计算机网络中 IP 地址应用研究论文

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　　摘 要：IP 地址是计算机网络中非常重要的概念。正是有了 IP 地址,世界上这么多计算机才能彼此“认识”,从而进一步 实现相互通信。IPV4 用 32 位的二进制数表示,分为网络号部分和主机号部分,因此给主机配一个 IP 地址就标明了该主机是 位于哪一个网段的哪一台主机。本文从 IP 地址的概念和分类、每一类的范围、子网掩码、划分子网、CIDR(构造超网)、网 络地址的算法、私有 IP 地址等方面进行论述 IPV4 的应用研究。结论 ：IP 地址是保证网络中的计算机能彼此通信的必要条件 之一,是网络分类和划分子网等操作的依据,因此研究 IP 地址具有重要意义。

　　关键词：IP地址分类,CIDR 构造超网,网络地址的算法,私有IP地址,NAT 技术


　　【Abstract】： IP address is a very important concept in computer network. It is because of IP addresses that so many of the world's computers can "Know" each other and thus further communicate with each other. IPV4 is a 32-bit binary number that is divided into the network number part and the host number part. Therefore, assigning a host an IP address indicates which host is located in which network segment. This paper discusses the application of IPV4 from the concept and classification of IP address, the scope of each category, subnet mask, subnetwork division, CIDR (construction of hypernetwork), network address algorithm, private IP address and so on. Conclusion: IP address is one of the necessary conditions to ensure that the computers in the network can communicate with each other, and it is the basis of network classification and subnetwork division, so the study of IP address is of great significance.

　　【Key words】： IP address classification;CIDR structure supernet;network address algorithm;private IP address; NAT technology


　　0 引言

　　众所周知,根据“计算机之父”冯 · 诺依曼的思想, 计算机中采用二进制,原因就是二进制相对于八进制、 十进制、十六进制更简单。IP 地址中的“地址”两个字, 是一种比喻,意思是有了这个地址就可以找到这台计算 机,就像我们知道了某个地址能找到某个地方一样。

　　1 为什么要研究 IP 地址

　　IP 地址是用二进制表示,从大类来说目前常用的是 IPV4 和 IPV6. 这里 的“V” 指 Version 版本 的意思。 本文中的 IP 地址指 IPV4.IP 地址由 32 位的二级制数 表示,由于 32 位的二进制数无论是书写还是记忆都不方便,因此人们用十进制数来表示 IP 地址, 具体的表 示方法是点分十进制。即用点号把十进制数分开,用四 个十进制数来表示 32 个二进制数, 每 8 个二进制数用 一个十进制数表示如图 1 所示。


　　需要指出的是 IPV6 是由 128 位的二进制数组成, 为了书写和记忆方便用十六进制表示,每一个十六进制 数表示 16 位二进制数,一共用 8 个十六进制数表示, 即把 128 位的二进制数平均分为 8 个部分。书写时冒号 把每个十六进制数隔开,这种方法称为冒分十六进制。 IP 地址由两部分组成,称为网络号和主机号。网络号 和主机号加在一起一共是 32 位如图 2 所示。


　　网络中的任意一台主机的 IP 地址是唯一的, IP 地址 的网络号表示了其位于哪一个网段上,而主机号又表示 了该主机是该网络上的具体哪一台主机,这样 IP 地址就 有了唯一性。也正式由于其唯一性,才是保障 Internet 上这么多主机在相互通信时才不会出错的因素之一,因 此 IP 地址对于计算机网络而言具有重要意义 [1]。

　　2 IP 地址的应用

　　IP 地址是由一个叫因特网名字与数字分配机构 ICANN(The Internet Corporation forAssigned Names and Numbers)进行分配。传统的分配方法是把 IP 地 址分为 A 类、B 类、C 类、D 类、E 类五种。其中 D 类 是多播(即广播)地址、E 类为保留地址,所以经常被 使用的就是 A 类、B 类和 C 类(如图 3 所示)。


　　A 类 IP 地址的网络号是 8 位,则主机号为 24 位 ;

　　B 类 IP 地址的网络号是 16 位,则主机号也为 16 位 ;

　　C 类 IP 地址的网络号是 24 位,则主机号为 8 位。

　　A 类 IP 地址网络号的高位规定一位(即最左边的 一位二进制数),该位数规定为 0 ;

　　B 类 IP 地址网络号的高位规定两位(即最左边的 两位二进制数),该两位数规定为 1、0 ;

