2、IP地址及其分类 (1)IP地址 互联网上的每台主机都有一个唯一的IP地址。IP地址就是给连接在互联网上的每 个主机分配的一个地址编码。P地址就是使用这个地址在主机之间传递信息,这是互联 网能够运行的基础。IPV4地址为32位,分为4段,每段8位,用十进制数字表示,每 段数字范围为0-255,段与段之间用句点隔开。这种表示方法称为“点分十进制法”。 IP地址由两部分组成,一部分为网络地址,另一部分为主机地址 IP4地址分为A、B、C、D、E共5类。常用的是A、B和C三类。A类地址:允 许27个网络,每个网络224-2个主机;B类地址:允许24个网络,每个网络21-2个 主机;C类地址:允许22个网络,每个网络28-2个主机 7位 24位 A类 网络号 主机号 4位 B类 网络号 主机号 2 C类 网络号 主机号 地址范围: A类00.00~126255255255 B类128.0.00~191.255255255 C类1920.00~223255255255 将IP地址分成了网络号和主机号两部分,设计者就必须决定每部分各包含多少位。 网络号的位数直接决定了可以分配的网络数,主机号的位数则决定了网络中最大的主机 数。山于整个互联网所包含的网络规模可能比较大,也可能比较小,设计者最后聪明地 选择了一种灵活的方案:将IP地址空间划分成不同的类别,每一类具有不同的网络号 位数和主机号位数 (2)IP地址分配 ①IPv4 IP4地址分配初期采用基于类别的方式,有3类主要方式:A、B和C。另外,还有
5 2、IP 地址及其分类 （1）IP 地址 互联网上的每台主机都有一个唯一的 IP 地址。IP 地址就是给连接在互联网上的每 个主机分配的一个地址编码。IP 地址就是使用这个地址在主机之间传递信息，这是互联 网能够运行的基础。IPv4 地址为 32 位，分为 4 段，每段 8 位，用十进制数字表示，每 段数字范围为 0~255，段与段之间用句点隔开。这种表示方法称为“点分十进制法”。 IP 地址由两部分组成，一部分为网络地址，另一部分为主机地址。 IPv4 地址分为 A、B、C、D、E 共 5 类。常用的是 A、B 和 C 三类。A 类地址：允 许 7 2 个网络，每个网络2 2 24 个主机；B 类地址：允许 14 2 个网络，每个网络2 2 16 个 主机；C 类地址：允许 21 2 个网络，每个网络2 2 8 个主机。 地址范围： A 类 0.0.0.0 ~ 126.255.255.255 B 类 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255 C 类 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255 将 IP 地址分成了网络号和主机号两部分，设计者就必须决定每部分各包含多少位。 网络号的位数直接决定了可以分配的网络数，主机号的位数则决定了网络中最大的主机 数。山于整个互联网所包含的网络规模可能比较大，也可能比较小，设计者最后聪明地 选择了一种灵活的方案：将 IP 地址空间划分成不同的类别，每一类具有不同的网络号 位数和主机号位数。 （2）IP 地址分配 ① IPv4 IP4 地址分配初期采用基于类别的方式，有 3 类主要方式：A、B 和 C。另外，还有
两种特殊的网络地址D和E。 A类地址:其前7位用于网络标识,后24位用于主机标识,A类地址可容纳128 个网络,任意A类网络中可包括16777216个主机;B类地址:其前14位用于网络标识, 后16位用于主机标识,B类地址可容纳16384个网络,任意B类网络中可包括16384 个主机;C类地址:其前21位用于网络标识,后8位用于主机标识,C类地址可容纳 2097152个网络,任意C类网络中可包括256个主机。A、B、C类地址用于标识某一网 络节点的接口,称为单播地址。D类地址不用于标识单一的接口,而是用于标识多个网 络节点接口的集合。E类地址是预留地址。A类网络地址是用于标识世界上最大型的网 络,除其中少量预留和可重新分配的地址,A类地址目前已经分配完毕。B类地址也将 使用殆尽。 