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︱422︱华东科技 计算机的网络身份IP地址剖析
杨月生
（国网福建安溪县供电有限公司，福建 安溪 362400）
【摘 要】IP地址是网络上用来对“具体位置”进行定位的一种方式，通过IP地址可以定位具体物理网络的主机，所以IP地址也可
以算作某一具体的计算机在整个互联网络中的身份标识。IP地址根据网络ID可以划分为具有不同用途的多种类型。文章简述了IP地址与
网关以及子网掩码之间的关系，对计算机IP地址的网络身份作用进行剖析
【关键词】计算机；IP地址；剖析
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1006-8465（2015）12-0422-01
IP地址是一种对主机身份进行判断的编码，能够起到证明计算
机网络身份的作用。网络号是IP地址中的一段编码，用来标明网段。
在不同局域网下进行数据包传递，则需要在子网掩码的判断下，通
过网关进行传递。本文即通过分析这些相关概念，来对IP地址的作
用进行剖析。
1 IP地址概述
1.1 IP地址的概念
“IP”是Internet protocol（网络互联协议）的缩写。作为
一种网络间的协议，使得计算机网路相互连接，实现通信。无论任
何厂家生产任何种类的计算机系统，只要遵守IP协议，就可以实现
与因特网之间的联通。也是因为这种特性，使得因特网依托IP协议
而形成如今世界上最大的计算机网络。
为了实现计算机之间的相互通信，需要为每台计算机制定一个
编号。而在因特网中，对连入网络的计算机即采用IP地址的形式，
予以编号。通俗的讲，如果每台电脑都被当作一台电话机的话，那
么就可以将IP地址视为电话号码。
IP地址使用二进制数表示，共有32位。每8位为1组，共分
为4组。使用过程中通常采用“点分十进制”对IP地址进行表达，
以（100.7.8.9）的十进制IP地址为例，实际上为
（01100100.00000111.00001000.00001001）的32为2进制数。
计算机网络基础知识学习-数据包格式分析-传输过程-IP地址分类-网络设备
1.1 计算机网络基础知识学习
1.1.1 对数据包格式的分析
由于在对包进行分析时都要参考数据包的格式，所以数据包的格式是相当重要的。在抓包时，首先是获得链路层的帧，根据帧头可以获得源mac和目的mac以及上层的协议。一般帧头是14byte，链路层帧的包头结构在程序中的表示如下：
/* 6字节的mac地址 */
typedef struct mac_address
{
u_char byte1;
u_char byte2;
u_char byte3;
u_char byte4;
u_char byte5;
u_char byte6;
} mac_address;
/* 14字节的ether帧头 */
typedef struct ether_header
{
mac_address dest_mac;
mac_address src_mac; u_short protocal;
} ether_header;
根据帧头的长度将指针往后移，然后可以获得IP数据报的头部指针，根据报头信息可以获得源IP、目的IP、上层协议、头部长度、总长度等信息，IP数据报的头部格式如下图所示：
图2.2.2.1 IPV4头部格式
图2.2.2.2 IPV6头部格式
IPV4报文结构在程序中的表示：
/* 4字节的IP地址 */
typedef struct ip_address
{
u_char byte1;
u_char byte2;
u_char byte3;
u_char byte4; } ip_address;
/* IP头部 */
typedef struct ip_header
{
u_char ver_ihl; // 版本 (4 bits) + 首部长度 (4 bits)
计算机网络原理 IP地址与物理地址的映射
