IP地址规划技术
文章目录
- IP地址规划技术
- 一、IP 地址规划以及划分地址新技术
- 1.IP地址的标准分类（第一阶段）
- 2.划分子网的三级地址结构(第二阶段)
- 3.构成超网的无类域间路由技术(第三阶段)
- 4.网络地址转换技术(第四阶段)
- 二、IP 地址分类
- 1.A类、B类与C类IP地址
- 2.特殊地址形式
- 三、子网划分
- 1.子网的基本概念
- 2.子网的地址结构
- 3.子网掩码的概念
- 四、无类域间路由（CIDR）技术
- 五、专用IP地址与内部网络地址规划方法
- 1.专用IP地址与全局IP地址
- 2.NAT方法的局限性
- 六、规划 IP地址
- 1.规划IP地址的基本步骤
- 2.地址规划的基本方法
- 七、规划子网地址
- 1.子网地址规划的基本方法与具体步骤
- 2.子网地址规划实际案例
- 八、规划可变长度子网掩码地址
- 1.可变长度子网掩码地址规划的基本原则
- 2.可变长度子网掩码地址规划案例
- 九、规划CIDR地址
- 1.CIDR地址规划方法实例
- 2.对划分结构的分析
- 十、内部网络专用IP地址与网络地址转换
- 十一、规划IPv6地址
- 1.IPv6地址的主要特征
- 2.IPv6地址分类
- 3.IPv6地址表示方法
- 4.IPv6地址表示法需注意的问题
- 十二、规划可变长度子网掩码地址
- 1.可变长度子网掩码地址规划的基本原则
- 2.可变长度子网掩码地址规划案例
一、IP 地址规划以及划分地址新技术
1.IP地址的标准分类（第一阶段）
IP地址共32bit (位) ,以点分十进制的方法表示,分为A、B、C、D、E五大类。A类、B类与C类较为常用,其地址结构是包括“网络号+主机号”两级的层次结构(RFC1812)。
A类地址网络号长度为7bit,实际允许被分配的网络只有126个。
B类地址网络号长度为14bit,允许被分配的网络只能有16384个。
2.划分子网的三级地址结构(第二阶段)
按照IP地址的标准分类,若一个仅有4台主机的网络需连入Internet,就需要申请一个C类IP地址,则此C类IP地址的有效利用率只有4/255=1.57%。同理,若有一个有260台主机的网络,它就需要申请一个B类IP地址,则此B类IP地址的有效利用率只有260/65535-0.40%。由此可见IP地址的有效利用率非常低。这样设计A类与B类地址很不合理, IP地址必将很快枯竭。于是1991年出现了子网(subnet)和掩码(mask)的概念。
所谓子网即是将一个大的网络划分成几个较小的子网络，这样就形成了 “网络号—子网号-主机号” 的三级结构。
3.构成超网的无类域间路由技术(第三阶段)
无类域间路由技术需要在以下两个方面取得平衡：
一是提高IP地址利用率;
二是减少主干路由器负荷。
无类域间路由技术也被称作 超网(supernet)技术。 构成超网的目的是将现有的IP地址合并成较大的、具有更多主机地址的路由域。
4.网络地址转换技术(第四阶段)
NAT的基本思想是: 为每一个单位分配一个或少量的IP地址,用于传输Internet的流量,为公司内部的单台主机分配一个保留的专用的IP地址(RFC 1918),但该地址却不能在Internet上使用。专用IP地址用于内部网络的通信,如果需要访问外部Internet主机,必须由运行NAT的主机或路由器将内部的专用IP地址转换成全局IP地址。
二、IP 地址分类
IPv4的地址长度为32bit，每8位为一组，用点分十进制表示，即采用x.x.x.x 的格式来表示。例如, 199.213.131.26。
1.A类、B类与C类IP地址
A类、B类与C类IP地址，如下图
2.特殊地址形式
特殊的IP地址包括:受限广播(limited broadcasting)地址、直接广播(directed broadcasting)地址、主机地址与回送地址(loopback address)。
.
