《网络管理》IP地址计算

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作为网络管理员,最基本的工作就是要了解IP地址的计算和分配。在不同类型的网络中,使用不同类型的IP地址,并计算不同的子网掩码,划分不同的网段。使用一些IP地址计算工具,可以快速地进行IP地址计算,不必再使用纸笔计算,而且不容易出错。

常规推算方法

所谓常规推算也就是不借助任何工具直接根据IP地址的分配原理进行详细计算,这对于一个资历较深、有着丰富组网经验的管理员来说,应该不是什么难事。首先可以先假定一个IP地址和子网掩码,然后推算出网络地址、广播地址、可用IP地址范围,最后再结合实际拥有的计算机数量验证所选网段及子网掩码是否合适。

1. IP地址的小知识

IP地址有二进制数和点分十进制数两种表现形式,每个IP地址的长度为32位,由4个8位域组成,称为8位体。8位体由句点(英文)分开,表示一个0~255之间的十进制数。IP地址的32位分别分配给了网络号和主机号。人们易于识别的IP地址格式是以点分十进制数表示的。例如,一个以二进制数表示的IP地址11000000101010000000001000000001,用点分十进制数表示就是192.168.2.1。

提示

将一个十进制数转换为对应的二进制数时,无需费心劳神地用笔一步一步地计算,Window系统自带的计算器就具备这种功能,可以快速实现十进制和二进制之间的转换,系统默认的计算器是标准型的,只需在“查看”菜单下选择“科学型”选项就可以了。用法也非常简单,首先选中“十进制”单选按钮并输入想要转换的数字(例如128),然后选中“二进制”单选按钮,此时就会转换成对应的二进制数字。

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由于IP地址的每个8位都是1字节(8位),所以其值必须在0~255之间(包含0和255),即8位全0时,是0;8位全1时,是255(27+26+25+24+23+22+21+20 = 255)。

IP地址包括两部分,即网络部分和主机部分。网络号类似于长途电话号码中的区号,主机号类似于市话中的电话号码。同一网络上所有主机需要同一个网络号,该号在Internet中是唯一的。主机号确定网络中的一个工作站、服务器、路由器、交换机或其他TCP/IP主机。对同一个网络号来说,主机号是唯一的。因此,即使主机号相同,但网络号不同,仍然能够区分两台不同的主机。同样,在同一网络中绝对不能有主机号完全相同的两台计算机。

如果简单地将前两个字节规划为网络号,那么将由于任何网络上都不可能有216(65536)台以上的主机,而浪费非常宝贵的地址空间。为了有效地利用有限的地址空间,IP地址根据头几位划分为5类,即A类、B类、C类、D类和E类。

(1)A类

A类地址用于超大规模网络。A类地址的最高位总为0,紧跟7位(同最高位一起构成每一个8位体,即第1字节)表示网络号,剩下的24位(后3个8位体,即后3个字节)表示主机号。A类地址的第1个字节从1~126,也就是说,第1个字节在1~126之间的IP地址,均为A类地址。A类地址虽然只有126个网络号,但每个网络中却可以容纳16777216台计算机,只可惜拥有这么多计算机的网络几乎不存在。因此有些浪费,不过可以借助于子网掩码来解决这个问题。

需要注意的是,网络号不能为127,因为该网络号被保留用做回路及诊断功能。

(2)B类

B类地址用于大中型规模网络。B类地址的第1字节从128~191,该类地址以IP地址的第1、2个字节作为网络号,后两个字节作为主机号。B类地址共拥有16386个网络号,每个网络中最多可容纳65536台主机。同样,B类地址也可以借助子网掩码划分多个子网。

(3)C类

C类地址用于小型网络。第1个字节从192~233,该类地址以IP地址的第1、2、3个字节作为网络号,最后1个字节作为主机号。C类地址共拥有2097152个网络号,每个网络最多可容纳256个主机。

(4)D类

D类地址用于实现组播。这些组播可以有一台或多台主机,甚至也可以没有主机。D类地址的高4位总被置为1110(即第1字节从224~239),剩下的位用于指明客户机所属的组。

(5)E类

E类地址是一种仅供实验用的地址,还没有实际的应用,它为将来的应用做保留。E类地址的高4位总被置为1111(即第1字节从240~255)。

在计算网络中的主机数量时,应当比2x(x指用于标识主机的位数)少2。原来主机号部分全为0或1(指二进制)的IP地址,只能用于网络内的广播,即利用该地址将该信息传送至网络内的每一台主机,因此是不能分配给某个特定的主机使用的。所以,每个网络中所容纳的主机必然是“2^x-2”台。

2. 实例计算

下面我们以IP地址192.168.1.110,子网掩码255.255.255.0为例,分步骤计算出网络地址、广播地址、地址范围、主机数。

(1)将IP地址和子网掩码换算为二进制数,子网掩码连续全1的是网络地址,本例中的前3位,即表格中粗线前面为网络地址,后面的是主机地址。这个应该不难计算。

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(2)IP地址和子网掩码的网络地址部分进行与运算,最后的主机地址全部变为0,所得的结果就是网络地址,即指定网段中的第1个IP地址。注意,该地址不可以指派给任何计算机。

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(3)将上述与运算所得的结果中的网络地址部分不变,主机地址全部变为1,则所得的就是广播地址,该地址同样不能分配给客户端。

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(4)该网络中有效的IP地址范围就是192.168.1.1~192.168.1.254,在本网段内的网络地址+1即为第1个有效的IP地址,广播地址-1即为最后1个有效IP地址。由此可以看出,有效IP地址的范围是:网络地址+1~广播地址-1。

(5)网络中可以容纳的主机数量就是:主机的数量=2 二进制的主机位数-2

这里之所以要-2,是因为主机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,所以主机的数量就是2⁸-2=254。

上述实例虽然可以应用于大多数的小型局域网络的IP地址分配,但是在一些安全性要求较高的机要部门,IP地址的分配也是相当严格的,有多少台主机就必须有多少个可用IP地址,既不能多也不能少。这样就可以充分保证外部计算机无法接入网络,从而也就保证了信息的安全。那么,网络中可用IP地址数量该如何来控制呢?最简单的方法就是设置合理的子网掩码。例如,在IP地址为211.82.219.219,子网掩码为255.255.255.128的局域网中,通过上述方法可以得出该局域网中的网络地址为211.82.219.128,而广播地址为211.82.219.255,所以有效IP地址的数量就是2⁷-2=126个。

如果此时得到的可用范围仍然太大,还可以继续减少主机位的位数,也就是更改子网掩码,例如将主机位修改为4位,子网掩码也就相应地变为255.255.255.240,这样局域网中的可用IP地址范围就是211.82.219.241~211.82.219.254,数量是2⁴—2=14个!



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