淺談IP地址分配與中繼設(shè)備

1. TCP/IP模型

TCP/IP協(xié)議是在OSI參考模型出現(xiàn)之間就被開發(fā)的，并廣泛部署在計算機網(wǎng)絡(luò)中。但是，后來由于概念混淆，TCP/IP模型的層次和名稱往往與OSI模型的層次名稱相互借用。如圖1.所示。

圖1. OSI模型與TCP/IP模型對比

TCP/IP是一個由許多單獨協(xié)議組成的開放的協(xié)議棧，TCP/IP四層協(xié)議分別是指：應(yīng)用層、傳輸層（也稱，主機到主機層）、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接入層，各層的協(xié)議如圖2.所示。

圖2. TCP/IP協(xié)議棧包含的協(xié)議

2. IP地址表示及分類

IP地址等于網(wǎng)絡(luò)地址加上主機地址，網(wǎng)絡(luò)地址表示其屬于互聯(lián)網(wǎng)的哪一個網(wǎng)絡(luò)，主機地址表示其屬于該網(wǎng)絡(luò)中的哪一臺主機。二者是主從關(guān)系。IP被分為A、B、C、D、E五類，如表所示。其中D類子網(wǎng)被用于多播，E類子網(wǎng)被保留將來使用。IP地址由四段組成，每段一個字節(jié)八位。

圖3. IP地址分類

A類：（1.0.0.0-126.0.0.0）第一個字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)號，后三個字節(jié)為主機號。該類IP地址的最前面為“0”，所以地址的網(wǎng)絡(luò)號取值于1~126之間。一般用于大型網(wǎng)絡(luò)。

默認子網(wǎng)掩碼：255.0.0.0或 0xFF000000

其中私有地址范圍是：10.0.0.0～10.255.255.255

B類：（128.0.0.0-191.255.0.0）前兩個字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)號，后兩個字節(jié)為主機號。該類IP地址的最前面為“10”，所以地址的網(wǎng)絡(luò)號取值于128~191之間。一般用于中等規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。

默認子網(wǎng)掩碼：255.255.0.0或0xFFFF0000

其中私有地址范圍是：172.16.0.0～172.31.255.255

C類：（192.0.0.0-223.255.255.0）前三個字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)號，最后一個字節(jié)為主機號。該類IP地址的最前面為“110”，所以地址的網(wǎng)絡(luò)號取值于192~223之間。一般用于小型網(wǎng)絡(luò)。

子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0或 0xFFFFFF00

其中私有地址范圍是：192.168.0.0～192.168.255.255

D類：是多播地址。該類IP地址的最前面為“1110”，所以地址的網(wǎng)絡(luò)號取值于224~239之間。一般用于多路廣播用戶。

E類：是保留地址。該類IP地址的最前面為“1111”，所以地址的網(wǎng)絡(luò)號取值于240~255之間。

在這些IP地址中，按照用途的范圍又可以分為公有地址和私有地址兩大類，公用地址在Internet中使用，可以在Internet中隨意訪問。私有地址只能在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中使用，只有通過代理服務(wù)器才能與Internet通信。使用保留地址的網(wǎng)絡(luò)只能在內(nèi)部進行通信，而不能與其他網(wǎng)絡(luò)互連。因為本網(wǎng)絡(luò)中的保留地址同樣也可能被其它網(wǎng)絡(luò)使用，如果進行網(wǎng)絡(luò)互連，那么尋找路由時就會因為地址的不唯一而出現(xiàn)問題。

子網(wǎng)掩碼的作用是計算網(wǎng)絡(luò)標識，即IP地址 & 子網(wǎng)掩碼 = 網(wǎng)絡(luò)標識。

圖4. 網(wǎng)絡(luò)標識計算

3. 網(wǎng)絡(luò)中繼設(shè)備

計算機網(wǎng)絡(luò)由不同類型的網(wǎng)絡(luò)相互連接組成，將這些網(wǎng)絡(luò)單元連接起來的設(shè)備稱之為中繼，根據(jù)中繼系統(tǒng)所在的層次，可以將中繼分為如下幾類：

圖5. 中繼設(shè)備的分類

各類設(shè)備的功能可以概括為：

轉(zhuǎn)發(fā)器：用于連接多個以太網(wǎng)段并且偵聽每個網(wǎng)段，主要功能是延伸網(wǎng)段和改變傳輸媒體，從而實現(xiàn)信息位的轉(zhuǎn)發(fā)。

交換機：交換機工作于OSI參考模型的第二層。交換機內(nèi)部的CPU會在每個端口成功連接時，通過ARP協(xié)議學(xué)習(xí)它的MAC地址，保存成一張ARP表。在今后的通訊中，發(fā)往該MAC地址的數(shù)據(jù)包將僅送往其對應(yīng)的端口。如果MAC地址表中沒有，將數(shù)據(jù)發(fā)給所有端口進行廣播。如果廣播后還沒有回應(yīng)，則將數(shù)據(jù)發(fā)送給上級的路由器。

路由器：連接廣域網(wǎng)使用，接收到LAN口的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)給WAN口，然后根據(jù)路由表來選擇路徑進行轉(zhuǎn)發(fā)。

網(wǎng)關(guān)：一種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，可以支持不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的互連。網(wǎng)關(guān)具有對不兼容的高層協(xié)議進行轉(zhuǎn)換的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)設(shè)備之間的通信。

下圖為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接拓撲圖：

圖6. 網(wǎng)絡(luò)連接拓撲圖