IPv4基于上述类别的管理方式限制了实际可使用的地址,例如一个拥有300个用户 的网络期望釆用一个B类地址,如果实际分配一个B类地址则用户拥有了65536个地 址域,这远远超过用户需要的地址空间,造成地址的大量浪费 为解决这种地址分配方式的弱点,IETF通过了无类域间路由选择( class interdomain routing,CIDR)方案。CIDR方案取消了IPV4协议中地址类别分配方式,可以任意设 定网络号和地址号的边界,即根据网络规模的需要重新定义地址掩码,这样可为用户提 供聚合多个C类的地址。但是CIDR方案的不足之处是必须在知道网络掩码后才能确定 地址中网络编号和主机编号。 ②IPV6 随着中国互联网的高速发展,IP地址资源稀缺的危机也就日益凸显。IDC预言,如 果中国的互联网继续以目前的速度发展,很快中国将没有IP地址可用。要摆脱这种危 机,必须大力发展IP6协议 IP地址从匮乏到无穷。IPv6是新一代IP协议。由于互联网是全球公共的网络,因 此大部分的网络资源,如1P地址、域名等,都是全球共享的,由一个统一的互联网络 权利机构来管理和分配。IP地址是互联网络协议即IP协议的重要组成部分,是在IP协 议中对网络和网络中特定主机的全球唯一标志。 作为互联网发源地的美国拥有全世界70%的IP地址,而其它国家,尤其是亚洲国 家获得的IP地址非常有限。IP地址已经成为限制中国网络发展的一大瓶颈。由于目前 互联网采用IPV4协议,IPV4的地址为32位,提供给全世界的IP地址总量大约为42亿
6 两种特殊的网络地址 D 和 E。 A 类地址：其前 7 位用于网络标识，后 24 位用于主机标识，A 类地址可容纳 128 个网络，任意 A 类网络中可包括 16777216 个主机；B 类地址：其前 14 位用于网络标识， 后 16 位用于主机标识，B 类地址可容纳 16384 个网络，任意 B 类网络中可包括 16384 个主机；C 类地址：其前 21 位用于网络标识，后 8 位用于主机标识，C 类地址可容纳 2097152 个网络，任意 C 类网络中可包括 256 个主机。A、B、C 类地址用于标识某一网 络节点的接口，称为单播地址。D 类地址不用于标识单一的接口，而是用于标识多个网 络节点接口的集合。E 类地址是预留地址。A 类网络地址是用于标识世界上最大型的网 络，除其中少量预留和可重新分配的地址，A 类地址目前已经分配完毕。B 类地址也将 使用殆尽。 IPv4 基于上述类别的管理方式限制了实际可使用的地址，例如一个拥有 300 个用户 的网络期望采用一个 B 类地址，如果实际分配一个 B 类地址则用户拥有了 65536 个地 址域，这远远超过用户需要的地址空间，造成地址的大量浪费。 为解决这种地址分配方式的弱点，IETF 通过了无类域间路由选择（class interdomain routing，CIDR）方案。CIDR 方案取消了 IPv4 协议中地址类别分配方式，可以任意设 定网络号和地址号的边界，即根据网络规模的需要重新定义地址掩码，这样可为用户提 供聚合多个 C 类的地址。但是 CIDR 方案的不足之处是必须在知道网络掩码后才能确定 地址中网络编号和主机编号。 ② IPv6 随着中国互联网的高速发展，IP 地址资源稀缺的危机也就日益凸显。IDC 预言，如 果中国的互联网继续以目前的速度发展，很快中国将没有 IP 地址可用。要摆脱这种危 机，必须大力发展 IPv6 协议。 IP 地址从匮乏到无穷。IPv6 是新一代 IP 协议。由于互联网是全球公共的网络，因 此大部分的网络资源，如 1P 地址、域名等，都是全球共享的，由一个统一的互联网络 权利机构来管理和分配。IP 地址是互联网络协议即 IP 协议的重要组成部分，是在 IP 协 议中对网络和网络中特定主机的全球唯一标志。 作为互联网发源地的美国拥有全世界 70％的 IP 地址，而其它国家，尤其是亚洲国 家获得的 IP 地址非常有限。IP 地址已经成为限制中国网络发展的一大瓶颈。由于目前 互联网采用 IPv4 协议，IPv4 的地址为 32 位，提供给全世界的 IP 地址总量大约为 42 亿
