6 计算机网络技术 32比特一 LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL 版本 头长 服务类型 总长 标识 M 分段偏移 生命期 协议 头校验和 源地址 目的地址 选项(0或更多的词) 图7.4P分组的基本格式 7.2.2P地址 1.逻辑地址与物理地址 IP数据报中的源IP地址和目标IP地址是TC/IP的网络层用以标识网络中主机的逻辑 地址。所谓逻辑地址，是与数据链路层的物理地址即硬件地址相对应的。物理地址如MC 地址是第二层地址，其固化在网卡的硬件结构中，只要主机或设备的网卡不变，则其MAC 地址就是不变的，即使其从一个网络被移到另一个网络，从地球的一端移到另一端。也就 是说，MAC地址是一种平面化的地址，其不能提供关于主机所处的网络位置信息。而逻辑地 址如P地址则是第三层地址，所以有时又被称为网络地址，该地址是随着设备所处网络位 置不同而变化的，即设备从一个网络被移到另一个网络时，其P地址也会相应地发生改变。 也就是说，P地址是一种结构化的地址，其可以提供关于主机所处的网络位置信息。逻辑 地址和物理地址的关系有点类似于人的姓名和住址的关系，当人一出生时，就会由父母为 了取一个终生不变的姓名，正所谓“行不更名，坐不改姓”：但在人的一生中因为学习、工 作和生活等多种原因会产生很多的迁移，从而住址是可以经常改变的。而且从住址可以知 道一个从当前所在的位置信息，但从一个人的姓名显然是不可能获取其当前所处的位置信 息的。 2.P地址的结构、分类与表示 32位的IP地址结构由网络标识和主机号两部分组成，如图7.5所示。其中，网络标识 用于标识该主机所在的网络，而主机号则表示该主机在相应网络中的序号。正是因为网络
6 计算机网络技术 版本 头长 服务类型 总长 ~ ~ 标识 D F M F 分段偏移 生命期 协议 头校验和 源地址 目的地址 选顶（0 或更多的词） 32比特 图 7.4 IP 分组的基本格式 7.2.2 IP 地址 1．逻辑地址与物理地址 IP 数据报中的源 IP 地址和目标 IP 地址是 TC/IP 的网络层用以标识网络中主机的逻辑 地址。所谓逻辑地址，是与数据链路层的物理地址即硬件地址相对应的。物理地址如 MAC 地址是第二层地址，其固化在网卡的硬件结构中，只要主机或设备的网卡不变，则其 MAC 地址就是不变的，即使其从一个网络被移到另一个网络，从地球的一端移到另一端。也就 是说，MAC 地址是一种平面化的地址，其不能提供关于主机所处的网络位置信息。而逻辑地 址如 IP 地址则是第三层地址，所以有时又被称为网络地址，该地址是随着设备所处网络位 置不同而变化的，即设备从一个网络被移到另一个网络时，其 IP 地址也会相应地发生改变。 也就是说，IP 地址是一种结构化的地址，其可以提供关于主机所处的网络位置信息。逻辑 地址和物理地址的关系有点类似于人的姓名和住址的关系，当人一出生时，就会由父母为 了取一个终生不变的姓名，正所谓“行不更名，坐不改姓”；但在人的一生中因为学习、工 作和生活等多种原因会产生很多的迁移，从而住址是可以经常改变的。而且从住址可以知 道一个从当前所在的位置信息，但从一个人的姓名显然是不可能获取其当前所处的位置信 息的。 2．IP 地址的结构、分类与表示 32 位的 IP 地址结构由网络标识和主机号两部分组成，如图 7.5 所示。其中，网络标识 用于标识该主机所在的网络，而主机号则表示该主机在相应网络中的序号。正是因为网络
第7章网络层 标识所给出的网络位置信息才使得路由器能够在通信子网中为IP分组选择一条合适的路 径。 网络标识 主机标识 32 Bits 图7.5P地址的组成 通常P地址被分为A、B、C、D和E五类，如图7.6所示。其中A、B、C类被作为 普通的主机地址，D类用于提供网络组播服务或作为网络测试之用，E类保留给未来扩充使 用。有关A、B、C类的最大网络数目和可以容纳的主机数信息参见表7.2。 由于32位的IP地址不太容易书写和记忆，通常又采用带点十进制标识法(dotted decimal notation))来表示P地址。