(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)。
(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1的主机号,网络号不变，主机号置1的地址。
(3)主机地址
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,网络号置0,主机号不变。
(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。
例题：
| IP地址 | 125.172.2.7 |
|---|---|
| 子网掩码 | 255.224.0.0 |
| 地址类别 | ( 1 ) |
| 网络地址 | ( 2 ) |
| 直接广播地址 | ( 3 ) |
| 主机号 | ( 4 ) |
（ 1 ）解析：A类地址的范围是1.0.0.0~127.255.255.255，题目中的IP地址处于这个范围，所以（1 ）处填：A
（ 2 ）解析：根据 网络地址的形式为一个确定的网络号和一个全为0的主机号,即 网络号不变,主机号置0。 将IP地址和子网掩码分别转换成二进制，分别按位对照：
| 二进制 | ||
|---|---|---|
| IP地址 | 125.172.2.7 | 0111101.10101100.00010100.00000111 |
| 子网掩码 | 255.224.0.0 | 11111111.11100000.00000000.00000000 |
| 网络地址 | （ 2 ） | 0111101.101 00000.00000000.00000000 |
将 二进制数 0111101.101 00000.00000000.00000000 转换成十进制数得网络地址：125.160.0.0
（ 3 ）解析：根据 直接广播地址的形式是一个有效的网络号和一个全1的主机号,网络号不变，主机号置1的地址。 将IP地址和子网掩码分别转换成二进制，分别按位对照：
| 二进制 | ||
|---|---|---|
| IP地址 | 125.172.2.7 | 0111101.10101100.00010100.00000111 |
| 子网掩码 | 255.224.0.0 | 11111111.11100000.00000000.00000000 |
| 直接广播地址 | （ 3 ） | 0111101.101 11111.11111111.11111111 |
将 二进制数 0111101.101 11111.11111111.11111111 转换成十进制数得到直接广播地址：125.191.255.255。
（ 4 ）解析：根据 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,网络号置0,主机号不变。 将IP地址和子网掩码分别转换成二进制，分别按位对照：
| 二进制 | ||
|---|---|---|
| IP地址 | 125.172.2.7 | 0111101.10101100.00010100.00000111 |
| 子网掩码 | 255.224.0.0 | 11111111.11100000.00000000.00000000 |
| 主机号 | （ 4 ） | 00000000.00001100.00010100.00000111 |
将 二进制数 00000000.00001100.00010100.00000111 转换成十进制数得主机号：0.12.20.7
三、子网划分
1.子网的基本概念
子网划分的基本思想是: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。
2.子网的地址结构
划分子网后的IP地址仍然是层次型结构。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。划分子网的技术要点如下。
- 一个子网也称作一个IP网络或一个网络。
- 子网的划分在单位内部进行,不需要向ICANN申请,也不需要改变外部的数据库。
- 子网之间的距离必须很近。
- 子网的概念可以应用于A类、B类或C类的IP地址中。
- 同一个子网中所有的主机拥有相同的子网号。
- 三级层次的IP地址:利用原来IP地址的主机号进行子网的划分,就形成了“网络号+子网号+主机号”的三层结构,如图所示。
3.子网掩码的概念
为了划分子网,人们提出了子网掩码(subnet mask)或简称掩码(mask)的概念。子网掩码有时也叫做子网屏蔽码。子网的划分，实际上就是设计子网掩码的过程。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。
小提示: 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。
例题
以IP地址为145.13.3.10，子网掩码为255.255.255.0为例：
从此例中可以看出，三级 IP 地址与子网掩码进行 " 与 " 运算后，得到该 IP 地址所在的网络的地址为 145.13.3.0
四、无类域间路由（CIDR）技术
无类域间路由技术有以下两个特点。
- 无类域间路由使用 “网络前缀(network-prefix)" ,形成新的无分类的二级地址结构，即：<网络前缀>，<主机号>。
- 无类域间路由将网络前缀相同的连续的IP地址组成一个 “CIDR地址块”。 块起始地址与块地址数就可以表示一个CIDR地址块。块起始地址是指地址块中数值最小的那个地址。
例题1：201.113.22.0/21
当201.113.22.0/21表示的是一个地址块时
它的起始地址是201.113.22.0
地址块中的地址数是211
最小地址是201.113.22.0
最大地址时201.113.23.255（网络位不变，主机位置1）
全 0 和 全1 的主机号地址一般不使用
此例中，网络前缀表示对应21位的网络号是确定的,所以可以由获得这个地址块的机构分配的主机地址数有 2（32-21）=211 个。
例题2：IP地址块59.67.159.125/11的子网掩码可写为？
解：根据斜线记法知该IP地址网络位是前11位，主机位是后21位。又由子网掩码的定义：网络位用1表示，主机位用0表示。
即11111111.11100000.00000000.00000000用点分十进制表示为255.224.0.0。
例3 : IP地址块202.113.79.128/27 , 202.113.79.160/27 ,202.113.79.192/27经过聚合后可用的地址数是多少?