个,而这些IP地址早已消耗殆尽。因此,希望通过重新分配地址来解决中国IP地址匮 乏问题并不实际 作为下一代网络核心技术的IPv6,地址长度为128位,据初步计算,可提供的IP 地址将为IPV4的8×1038倍,足以解决全球IP地址稀缺的问题。有人曾形容IPV6可以 为地球上的每一粒沙子提供一个独立的IP地址。即使人类进入了移动信息社会,每 部手机作为一个移动主机节点没置一个P地址,同时各种家用电器、汽车、控制设备 等也都有IP地址,IPV6也能满足需求。 IPV6的优势并不仅在于提供的IP地址数量多。IPV6的特点是:更快,以它为核心 技术的下一代互联网将比这一代快100倍;更安全,IPV4协以中没有设置网络层安全 机制,所以很容易被黑客攻破服务器、窃走数据,而IPV6协议中加入认证、加密等机 制,使互联网安全性显著提高。 正是由于IPV6的这些优势,从上世纪90年代开始,世界各国都在致力于IPV6的发 展。1999年,美国建成连接全国180所大学的下一代互联网。和欧美相比,日本显得更 为积极,200年9月,日本政府就把IPV6技术的确立和普及作为政府的基本政策。由 于IP地址的匮乏更为严重,中国将有可能成为世界上第一个大规模采用IPV6的国家。 1999年12月,中国就开始了下一代互联网的研究。中国政府对IPV6技术及其产业发展 给予了极大的关注和支持,并在标准制定、技术研发、同家立项与资金支持、政府间交 流与合作等方面给予了积极的推动。 中国在IPV6技术的研究和实验方面卓有成效,大规模的实验工作已经展开,国家 资助的863项目对IPv6的研究也取得了阶段性成果。国内的主要运营商都相继进行了 IPV6实验,并将陆续启动IPv6商用项目。 IPV6协议可根据用户的需要进行层状地址分配,这和IPV4采用块状地址分配是不 同的,后者导致某些地址无法使用。在IPV6的分层地址分配方式中,高级网络管理部 门可为下级网络管理部门划分地址分配区域,下级网络管理部门则可为更下层的管理部 门进一步划分地址分配区域。 IPv6将用户划分成三种类型:一是使用企业内部网络和互联网;二是目前使用企业 内部网络,将来可能会用到互联网;三是通过家庭、机场、旅馆以及其它地方的电话线 和互联网互联 IPv6协议为这些用户提供了不同地址分配方式
7 个，而这些 IP 地址早已消耗殆尽。因此，希望通过重新分配地址来解决中国 IP 地址匮 乏问题并不实际。 作为下一代网络核心技术的 IPv6，地址长度为 128 位，据初步计算，可提供的 IP 地址将为 IPv4 的 28 810 倍，足以解决全球 IP 地址稀缺的问题。有人曾形容 IPv6 可以 为地球上的每一粒沙子提供一个独立的 IP 地址。即使人类进入了移动信息社会，每一 部手机作为一个移动主机节点没置一个 IP 地址，同时各种家用电器、汽车、控制设备 等也都有 IP 地址，IPv6 也能满足需求。 IPv6 的优势并不仅在于提供的 IP 地址数量多。IPv6 的特点是：更快，以它为核心 技术的下一代互联网将比这一代快 1000 倍；更安全，IPv4 协以中没有设置网络层安全 机制，所以很容易被黑客攻破服务器、窃走数据，而 IPv6 协议中加入认证、加密等机 制，使互联网安全性显著提高。 正是由于 IPv6 的这些优势，从上世纪 90 年代开始，世界各国都在致力于 IPv6 的发 展。1999 年，美国建成连接全国 180 所大学的下一代互联网。和欧美相比，日本显得更 为积极，2000 年 9 月，日本政府就把 IPv6 技术的确立和普及作为政府的基本政策。由 于 IP 地址的匮乏更为严重，中国将有可能成为世界上第一个大规模采用 IPv6 的国家。 1999 年 12 月，中国就开始了下一代互联网的研究。中国政府对 IPv6 技术及其产业发展 给予了极大的关注和支持，并在标准制定、技术研发、同家立项与资金支持、政府间交 流与合作等方面给予了积极的推动。 中国在 IPv6 技术的研究和实验方面卓有成效，大规模的实验工作已经展开，国家 资助的 863 项目对 IPv6 的研究也取得了阶段性成果。国内的主要运营商都相继进行了 IPv6 实验，并将陆续启动 IPv6 商用项目。 