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技术FAQ

宽带IP城域网的IP地址规划


时间:2018-02-27 14:15来源:国基科技 作者:技术支持部 点击:

1、IP地址的基本概念
       因特网为每个上网的主机分配一个唯一的标识符,即IP地址。这里介绍的是分类得IP地址。
1.1IP地址的结构
       IP地址是分等级的,地址结构分为网络地址和主机地址。
       IP地址长32bit(现在由因特网名字与号码指派公司ICANN进行分配),包括:
       网络地址(网络号)——标识连入Internet的网络;
       主机地址(主机号)——标识特定网络中的主机。
       IP地址分两个等级的好处是:
      (1)IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号,而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配,这样就方便了IP地址的管理。
      (2)路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组(而不考虑目的主机号),这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少,从而减小了路由表所占的存储空间。
2、IP地址的类别
     IP地址分成5类,即A类到E类,如图1-2所示。
        IP地址格式中,前几个比特用于标识地址是哪一类,A类地址第一个比特为0;B类地址的前两个比特为10;C类地址的前三个比特为110;D类地址的前四个比特为1110;E类地址的前五个比特为11110。由于IP地址的长度限定于32bit,类得标识符占用位数越多,则可使用的地址空间就越小。
        因特网的5类地址中,A、B、C三类为主类地址,D、E为次主类地址。目前因特网中一般采用A、B、C类地址。下面根据图1-18将这3类地址做个归纳,如表1-2所示。
 
类别 类别比特 网络地址空间 主机地址空间 起始地址 标识网络种类 每网主机数 适用场合
A类 0 7 24 1~126 126(27—2) 16777214(224—2) 大型网络
B类 10 14 16 128~191 16384(214 65534(216—2) 中型网络
C类 110 21 8 192~233 2097152(221 254(28—2) 小型网络
 
 





 

这里有如下几点说明。
      (1)起始地址是指前8bit表示的地址范围。
      (2)A类地址标志的网络种类为27—2,减2的原因是:第一,IP地址中的全0表示“这个(this)”网络号字段为全0的IP地址是个保留地址,意思是“本网络”。第二,网络号字段为127(即0111 1111)保留作为本地软件环回测试本主机用(后面3个字节的二进制数字可任意填入,但不能都是0或1)。
      (3)每网主机数2n—2,减2的原因是:全0的主机号字段表示该IP地址是本主机所连接到的“单个网络”地址(例如一主机的IP地址为11132.5,该主机所在的网络地址就是110.0.0)。而全1表示“所有的(all)”,因此全1的主机号字段表示该网络上的所有主机。
      (4)实际上IP地址是标识一个主机(或路由器)和一条链路的接口。当一个主机同时连接到两个网络上时,该主机就必须同时具有两个相应的IP地址,其网络号必须是不同的。这种主机称为多接口主机。由于一个路由器至少应当连接到两个网络(这样它才能将IP数据包从一个网络转发到另一个网络),因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址。
       另外D类地址不标识网络,起始地址为224~239,用于特殊用途。E类地址的起始地址为240~25该类地址暂时保留,用于进行某些试验及将来扩展之用。
 
3. IP地址的表示方法
    IP地址用点分十进制表示。所谓点分十进制32bit的IP地址,以X·X·X·X格式表示,X为8bit,其值为0~255。
    点分十进制表示的好处是可很容易地识别IP地址类别,提高IP地址的可读性。
    以上介绍的是两级结构的IP地址,这种两极IP地址的缺点是:
      (1)IP地址空间的利用率有时很低;
      (2)给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏;
      (3)两级的IP地址不够灵活。
       为了解决这些问题,因特网采用子网地址,因此IP地址结构有两级发展到三级。
 
4. 子网地址和子网掩码
     (1)划分子网和子网地址
为了便于管理,一个单位的网络一般划分为若干子网,子网是按物理位置划分的。为了标识子网和解决两级IP地址的缺点,采用子网地址。
子网编址技术是指在IP地址中,对于主机地址空间采用不同方法进行细分,通常是将主机地址的一部分分配给子网作为子网地址。采用子网编址后,IP地址结构变为三级,网络地址、子网地址、主机地址。
      (2)子网掩码
子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性,起作用为:
      ① 表示子网和主机地址位数;
      ② IP地址和子网掩码相与可确定子网地址。
          子网掩码的长度也为32bit,与IP地址一样用点分十进制表示。
          如果已知一个网络的子网掩码,将其点分十进制转换为32bit的二进制,其中“1”代表网络地址和子网地址字段;“0”代表主机地址字段。
          需要说明的是,在一个划分子网的网络中可同时使用几个不同的子网掩码,这叫可变长子网掩码。
宽带IP城域网的IP地址规划
 