地址聚合时,寻找最后一个相同位得到的IP地址就是聚合后的网络地址。得网络号202.223.79.10000000，即202.223.79.128/26
26-2=62
25-2=30
最大可用的地址数是62+30=92。
例题4：请根据下图所示网络结构回答问题，填写路由Rg中相关的路由表项。
本题考查的是路由汇聚的知识，计算方法和地址汇聚相同。
填写路由器RG中相关的路由表项：
| 目的网络(注:掩码长度选可用最大值) | 输出端口 |
|---|---|
| 【1】 | s0 （直接连接） |
| 【2】 | S1（直接连接） |
| 【3】 | S0 |
| 【4】 | S1 |
| 【5】 | S0 |
| 【6】 | S1 |
【1】解析：路由器RG的SO端口是由IP地址172.16.0.33,172.16.0.34组成的微型网络。求网络号的方法是将两个IP地址转换成二进制,然后找相同位。把不同位取0与相同的位一起组成的IP地址即为网络号。
172.16.0.33转换成二进制：172.16.0.00100001
172.16.0.34转换成二进制: 172.16.0.00100010
得网络号： 172.16.0.00100000
转换成十进制得： 172.16.0.32,相同位有30位。因此子网掩码是/30
故【1】处应填入：172.16.0.32/30
【2】解析：路由器RG的S1端口是由IP地址172.16.0.65 ,172.16.0.66组成的微型网络。求网络号的方法是将两个IP地址转换成二进制,然后找相同位。把不同位取0与相同的位一起组成的IP地址即为网络号。
172.16.0.65转换成二进制：172.16.0.01000001
172.16.0.66转换成二进制：172.16.0.01000010
得网络号：172.16.0.01000000
转换成十进制得： 172.16.0.64 ,相同位有30位。因此子网掩码是/30.
故【2】处应填入: 172.16.0.64/30.
【3】解析：第3行S0端口是由172.16.0.56 , 172.16.0.57和172.16.0.58三个IP地址组成的微型网络。
根据【1】处方法：
172.16.0.56转换成二进制：172.16.0.00111000
172.16.0.57转换成二进制： 172.16.0.00111001
172.16.0.58转换成二进制：172.16.0.00111010
得网络号：172.16.0.00111000
转换成十进制得: 172.16.0.32,相同位有30位。该网络已经有3个IP地址,可分配IP地址肯定需要2n2-2>=3,n最小取值为3,即子网掩码最少是29位才能满足分配要求,但是172.16.0.56已经分配RF的E0端口，所以子网掩码取28位才不会冲突。
故【3】处应填入：172.16.0.48/28
【4】解析：第4行的S1端口是由172.16.0.42 ,172.16.0.43,172.16.0.44三个IP地址组成的微型网络。根据【1】处方法：
172.16.0.42转换成二进制：172.16.0.00101010
172.16.0.43转换成二进制：172.16.0.00101011
172.16.0.44转换成二进制：172.16.0.00101100
得网络号：172.16.0.00101000
转换成十进制得：172.16.0.40，相同位有29位。因此网络前缀是/29。该IP没有被占用。
故【4】处应填入: 172.16.0.40/29
【5】 解析：第5行S0的网络应由IP地址172.16.0.56 , 172.16.0.57和172.16.0.58组成。根据【1】处方法：
172.16.32.0转换成二进制：172.16.00100000.00000000
172.16.33.0转换成二进制：172.16.00100001.00000000
172.16.34.0转换成二进制：172.16.00100010.00000000
172.16.35.0转换成二进制：172.16.00100011.00000000
得网络号：172.16.00100000.00000000
转换成十进制得: 172.16.32.0 ,相同位有22位。因此网络前缀是/22。
故【5】处应填入: 172.16.32.0/22。
【6】解析：第6行的S1端口是由172.16.16.0 , 172.16.17.0,172.16.18.0 ,172.16.19.0四个IP地址组成的微型网络。根据【1】处方法：
172.16.16.0转换成二进制: 172.16.00010000.00000000
172.16.17.0转换成二进制: 172.16.00010001.00000000
172.16.18.0转换成二进制： 172.16.00010010.00000000
172.16.19.0转换成二进制: 172.16.00010011.00000000
得网络号：172.16.00010000.00000000
转换成十进制得: 172.16.16.0 ,相同位有22位。因此网络前缀是/22。
故【6】处应填入: 172.16.16.0/22
利用子网划分网络地址的方法
例1 :如果将172.0.35.128/25划分3个子网,其中第一个子网能容纳55台主机,另外两个子网分别能容纳25台主机,要求网络地址从小到大依次分配给3个子网,这三个子网的掩码分别是?可用的IP地址段分别是?