实现从IP地址到物理地址的映射是非常重要的，任何一次从IP层以上（包括IP层）发起的数据传输都使用IP地址，一旦使用IP地址，必然涉及这种映射，否则物理网络便本不能识别地址信息，无法进行数据传输。
IP地址到物理地址映射有表格方式和非表格方式两种方式。
表格方式是事先在各主机中建立一张IP地址，物理地址映射表。这种方式很简单，但是映射表需要人工建立及人工维护，由于人的速度太慢，因此该方式不适应大规模和长距离网络或映射关系变化频繁的网络。
非表格方式采用全自动技术，地址映射完全由机器自动完成。根据物理地址类型的不同，非表格方式又分为两种，即直接映射和动态联编。
直接映射。物理地址可以分为固定物理地址和可自由配置的物理地址两类，对于可自由配置的物理地址，经过特意配置后，可以将它编入IP地址码中，这样，物理地址的解析就变得非常简单，即将它从IP地址的主机号部分取出来便是。这种方式就是直接映射。直接映射直截了当，但适用范围有限，当IP地址中主机号部分容纳不下物理地址时，这种方式就会失去作用。另外，像以太网这样的物理网络，其物理地址是固定的，一旦网络接口更换，物理地址随之改变，采用直接映射也会有问题。
动态联编。像以太网这样的物理网络具备广播能力。针对这种具备广播能力、物理地址固定的网络，TCP/IP设计了一种巧妙的动态联编方式进行地址解析，并制定了相应标准，这就是ARP。动态联编ARP的原理是，在广播型网络上，一台计算机A欲解析另一台计算机B的IP地址BP，计算机A首先广播一个ARP请求文，请求IP地址为BP的计算机回答其物理地址。网上所有主机都将收到该ARP请求，但只有B识别出自己的IP地址，并做出应答，向A发回一个ARP响应，回答自己的IP地址。这种解析方式就是动态联编。
为提高效率，ARP使用了高速缓存技术（caching），在每台使用ARP的主机中，都保留了一个专用的内存区（即高速缓存），存放最近获得的IP地址-物理地址联编。一收到ARP应答，主机就将信宿机的IP地址和物理地址存入缓存。欲发送报文时，首先去缓存中查找相应联编，若找不到，再利用ARP进行地址解析。这样就不必每发一个报文都要事先进行动态联编。实验表明，由于多数据网络通信都需要持续发送多个报文，所以高速缓存大大提高了ARP的效率。
IP地址习题
1、192.168.1.1代表的是（ ）地址。
A、A类地址 B、B类地址 C、C类地址 D、D类地址
2、224.0.0.5代表的是（ ）地址。
A、主机地址 B、网络地址 C、组播地址 D、广播地址
3、192.168.1.255代表的是（ ）地址。
A、主机地址 B、网络地址 C、组播地址 D、广播地址
4、对于一个没有经过子网划分的传统C类网络来说，允许安装多少台主机？（ ）
A、1024 B、65025 C、254 D、16 E、48
5、IP地址219.25.23.56的缺省子网掩码有几位（ ）。 A、8 B、16 C、24 D、32 8
6、国际上负责分配IP地址的专业组织划分了几个网段作为私有网段，可以供人们在私有网络自由分配使用，以下属于私有地址的网段是（ ）
A、10.0.0.0/8 B、172.16.0.0/12 C、192.168.0.0/16 D、224.0.0.0/8
7、保留给自环测试的IP地址是（ ） A、127.0.0.0 B、127.0.0.1 C、224.0.0.9 D、126.0.0.1
题1：现要对C类192.168.10.0网络划分13个子网，求各子网的子网掩码、网络地址、广播地址、以及可容纳的最多主机数。
题2：一个子网IP地址为10.32.0.0，子网掩码为255.224.0.0的网络，它允许的最大主机地址是什么？
题3：现想对192.168.0.0/24、192.168.1.0/24、192.168.2.0/24、192.168.3.0/24进行子网聚合，求新网络的子网掩码。
题4：192.168.2.16/28子网中每个子网最多可以容纳多少台主机。
题5：IP地址是202.112.14.137，子网掩码为255.255.255.224的网络地和广播地址分别是什么？
题6：请写出172.16.22.38/27地址的子网掩码、广播地址，以及该子网可容纳的主机数各是多少。