1. 公有IP地址和私有IP地址
       公有IP地址是接入因特网时所使用的全球唯一的IP地址,必须向因特网的管理机构申请。公有IP地址分配方式有静态分配和动态分配两种。静态分配是给用户固定分配IP地址。动态分配是用户访问网络资源时,从IP地址池中临时申请到一个IP地址,使用完后再归还到IP地址池中。而IP地址池可以位于客户管理系统上,也可以集中放置在RADIUS服务器上。普通用户的公有IP地址一般采用动态分配方式。
       私有IP地址是仅在机构内部使用的IP地址,可以由本机构自行分配,而不需要向因特网的管理级构申请。私有IP地址一般采用静态分配方式。
虽然私有IP地址可以随机挑选,但是通常使用的是RFC1918规定的私有IP地址,包括:
       · 10.0.0.0~10.2525255,一个A类地址包含256个B类或65536个C类,共约1677万个IP地址;
       · 172.10.0~172.31.25255,一个B类地址包含4096个C类,约104万个IP地址;
       · 192.168.0.0~192.168.25255,一个B类地址包含256个C类,约65536个IP地址。
       使用私有IP地址的用户在访问因特网时,需要IP地址转换设备(NAT)将私有IP地址转换为公有IP地址。在网络地址转换设备中,私有IP地址转换为公有IP地址可以有三种实现方式,即静态方式、动态方式和复用动态方式。
      · 静态转换方式是在NAT表中事先为每一个需要转换的内部地址创建固定的映射表,建立私有地址与共有地址的一一对应关系,即内部网络中的每个主机都被永久映射成外部网络中的某个合法的地址。这样每当内部节点与外界通信时,边缘路由器或者防火墙可以做相应的变换。这种方式用于接入外部网络的用户数比较少的情况。
      · 动态转换方式是将可用的公有地址集定义成NAT池(NAT Pool)。对于要与外界进行通信的内部主机,如果还没有建立转换映射,边缘路由器或者防火墙将会动态地从NAT池中选择一个公有地址替换其私有地址,而在连接终止时再将此地址放回。
      · 复用动态方式利用公有IP地址和TCP端口号来标识私有IP地址和TCP端口号,即把内部地址映射到外部网络的一个IP地址的不同端口上。TCP协议规定使用16位的端口号,出去一些保留的端口外,一个公有IP地址可以区分多达6万个采用私有IP地址的用户端口号。由于一般运营商申请到的公有IP地址比较少,而用户数却可能很多,因此一般都采用复用动态方式。
 
2. 宽带IP城域网的IP地址规则
       接入因特网的用户必须使用公有IP地址。由于IPv4地址大部分已被分配,而因特网的用户数目前仍然保持着快速增长的速度,IP地址资源紧缺问题一直是因特网发展的一个难题,随着宽带城域网的建设,这个问题将会变得更加严重。因此为了避免耗用宝贵的地址资源,城域网内不能全部采用公有IP地址,较好的折中方案是在网内同时使用公有地址和私有地址这两类地址。当然在公有地址有保证的前提下,宽带城域网应尽量使用公有地址。
       采用两类地址的城域网结构如图1-4所示。
       在图中,核心层为混合地址域,公有IP地址和私有IP地址混合使用。核心层内部公有IP地址和私有IP地址之间不需进行地址转换,路由设备要能够同时处理公有和私有IP地址路由。对于小区内个人用户,缺省分配私有IP地址,并可访问网内宽带业务;对于企业内部网和校园网用户,一般分配若干个公有IP地址,至于其内部的私有IP地址由其自行分配。但是如果使用私有IP地址的用户需要访问外部资源时,由于内部网络与公共网络的相对隔离性,则需要运用NAT技术进行地址转换。
 
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