在这种格式下，将32位的IP地址分为四个8位组 (octet),每个8位组以一个十进制数表示，取值范围由0到255：代表相邻8位组的十进 制数以小圆点分割。所以点十进制表示的最低P地址为0.0.0.0，最高IP地址为 247.255.255.255. 32比特 LLLLLLLLLLLLLLLLLLL 类 主机地址范围 A网络 主机 8s86525 B 10 网络 主机 8黑 c110 网络 主机 竖2 D1110 多点播送地址 ], E1110 保留给将来使用 图7.61P地址的类及其格式 表7.2关于A、B、C类的最大网络数和可容纳的主机数 网络类 最大网络数 每个网络可容纳的最大主机数目 A 27-2=126 224-2=16,777.214 B 214.2=16382 216.2=65534 221.2=-2097150 28.2=254
第 7 章 网络层 7 标识所给出的网络位置信息才使得路由器能够在通信子网中为 IP 分组选择一条合适的路 径。 网络标识 主机标识 32 Bits 图 7.5 IP 地址的组成 通常 IP 地址被分为 A、B、C、D 和 E 五类，如图 7.6 所示。 其中 A、B 、C 类被作为 普通的主机地址，D 类用于提供网络组播服务或作为网络测试之用，E 类保留给未来扩充使 用。有关 A、B 、C 类的最大网络数目和可以容纳的主机数信息参见表 7.2。 由于 32 位的 IP 地址不太容易书写和记忆，通常又采用带点十进制标识法(dotted decimal notation)来表示 IP 地址。在这种格式下，将 32 位的 IP 地址分为四个 8 位组 (octet)，每个 8 位组以一个十进制数表示，取值范围由 0 到 255；代表相邻 8 位组的十进 制数以小圆点分割。所以点十进制表示的最低 IP 地址为 0.0.0.0，最高 IP 地址为 247.255.255.255。 类别 A B C D E 1.0.0.0至 127.255.255.255 192.0.0.0至 223.255.255.255 224.0.0.0至 239.255.255.255 240.0.0.0至 247.255.255.255 32比特 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 网络 主机 网络 网络 主机 主机 多点播送地址 保留给将来使用 主机地址范围 128.0.0.0至 191.255.255.255 图 7.6 IP 地址的类及其格式 表 7.2 关于 A、B 、C 类的最大网络数和可容纳的主机数 网络类 最大网络数 每个网络可容纳的最大主机数目 A 27-2=126 224-2=16,777,214 B 214-2=16382 216-2=65534 C 221-2=2097150 28-2=254
计算机网络技术 3.特殊的P地址及其作用 在IP地址空间中，有些IP地址是被保留作为特殊之用的。例如，网络标识或主机号 部分为全“0”和全“1”的地址通常具有特殊的含义和用途。具有正常的网络号部分，而 主机号部分为全“0”的P地址代表一个特定的网络，即作为网络标识之用，如102.0.0.0、 138.1.0.0和198.10.1.0分别代表了一个A类、B类和C类网络。而主机号部分为全“1” 的IP地址代表一个在指定网络中的广播，被称为广播地址，如102.255.255.255、 138.1.255.255和198.10.1.255分别代表在一个A类、B类和C类网络中的广播。网络号 对于P网络通信非常重要，位于同一网络中的主机必然具有相同的网络号，它们之间可以 直接相互通信：而网络号不同的主机之间则不能直接进行相互通信，必须经过第三层网络 设备如路由器讲行转发。广播地址对于网络通信也非常有用，在计机网络通信中，经常 会出现对某一指定网络中的所有机器发送数据的情形，如果没有广播地址源主机就要对所 有目标主机启动多次IP分组的封装与发送过程。除网络标识地址和广播地址之外，其他 些包含全“0”和全“1”的地址格式及作用参见图7.7。 