解：(1)由于第1个子网需要容纳55台主机，所以2n-2>=25，求得n=6,故主机位为后6位，那么网络位为32-6=26位。
即第一个子网的子网掩码为：255.255.255.192或/26
网络地址：172.0.35.128（题目给出）
直接广播地址：172.0.35.191（网络地址网络位不变，主机位置为1）
可用IP地址: 172.0.35.129-172.0.35.190
（可用IP地址段范围：网络地址+1——直接广播地址-1）
解：（2）由于第2个子网需要容纳25台主机，所以2n-2>=25，求得n=5，故主机位为后5位，那么网络位为32-5=27位。
即第二个子网的子网掩码为：255.255.255.224或/27
网络地址：172.0.35.192（由第一个子网直接广播地址+1得到）
直接广播地址：172.0.35.223（网络地址网络位不变，主机位置为1）
可用IP地址： 172.0.35.193—172.0.35.222
（可用IP地址段范围：网络地址+1——直接广播地址-1）
解：(3)由于第3个子网需要容纳25台主机，所以2n-2>=25，求得n=5，故主机位为后5位，那么网络位为32-5=27位。
即第三个子网的子网掩码为255.255.255.224或/27
网络地址：172.0.35.224（由第二个子网直接广播地址+1得到）
直接广播地址：172.0.35.255（网络地址网络位不变，主机位置为1）
可用IP地址： 172.0.35.225—172.0.35.254
（可用IP地址段范围：网络地址+1——直接广播地址-1）
五、专用IP地址与内部网络地址规划方法
1.专用IP地址与全局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. 16.0. 0-172. 31. 255. 255 |
| C类地址256个地址块 | 192. 168.0.0-192. 168. 255. 255 |
A类、B类和C类被预留的专用IP地址
(1)使用IP地址的网络主要分为两种情况,一是网络直接连接到Internet;第二个为内部网络。
专用IP地址不能用于Internet,它只能用于一个学校或单位的内部网络,当一个分组使用专用IP地址时,网络内接入Internet的路由器不会将该分组转发到Internet上。
(2)与全局IP地址的使用需要申请不同，专用IP地址不需要申请就可使用。全局IP地址必须保证全网唯一,连接到Internet的网络需要按自身的结构与规模,申请公共IP地址。
与全局IP地址不同,专用IP地址事先被管理机构预留好,因此任何单位使用时都不必向Internet管理机构申请。
(3)与专用IP地址可以在Internet上不唯一而只需在某一个网络内部唯一不同,全局IP地址必须保证在Internet上唯一。
2.NAT方法的局限性
(1)NAT违反了网络分层结构模型的设计原则。传统的网络分层结构模型中,第N层不能够修改第N+1层的报头内容。NAT违反了各层独立的原则。
(2)NAT违反IP地址结构模型的设计原则。IP地址结构模型的基础是每个IP地址均标识了一个网络,连接Internet的软件设计就是建立在这个前提上的,而NAT使得很多主机可能在用同一地址(如192.168.0.25) 。
(3)NAT也影响了高层协议及其安全性。反对者认为NAT这种临时缓解IP地址短缺的方案并不能实质解决深层的问题,反而推迟了1Pv6的进展。
(4)NAT使得IP协议从面向无连接变成了面向连接。TCP/IP协议体系中,若某一路由器出现故障,不会影响整个网络传输,发送进程可以进入超时重传处理。而NAT必须维护专用IP地址与公用IP地址以及端口号的映射关系, Internet可能变得非常脆弱。
(5)FTP协议与IP电话协议H.323等协议中,有些应用是将IP地址插入到正文的内容中的, NAT与这类协议一起工作,则NAT协议本身就必须做一定的修正;如果传输层使用TCP与UDP协议之外的其他协议,则NAT协议必须及时做出反应与修改;另外,由于P2P的文件共享与语音共享均建立在IP协议基础上，NAT的出现使得P2P应用实现变得困难。
六、规划 IP地址
1.规划IP地址的基本步骤
规划网络地址一般按以下步骤进行。
（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。
2.地址规划的基本方法
(1)判断客户需求的网络数与主机数: 首先确定网络中最多可能使用的子网数量Nnet; 然后确定网络中最大网段已有的和可能扩展到的主机数量Nhost。
(2)配置满足需求的基本网络地址结构。
①选择subnet ID字段的长度值x，要求Nner<=2x。
②选择host ID字段的长度值Y，要求Nhost<=2Y。
③根据X+Y的值可以确定需要申请的IP地址的种类。
在子网划分中, X+Y的值就是subnet ID与host ID长度的和。