　　C 类 IP 地址网络号的高位规定三位(即最左边的 三位二进制数),该三位数规定为 1、1、0(如图 4 所示)。


　　因此,可以计算 A 类 IP 地址网络范围,最小应 该是 8 位二进制数 00000000.转换为十进制为 0.最 大应为二进制数 01111111.转为十进制数为 127.所 以 A 类 IP 地址的范围是 0 ~ 127.共有 27=128 个, 但 是 0 和 127 不用。因此 A 类 IP 地址的网络位的有效范 围是 1 ~ 126. 共 27-2=126 个。则可分配的主机数 为 224-2 个,为什么要减去 2 呢,因为全 0 和全 1 的不 用。则可分配的主机数为 224-2=16777214.同理, 可以 计算 B 类 IP 地址网络号的范围,最小应该是 16 位二进 制数 10000000 000000. 转换为十进制表示为为 128.0 最大应为二进制数 10111111 11111111 转换为十进制数 表示为 191.255.因此 B 类 IP 地址的网络号范围应该 是 128.0 ~ 191.255. 但由于 128.0 被因特网数字分配 机 构 保 留 了 IANA((The Internet Assigned Numbers Authority), 所以 128.0 不能用,B 类 IP 地址的有效网 络号范围为 128.1 ~ 191.255.共有 214-1=16383 个网络。 则可分配的主机数为 216-2=65534.C 类 IP 地址的网络号 和主机号的求法同上。C 类 IP 地址网络号的最小应是 24 位二进制数(11000000 00000000 00000000)转换为十 进制为 192.0.0.最大值应为 24 位二进制数(11011111 11111111 11111111) 转换为十进制为 223.255.255.由 于 192.0.0 被 IANA 保留, 所以 C 类 IP 地址的有效范围 为 192.0.1 ~ 223.255.255. 共有 221-1=2097151 个, 则可分 配的主机数为 28-2=254(如表 1 所示)。


　　3 计算机中 IP 地址与 MAC 地址的应用

　　当我们说起计算机中的地址时一般是指两种地址, 即 IP 地址和 MAC 地址。IP 地址是逻辑地址。MAC (Media Access Control) 地址是物理地址又称硬件地 址。IP 地址是 32 位的二进制数在网络层及网络层以上 使用 ;MAC 地址是 48 位的二进制数,这 48 位的二进 制数等分为两部分,前 24 位是相关机构分配给生产网 卡的厂商的,后 24 位是厂商自己决定的,这样能在一 定程度上避免混乱。为了方便正如 32 位的二级制 IP 地址用点分十进制表示一样, 48 位的二进制 MAC 地址用 12 个十六进制数,每两个十六进制数在一起用冒号 隔开 [2]。


　　RARP(Reverse Address Resolution Protocol) 反 向地址解析协议。是和 ARP 工作过程相反的协议,把 MAC 地址解析为 IP 地址。RARP 的工作过程是这样 的, 也是主机发送广播。比如主机 A 发送 RARP 广播 到广播域上的 RARP 服务器,大意是我是主机 A,我的 MAC 地址是多少,请求 RARP 回复主机 A 的 IP 地址, 在同一个网段上的 RARP 服务器收到请求后会检查自己 的 RARP 列表,查找 MAC 地址对应的 IP 地址,如果列 表中存在,则会响应主机 A,返回给它一个 IP 地址,则 主机 A 可以利用该收到的 IP 地址进行通信。如果列表 中不存在则 RARP 服务器不做出任何响应 [3]。在 RARP 中,虽然主机发送的是广播地址,但 RARP 规定,只 有 RARP 服务器才作出应答。在不同的网络中可以指定 多台 RARP 服务器,这样可以满足大量的 RARP 请求, 也可以起到冗余备份的作用。

　　4 结语

　　IP 地址是使得网络中的计算机彼此间能通信的必要 条件 ;IP 地址在网络中的应用非常普遍也很重要,如给 网络分类、划分子网等都是依据 IP 地址来操作。

　　参考文献

　　[1] 马迪,毛伟,田野,等.面向可信互联网的IP地址管理技术研究 [J].计算机应用研究,2012.29(3):801-807.

　　[2] 白有林.IP地址初识与探析[J].科技创业月刊,2015.28(8): 109-110.

　　[3] 杨莉莉,蒋生飞,张宇,等.IP地址全流程行为使用分析方法 [J]. 自动化技术与应用,2022.41(2):55-59.
 
 
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