00000000000000000000000000000000 本机 00…00 主机 本网中的主机 111111111111111111111111111111 局域网中的广播 网络1111111111111111 对一个远程网的广播 127 任意值 回送地址 图7.7一些特殊的保留地址 另外，在IP地址资源中，还保留了一部分被称为私有地址(private address)的地址 资源供内部实现IP网络时使用。其地址范围包括三个部分，即10.0.0.0-10.255.255.255、 172.16.0.0-172.31.255.255和192.168.0.0-192.168.255.255。根据规定，所有以私有地 址为目标地址的P数据包都不能被路由至外面的因特网上，这些以私有地址作为逻辑标识 的主机若要访问外面的因特网，必须采用网络地址翻译(Network address translation, 简称NAT)或应用代理(proxy)方式。 7.2.3P地址规划与子网划分 1,P地址的规划与分配 当我们在网络层采用P协议组建一个IP树络时，必须为网络中的每一台主机分配 个唯一的P地址，也就是要涉及IP地址的规划问题。通常IP地址规划要参照下面步骤进 行。首先，分析网络规模，包括相对独立的网段数量和每个网段中可能拥有的最大主机数， 要注意路由器的每一个接口所连的网段都是一个独立网段：其次，确定使用公用地址还是
8 计算机网络技术 3．特殊的 IP 地址及其作用 在 IP 地址空间中，有些 IP 地址是被保留作为特殊之用的。例如，网络标识或主机号 部分为全“0”和全“1”的地址通常具有特殊的含义和用途。具有正常的网络号部分，而 主机号部分为全“0”的 IP 地址代表一个特定的网络，即作为网络标识之用，如 102.0.0.0、 138.1.0.0 和 198.10.1.0 分别代表了一个 A 类、B 类和 C 类网络。而主机号部分为全“1” 的 IP 地址代表一个在指定网络中的广播，被称为广播地址，如 102.255.255.255、 138.1.255.255 和 198.10.1.255 分别代表在一个 A 类、B 类和 C 类网络中的广播。网络号 对于 IP 网络通信非常重要，位于同一网络中的主机必然具有相同的网络号，它们之间可以 直接相互通信；而网络号不同的主机之间则不能直接进行相互通信，必须经过第三层网络 设备如路由器进行转发。广播地址对于网络通信也非常有用，在计算机网络通信中，经常 会出现对某一指定网络中的所有机器发送数据的情形，如果没有广播地址源主机就要对所 有目标主机启动多次 IP 分组的封装与发送过程。除网络标识地址和广播地址之外，其他一 些包含全“0”和全“1”的地址格式及作用参见图 7.7。 0000 00000000 0000 0000 00000000 0000 1 11 1 1 11 1 11 1 1 11 1 1 11 1 1 11 1 1 11 1 1 11 1 1 主机 任意值 1 11 1 1 11 1 1 11 1 1 11 1 127 网络 0 0 0 0 本机 本网中的主机 局域网中的广播 对一个远程网的广播 回送地址 图 7.7 一些特殊的保留地址 另外，在 IP 地址资源中，还保留了一部分被称为私有地址(private address)的地址 资源供内部实现 IP 网络时使用。其地址范围包括三个部分，即 10.0.0.0 -10.255.255.255、 172.16.0.0-172.31.255.255 和 192.168.0.0-192.168.255.255。根据规定，所有以私有地 址为目标地址的 IP 数据包都不能被路由至外面的因特网上，这些以私有地址作为逻辑标识 的主机若要访问外面的因特网，必须采用网络地址翻译(Network address translation， 简称 NAT)或应用代理(proxy)方式。 7.2.3 IP 地址规划与子网划分 1．IP 地址的规划与分配 当我们在网络层采用 IP 协议组建一个 IP 网络时，必须为网络中的每一台主机分配一 个唯一的 IP 地址，也就是要涉及 IP 地址的规划问题。通常 IP 地址规划要参照下面步骤进 行。首先，分析网络规模，包括相对独立的网段数量和每个网段中可能拥有的最大主机数， 要注意路由器的每一个接口所连的网段都是一个独立网段；其次，确定使用公用地址还是