IP地址划分、子网划分、ARP地址解析协议和RARP逆地址解析协议

素颜马尾好姑娘i 2022-06-08 03:25 281阅读 0赞

网际协议 IP 是 **TCP/IP 体系**中两个最主要的协议之一，与 IP 协议配套使用的还有四个协议：

> Ø 地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)
> 
> Ø 逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)
> 
> Ø 网际控制报文协议  ICMP (Internet Control Message Protocol) 注：ICMP 不是高层协议，而是 IP 层的协议。
> 
> Ø  网际组管理协议IGMP (Internet Group Management Protocol)

## 1 IP地址分类和特点 ##

每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是**网络号 net-id**，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是**主机号 host-id**，它标志该主机（或路由器）。

两级的 IP 地址可以记为：**IP 地址 ::= \{ <网络号>, <主机号>\} ， ::= 代表“定义为”**

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IP 地址中的网络号字段和主机号字段

**常用的三种类别的IP 地址**

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**IP 地址的一些重要特点**

> (1) IP 地址是一种分等级的地址结构
> 
> (2) 实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。
> 
> Ø 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 net-id 必须是不同的。这种主机称为多归属主机(multihomed host)。
> 
> Ø 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 数据报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。
> 
> (3) 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号net-id。
> 
> (4) 所有分配到网络号 net-id 的网络，无论是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。

## 2 子网划分 ##

从 1985 年起在 IP 地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级的 IP 地址变成为三级的 IP地址。这种做法叫作划分子网(subnetting) 。划分子网已成为因特网的正式标准协议。

> Ø 划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。
> 
> Ø 从主机号借用若干个位作为子网号subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个 位。
> 
> Ø IP地址 ::= \{<网络号>, <子网号>, <主机号>\}
> 
> Ø 凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报，仍然是根据 IP 数据报的目的网络号 net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。
> 
> Ø 然后此路由器在收到 IP 数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网。
> 
> Ø 最后就将 IP 数据报直接交付目的主机。

**子网掩码**

Ø 从一个 IP 数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。

Ø 使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。

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**1 根据IP地址和子网掩码，求网络地址？**

通常给一个这样的地址：192.168.0.1/24  
24：首先表示可用的IP数量为2的（32-24）次方-2个，即有效地址为：2的8次方-2（个）。  
同时，又表示子网掩码中表示网络的二进制位数是24位，有24个1，即： 11111111.11111111.11111111.00000000  
变成十进制就是：255.255.255.0；  
如果把前面的IP也变成二进制数，即：  
11000000.10101000.00000000.00000001 （192.168.0.1）  
11111111.11111111.11111111.00000000 （255.255.255.0）  
将两者做'与'运算得：  
11000000.10101000.00000000.00000000  
再变成十进制数得：192.168.0.0，就是标题中IP地址192.168.0.1所属的网络地址，也可以说192.168.0.1在192.168.0.0这个网段内。  
**2 给出IP地址和子网数，求子网掩码**  
IP:192.168.1.0 子网掩码:255.255.255.0,代表 192.168.1是网络位数..怎么来的呢?  
原因就是子网掩码的非零部分代表网络数..非零部分,是用二进制表示的..255.255.255.0用二进制表示就是 11111111 11111111 11111111 00000000,在与ip进行and运算后,,就知道192.168.1 代表网络位数.  
同理如果子网掩码为11111111 11111111 11111111 11000000 ,则表示有26位代表网络数.后面的两个1相当于在原有基础上划分了子网..划分了多少位?答案是2的2次方 为4位..  
192.168.1.1 用二进制表示为:11000000 10101000 00000001 00000001  
如果子网掩码二进制为: 11111111 11111111 11111111 10000000  
则IP地址的 11000000 10101000 00000001 0 （前25位）代表网络位.也相当于在C类网址的基础上人为划分了几个网段.因为只多了一个位数.所以也相当于多划分了2个网段.即:11111111 11111111 11111111 1 和11111111 11111111 11111111 0 两个网段...用

十进制表示为 255.255.255.0,和255.255.255.128总之,多少个网段都是用二进制来表示的.

## 3 地址解析协议 ARP 和逆地址解析协议 RARP ##

**1、ARP**

> 不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用**硬件地址**；
> 
> 而ARP(Address Resolution Protocol)是根据[IP地址][IP]获取[物理地址][Link 1]的一个[TCP/IP协议][TCP_IP]；每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(**ARP cache**)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。
> 
> [主机][Link 2]发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。
> 
> (地址解析协议是建立在网络中各个主机互相信任的基础上的，网络上的主机可以自主发送ARP应答消息，其他主机收到应答报文时不会检测该报文的真实性就会将其记入本机ARP缓存；)

**工作原理：**

> 1）当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B发送 IP 数据报时，首先在自己的路由表中确定其访问的主机B的IP地址，然后在主机A的 ARP 高速缓存中匹配有无主机 B 的 IP 地址。
> 
> 2）如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将该MAC 帧发往此硬件地址。
> 
> （ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP地址和硬件地址的映射问题。如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。）
> 
> 3）如果主机A在ARP缓存中没有找到映射，它将询问192.168.1.2的硬件地址，从而将ARP请求帧**广播**到本地网络上的所有主机。（源主机A的IP地址和MAC地址都包括在ARP请求中。）本地网络上的每台主机都接收到ARP请求并且检查是否与自己的IP地址匹配。如果主机发现请求的IP地址与自己的IP地址**不匹配，它将丢弃ARP请求**。
> 
> 4）主机B确定ARP请求中的IP地址与自己的IP地址匹配，则将主机A的IP地址和MAC地址[映射][Link 3]添加到本地ARP缓存中。
> 
> 5）主机B将包含其MAC地址的ARP回复消息直接发送回主机A。
> 
> 6）当主机A收到从主机B发来的ARP回复消息时，会用主机B的IP和MAC地址映射更新ARP缓存。本机缓存是有[生存期][Link 4]的，生存期结束后，将再次重复上面的过程。主机B的MAC地址一旦确定，主机A就能向主机B发送IP通信了。

2**、RARP**

> 逆地址解析协议 RARP 是---根据自己MAC地址找到对应的IP地址。
> 
> （这种主机往往是无盘工作站。因此 RARP协议目前已很少使用。）
> 
> **工作原理：**
> 
> 1）网络上的每台设备都会有一个独一无二的硬件地址，通常是由设备厂商分配的MAC地址。PC1从网卡上读取MAC地址，然后在网络上发送一个RARP请求的广播数据包，请求RARP服务器回复该PC的IP地址。
> 
> 2）RARP服务器收到了RARP请求数据包，为其分配IP地址，并将RARP回应发送给PC1。3）PC1收到RARP回应后，就使用得到的IP地址进行通讯。

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