，该公司网络系统中的子网数多于其主机数，所以32位标准地址结构为：8位网络号、16位子网号与8位主机号。图3-9该公司的网络结构图3．地址规划（1）公司总部的LAN地址公司总部有10个LAN，D=0时表示公司的主干网，此时S=1~10，H=1~254。如表3-7所示。表3-7公司总部的LAN地址（2）公司总部到销售与配送部门的连接地址表3-8总部与分部连接的地址信息（3）销售与配送部门的LAN地址各个地区的销售与配送部门的D不同，其中三个LAN（两个分别用于销售管理和配送管理，还有一个连接公司总部及零售店）。其分部的可分配地址空间如表3-9所示。表3-9分部的地址信息（4）销售与配送部门到相应零售店的连接地址销售与配送部门分别到相应零售店的连接地址为10.100+D.S.1与10.100+D.S.2。如表3-10所示。（5）零售店地址表3-11零售店地址信息（6）案例总结该公司地址结构规划为：总部的LAN：10.0.1.0~10.0.10.0。总部到分部的连接：10.100+10.D.0与、10.200+10.D.0，其中D=1~30。分部的LAN：10.D.255.0、10.D.254.0、10.D.253.0。地址空间为10.D.255.1~10.D.255.254、10.D.254.1~10.D.254.254、10.D.253.1~10.D.253.254。其中D=1~30分部到零售店的连接：10.100+D.S.1与10.100+D.S.2，D=1~30，S=1~240。零售店的LAN：10.D.S.0，其可分配的地址空间为10.D.S.1~10.D.S.254，其中D=1~30，S=1~240。3.3.6IPv6地址规划1．什么是IPv6地址IPv6采用128位的地址长度，可以有个地址几乎可以不受限制地提供地址。IPv6的地址分为：单播地址、组播地址、多播地址与特殊地址等基本的四类地址，同时它还加入了对自动配置的支持。2．IPv6地址表示方法（1）IPv6的128位地址用16位边界划分，每个16位段转换成4位十六进制数字，用冒号“：”分隔。结果表示被称为冒号十六进制。1282112821（2）压缩零某些地址类型中包含一系列的零。要进一步简化IPv6地址的表示，冒号十六进制格式中被设置为0的连续16位块可以被压缩为“::”例如，链接本地地址FE80:0:0:0:2AA:FF:FE9A:4CA2可以压缩为FE80::2AA:FF:FE9A:4CA2。多播地址FF02:0:0:0:0:0:0:2可以压缩为FF02::2。零压缩只能用于压缩冒号十六进制符号中一个连续的16位段。不能使用零压缩来包括某个16位信息块的一部分。（3）IPv6前缀是地址的一部分，指出有固定值的地址位，或者属于网络标识符的地址位。3．IPv6的优势（1）丰富的地址资源（2）移动IP（3）服务质量（4）较高的安全性4．IPv6的发展前景现在并没有找到从IPv4到IPv6的平稳过渡策略。IPv6在中国的发展也是不容易的，运营商比较看重眼前的利益，一般会采用技术成熟的产品来组网，所以IPv6的商业发展前景并不明朗。但是从长远的利益和IPv6的优势来看，以发展的眼光来看IPv6是势在必行的。