IPv6 协议可根据用户的需要进行层状地址分配，这和 IPv4 采用块状地址分配是不 同的，后者导致某些地址无法使用。在 IPv6 的分层地址分配方式中，高级网络管理部 门可为下级网络管理部门划分地址分配区域，下级网络管理部门则可为更下层的管理部 门进一步划分地址分配区域。 IPv6 将用户划分成三种类型：一是使用企业内部网络和互联网；二是目前使用企业 内部网络，将来可能会用到互联网；三是通过家庭、机场、旅馆以及其它地方的电话线 和互联网互联。 IPv6 协议为这些用户提供了不同地址分配方式：
①4种类型的点到点通信/单播地址:用于标识单一网络设备接口,单播通信传播 的分组可传送到地址标识的接口。 ②改进的组播地址格式:用于标识归属于不同节点的设备接口集合,组播通信传 送的分组可发送到地址标识的所有接口。这种地址方式是非常有用的,例如,可将网络 中发送的新消息传送给所有登记的用户。特殊的组播地址可限制在特定网络链路或特定 的系统组中进行通信。IPv6协议没有定义广播地址,但可使用组播地址替代。 ③新的任意播( anycast)地址格式:IPv6协议中引入了任意播地址,用于标识属 于不同节点的设备接口集合,任意播传送的分组可发送到地址标识的某一接口,接收到 信息的接口通常是最近距离的网络节点。这种方式可提高路由选择的效率,网络节点通 过地址表示通信过程传输路由可经过的中间跳数,即信息传输路由可不必由路由器决定。 3、信道 任何一个通信系统均可视为由发送端、信道和接收端三大部分组成,信道是通信系 统必不可少的组成部分。信道特性的好坏直接影响系统的总特征。 (1)信道的定义和分类 通常对信道的定义有两种理解:一种是指信号的传输介质,如对称电缆、同轴电缆 超短波及微波视距传播路径、短波电离层反射路径、对流层散射路径以及光纤等,此种 类型的信道称为狭义信道;另一种是将传输介质和各种信号形式的转换、耦合等设备, 包括发送设备、接收设备、调制器等部件和电路在内的传输路径或传输通路都归纳在 起,这种范围扩大了的信道称为广义信道。 广义信道按照它包含的功能,可以划分为调制信道和编码信道。在模拟通信系统中 主要是硏究调制和解调的基本原理,其传输信道可以用调制信道来定义。在数字通信系 统中,如果只关心编码和译码问题,可以通过定义编码信道来突出研究的重点。 (2)信道容量的概念 当一个信道受到加性高斯噪声干扰时,如果信道传输信号的功率和信道的带宽是受 限的,则这种信道传输数据的能力将会如何?这一问题在信息论中有一个非常肯定的结 论一高斯白噪声下关于信道容量的香农( Shannon)公式。 ①信道容量的定义 在信息论中,称信道无差错传输信息的最大信息速率为信道容量,记为C。 从信息论的观点看,各种信道可概括为两大类:离散信道和连续信道。离散信道是
8 ① 4 种类型的点到点通信/单播地址：用于标识单一网络设备接口，单播通信传播 的分组可传送到地址标识的接口。 ② 改进的组播地址格式：用于标识归属于不同节点的设备接口集合，组播通信传 送的分组可发送到地址标识的所有接口。这种地址方式是非常有用的，例如，可将网络 中发送的新消息传送给所有登记的用户。特殊的组播地址可限制在特定网络链路或特定 的系统组中进行通信。IPv6 协议没有定义广播地址，但可使用组播地址替代。 ③ 新的任意播（anycast）地址格式：IPv6 协议中引入了任意播地址，用于标识属 于不同节点的设备接口集合，任意播传送的分组可发送到地址标识的某一接口，接收到 信息的接口通常是最近距离的网络节点。这种方式可提高路由选择的效率，网络节点通 过地址表示通信过程传输路由可经过的中间跳数，即信息传输路由可不必由路由器决定。 3、信道 任何一个通信系统均可视为由发送端、信道和接收端三大部分组成，信道是通信系 统必不可少的组成部分。信道特性的好坏直接影响系统的总特征。 （1）信道的定义和分类 通常对信道的定义有两种理解：一种是指信号的传输介质，如对称电缆、同轴电缆、 超短波及微波视距传播路径、短波电离层反射路径、对流层散射路径以及光纤等，此种 类型的信道称为狭义信道；另一种是将传输介质和各种信号形式的转换、耦合等设备， 包括发送设备、接收设备、调制器等部件和电路在内的传输路径或传输通路都归纳在一 起，这种范围扩大了的信道称为广义信道。 