(3)配置地址掩码: 不划分子网的c类网络的地址掩码为255.255.255.0。划分子网之后的地址掩码是将标准32位IP地址中高于host ID (Y位以上)的高位置1即可。
(4)配置网络地址: 在描述子网划分的最初RFC文档中规定不使用第一个和最后一个网络地址。
(5)配置网络广播地址: 一个子网的定向广播地址是比下一个子网地址号小1的地址。
(6)配置网络的主机地址： 除了网络地址与广播地址之外的网络地址都是可以分配给主机使用的。
七、规划子网地址
1.子网地址规划的基本方法与具体步骤
（1）创建子网的步骤。
①确定所需要的net ID数。
- 每个子网需要一个net ID。
- 每个广域网连接需要一个net ID。
②确定所需要的host ID数。
- 每个主机需要一个host ID。
- 路由器的每个连接需要一个host ID.
③基于以上要求，需要创建的内容如下。
- 为整个网络设定一个子网掩码。
- 为每个物理网段设定一个不同的subnet ID。
- 为每个子网确定主机的合法地址空间。
(2)子网地址规划需要解决的基本问题。
①被选定的子网掩码能够划分多少个子网。
②每个子网内部可以分配的host ID有多少个。
③这些合法的主机的地址是什么。
④每个子网的广播地址是什么。
⑤每个子网内部合法的net ID是什么。
2.子网地址规划实际案例
在下面的案例中我们将对子网规划与地址空间的划分方法做详尽介绍。
(1)用户需求。
①一个校园网获得一个B类IP地址(145.116.0.0)，要进行子网划分。
②该校园网大致将包含200个子网。
③要求根据现有情况进行子网划分与管理。
(2)确定子网号subnet ID的长度。
①由于校园网的子网数200<=28-2=254，所以子网号的长度应取8位，即子网掩码为255.255.255.0
②由于全0或全1的子网号(subnet ID)与主机号(hostID)不分配,所以该校园网的子网数最多可以有254个,每个子网内的主机数也最多有254台。
(3)确定子网地址。根据上述子网划分的方案,校园网可用的IP地址如下。子网1:145.116.1.1~145.116.1.254
子网2: 145.116.2.1-145.116.2.254
子网3: 145.116.3.1-145.116.3.254
……
子网254:145.116.254.1-145.116.254.254
八、规划可变长度子网掩码地址
1.可变长度子网掩码地址规划的基本原则
IP协议允许进行变长子网的划分(RFC1009)。在某些情况下,可使用可变长度子网掩码(VLSM)来根据需要实现子网划分,设计出不同长度子的网号。
2.可变长度子网掩码地址规划案例
（1）用户需求。
①某个公司申请了一个C类213.140.41.0的IP地址空间。
②该公司营销部门有100名员工,行政部门有50名员工,后勤部门有30名员工。
③网络管理员需要分别为营销部、行政部与后勤部组建子网。
（2）选择可变长度子网掩码。
①对此案例可以通过可变长度子网掩码技术，将该C类IP地址分为3个部分，根据员工数量可知,子网1的地址空间应是子网2与子网3的地址空间的两倍。
②计算子网1地址空间。首先可以使用子网掩码为255.255.255.128，将该C类IP地址划分为两半。在二进制计算中,运算过程如下。主机的IP地址: 11010101.10001100.00101001.00000000(213.140.41.0)子网掩码: 11111111.1111111111.10000000(255.255.255.128)与运算结果: 11010101.10001100.00101001.00000000(213.140.41.0)运算结果表明:可以将213.140.41.1-213.140.41.126作为子网1的IP地址,然后将剩余部分一分为二。由于213.140.41.127第4个字节是全1,被保留作为广播地址,不能使用;子网1与子网2、子网3的地址空间交界点在213.140.41.128;子网1使用子网掩码为255.255.255.128。
③计算子网2与子网3地址空间。子网2与子网3的地址空间的计算过程如下。
主机的IP地址: 11010101.10001100.00101001.00000000(213.140.41.0)子网 掩 码: 11111111.11111111.11111111.10000000(255.255.255.128)与运算结果: 11010101.10001100.00101001.00000000(213.140.41.0)
子网2与子网3可以使用平分后的两个较小的地址空间。对于子网2来说，第一个可用的地址是213.140.41.129,最后一个可用的地址是213.140.41.190,即子网2的主机或路由器的地址空间为213.140.41.129~213.140.41.190。
子网2最后IP地址的下一个地址213.140.41.191是主机号全1的地址，需要留作广播地址，而255.255.255.192应作为子网掩码使用，所以子网3第一个可用的地址是213.140.41.193，由此可以判断子网3的主机或路由器的地址空间为213.140.41.193-213.140.41.254
(3)确定三个子网IP地址空间
由上述计算可知，采用变长子网划分的3个子网的IP地址如下。
①子网1地址空间为：213.140.41.1~213.140.41.126
子网掩码为：255.255.255.128
②子网2地址空间为: 213.140.41.129~213.140.41.190
子网掩码为: 255.255.255.192
③子网3地址空间为： 213.140.41.193~213.140.41.254
子网掩码为：255.255.255.192
由此可知，子网1、子网2、子网3允许使用的主机号分别有126个、62个、62个。采用可变长度子网掩码技术后,该公司的网络结构如图所示。
可变长度子网划分的结构
九、规划CIDR地址
1.CIDR地址规划方法实例
(1)用户需求。
一个校园网管理中心获得了213.61.16.0/20的地址块,希望将它划分为8个等长的较小的地址块。
(2)确定CIDR地址中借用主机号的长度。
借用CIDR地址中12位的主机号的前3位(23=8),即可以实现进一步划分为8个等长的较小的地址块的目的。
(3)地址块的划分。
表3-8给出了划分实例。
2.对划分结构的分析
(1)从上面这个例子可以看出,对于信息工程学院来说,它被分配了213.61.16.0/23的地址块。它的地址的网络前缀为23位的"11010101 001111010001000";地址块的最小起始地址是213.61.16.0;地址块中可分配的地址数为29个。对于经济管理学院来说,它被分配了213.61.18.0/23的地址块。它的地址的网络前缀为23位的"11010101 001111 010001001";地址块的最小起始地址是1213.61.18.0;地址块中可分配的地址数同样为29个。其他情况类似,获得的可分配的地址数均为29个。
(2)分析信息工程学院与经济管理学院的网络前缀。信息工程学院的网络前缀：11010101 00111101 0001000经济管理学院的网络前缀： 11010101 00111101 0001001发现这两个学院所分配地址块的网络前缀的前20位是相同的，且从表3-8中可知8个学院的地址块网络前缀的前20位都是相同的。这个结论说明了CIDR地址的一个重要的特点：具有地址聚合(address aggregation)和路由聚合(routeaggregation)的能力。
(3)划分CIDR地址块后的校园网结构。
CIDR技术通常用来将多个C类IP地址归并到单一的网络,并且在路由表中使用单独一项来表示这些C类IP地址。比如,此例中划分CIDR地址块后的校园网结构如图3-6所示。在这个结构中，连接到Internet的主路由器向外部网络发送一个通告,表明:它将接收所有目的地址前20位与213.61.16.0/20相符的分组。因而外部网络并不需要知道在213.61.16.0/20地址块的校园网的内部还有8个学院级的网络存在。
十、内部网络专用IP地址与网络地址转换
NAT（网络地址转换）技术是一种在短时间内有效快速的缓解IP地址短缺问题的好方法, NAT技术适用于以下4类应用领域。
- 移动无线接入地址分配。
- ISP、ADSL与有线电视的地址分配。
- 与防火墙相结合。
- 电子政务内网等对Internet访问需要严格控制的内部网络系统的地址分配。
如图所示为NAT的工作原理图, 如果内部网络地址为10.0.1.2的主机希望访问Intemet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IP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”。
此处注意，传输层客户进程的端口号也需要同时转换。
NAT的工作原理图
NAT机制可以分为“一对一NTA”和“多对多NAT”两类。实现地址“一对一”转换的方法属于静态NAT,即配置一个内部专用IP地址对应一个公用的IP地址,内部网络主机之间的访问使用专用IP地址,访问外部网络时需使用全局IP地址。
小提示:由NAT工作原理得出，在进行主机IP地址和全局IP地址转换的时候，图中的①和④的源地址和目的地址相反，图中②和③的源地址和目的地址相反。
十一、规划IPv6地址
1.IPv6地址的主要特征
新的协议格式、巨大的地址空间、建址自动配置、内置安全机制、有效的分级寻址和路由结构、对Qos服务支持更好。IPv6地址长度为128位,因此它可以提供惊人的超过3.4×1038个IP地址，此地址空间是IPv4的296倍。
2.IPv6地址分类