广义信道按照它包含的功能，可以划分为调制信道和编码信道。在模拟通信系统中， 主要是研究调制和解调的基本原理，其传输信道可以用调制信道来定义。在数字通信系 统中，如果只关心编码和译码问题，可以通过定义编码信道来突出研究的重点。 （2）信道容量的概念 当一个信道受到加性高斯噪声干扰时，如果信道传输信号的功率和信道的带宽是受 限的，则这种信道传输数据的能力将会如何？这一问题在信息论中有一个非常肯定的结 论—高斯白噪声下关于信道容量的香农（Shannon）公式。 ① 信道容量的定义 在信息论中，称信道无差错传输信息的最大信息速率为信道容量，记为 C。 从信息论的观点看，各种信道可概括为两大类：离散信道和连续信道。离散信道是
输入与输岀信号都是取值离散的时间函数;连续信道是指输入和输出信号都是取值连续 的时间函数。可以看出,前者就是广义信道中的编码信道,后者则是调制信道 从说明概念的角度考虑,我们只讨论连续信道的信道容量。 ②香农公式 假设连续信道的加性高斯白噪声功率为N(W),信道的带宽为B(Hz),信号功 率为S(W),则该信道的信道容量为 C=Blog 1+s (b/s) 这就是信息论中具有重要意义的香农公式。它表明了当信号和作用在信道上的起伏 噪声的平均功率给定时,在具有一定频带宽度B的信道上,单位时间内理论上可能传输 的信息量的极限数值 由于噪声功率N与信道带宽B有关,故若噪声单边功率谱密度为n(W/Hz),则 噪声功率N=mB。因此,香农公式的另一种形式为 C=Blog,1+ (b/s) B 由上式可知,一个连续信道的信道容量受B、m0、S三个要素限制,只要这三个要 素确定,则信道容量也就确定。 ③关于香农公式的几点讨论 从香农公式可得如下重要结论: a.在给定B、S的情况下,信道的极限传输能力为C,并且此时能够做到无差错 传输(即差错率为零)。这就是说,如果信道的实际传输速率大于C值,则无差错传输 在理论上就已经不可能了。因此,实际传输速率R一般不能大于信道容量C,除非允 许存在一定的差错率 b.提高信噪比阝(减小m或增大S),可提高信道容量C。特别是,若n→0, 则C→∞,这意味着无干扰信道容量为无穷大。 c.增加信道带宽B也可增加信道容量C,但做不到无限制地增加。这是因为,如 果S、n0一定,则有
9 输入与输出信号都是取值离散的时间函数；连续信道是指输入和输出信号都是取值连续 的时间函数。可以看出，前者就是广义信道中的编码信道，后者则是调制信道。 从说明概念的角度考虑，我们只讨论连续信道的信道容量。 ② 香农公式 假设连续信道的加性高斯白噪声功率为 N （W），信道的带宽为 B （Hz），信号功 率为 S （W），则该信道的信道容量为 N S C Blog2 1 （b/s） 这就是信息论中具有重要意义的香农公式。它表明了当信号和作用在信道上的起伏 噪声的平均功率给定时，在具有一定频带宽度 B 的信道上，单位时间内理论上可能传输 的信息量的极限数值。 由于噪声功率 N 与信道带宽 B 有关，故若噪声单边功率谱密度为n0（W/Hz），则 噪声功率 N n0B 。因此，香农公式的另一种形式为 n B S C B log 0 2 1 （b/s） 由上式可知，一个连续信道的信道容量受 B 、n0、S 三个要素限制，只要这三个要 素确定，则信道容量也就确定。 ③ 关于香农公式的几点讨论 从香农公式可得如下重要结论： a. 在给定 B 、 N S 的情况下，信道的极限传输能力为C ，并且此时能够做到无差错 传输（即差错率为零）。这就是说，如果信道的实际传输速率大于C 值，则无差错传输 在理论上就已经不可能了。因此，实际传输速率 R0 一般不能大于信道容量C ，除非允 许存在一定的差错率。 b. 提高信噪比 N S （减小n0或增大 S ），可提高信道容量C 。特别是，若n0 0， 则C ，这意味着无干扰信道容量为无穷大。 c. 增加信道带宽 B 也可增加信道容量C ，但做不到无限制地增加。这是因为，如 果 S 、n0一定，则有