RFC 2373将IPv6地址分为单播地址、组播地址、多播地址与特殊地址4类。
3.IPv6地址表示方法
IPv6的128位地址按每16位划分为一个位段,划分8个位段,每个位段被转换为一个4位的十六进制数,并用冒号":”隔开,这种表示法称为冒号十六进制(colon hexadecimal)表示法。
(1)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”。
(2)若某个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(double colon)。
4.IPv6地址表示法需注意的问题
(1)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。
(2)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: :。
(3)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)x16-64,那么双冒号之间就表示有64位的二进制数字0被压缩。
(4)IPv6前缀(format prefix)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。
十二、规划可变长度子网掩码地址
1.可变长度子网掩码地址规划的基本原则
IP协议允许进行变长子网的划分(RFC1009)。在某些情况下,可使用可变长度子网掩码(VLSM)来根据需要实现子网划分，设计出不同长度子的网号。
2.可变长度子网掩码地址规划案例
(1)用户需求。
①某个公司申请了一个C类213.140.41.0的IP地址空间。
②该公司营销部门有100名员工,行政部门有50名员工,后勤部门有30名员工。
③网络管理员需要分别为营销部、行政部与后勤部组建子网。
(2)选择可变长度子网掩码。
①对此案例可以通过可变长度子网掩码技术，将该C类IP地址分为3个部分，根据员工数量可知,子网1的地址空间应是子网2与子网3的地址空间的两倍。
②计算子网1地址空间。首先可以使用子网掩码为255.255.255.128，将该C类IP地址划分为两半。在二进制计算中,运算过程如下。主机的IP地址: 11010101.10001100.00101001.00000000(213.140.41.0)子网掩码: 11111111.11111111.11111111.10000000(255.255.255.128)与运算结果： 11010101.10001100.00101001.00000000(213.140.41.0)运算结果表明：可以将213.140.41.1~213.140.41.126作为子网1的IP地址，然后将剩余部分一分为二。由于213.140.41.127第4个字节是全1,被保留作为广播地址,不能使用;子网1与子网2、子网3的地址空间交界点在213.140.41.128;子网1使用子网掩码为255.255.255.128。
③计算子网2与子网3地址空间。子网2与子网3的地址空间的计算过程如下。
主机的IP地址: 11010101.10001100.00101001.00000000(213.140.41.0)子网掩 码: 11111111.11111111.11111111.10000000(255.255.255.128)与运算结果： 11010101.10001100.00101001.00000000(213.140.41.0)子
网2与子网3可以使用平分后的两个较小的地址空间。对于子网2来说,第一个可用的地址是213.140.41.129,最后一个可用的地址是213.140.41.190,即子网2的主机或路由器的地址空间为213.140.41.129~213.140.41.190。子网2最后IP地址的下一个地址213.140.41.191是主机号全1的地址，需要留作广播地址，而255.255.255.192应作为子网掩码使用,所以子网3第一个可用的地址是213.140.41.193,由此可以判断子网3的主机或路由器的地址空间为213.140.41.193-213.140.41.254。
(3)确定三个子网IP地址空间。
由上述计算可知，采用变长子网划分的3个子网的IP地址如下。
①子网1地址空间为：213.140.41.1~213.140.41.126
子网掩码为: 255.255.255.128
②子网2地址空间为:213.140.41.129~213.140.41.190
子网掩码为：255.255.255.192
③子网3地址空间为：213.140.41.193-213.140.41.254
子网掩码为：255.255.255.192由此可知,子网1、子网2、子网3允许使用的主机号分别有126个、62个、62个。采用可变长度子网掩码技术后，该公司的网络结构如图所示。
可变长度子网划分的结构
