网络工程师之IP地址分类、单播地址、组播地址、广播知识简析

2020年5月23日19:24:06 发表评论 168 views

网络工程师之IP地址分类、单播地址、组播地址知识简析

网段

通常使用同一物理层的设备之间必然通过相同的传输介质直接相互连接,(如交叉双绞线直接连接的两台主机),但是两组其传输介质并非直接相连的网络设备,如果它们的传输介质通过工作在物理层的扩展设备如中继器和集线器等转接连接,则仍然被视为同一物理层中的设备,是一个而非两个网段。 [2]  另外,工作在数据链路层或更高层的设备如网桥、交换机、路由器等等,由它们连接起来的两组设备仍然分别处于各自独立的物理层,因此是两个网段。 

网桥实现两个网段的桥接功能,同时也起到重发器的作用,即延长线路距离及信号再生和转发。交换机原理上也工作在数据链路层,可实现多个网段的信息交换,网桥和交换机可以隔离两个网段,可以防止在某一个网段的数据被无条件地广播到另一网段,这是因为网桥接到数据帧后,判断接收到的数据帧目的地址是否和源地址在同一网段,是的话,就不再转发。交换机被称为多端口网桥,交换机的每个端口可以连接一个网段。

前面所讨论的学术定义是“网段”在物理的严格定义,“网段”还有一些不严格的含义,比如指代以太网上的一个广播域,这是数据链路层上一个独立的内部相互作用区域。

 或者在中文的网络知识入门中,这个词更经常地被误用来指代“子网”,也就是网络层中由网关或路由器等设备隔开的不同部分。例如IP为 192.168.0.1 ~ 192.168.0.254 的设备就位于掩码 255.255.255.0 的同一子网中,这句话经常被说成“位于192.168.0.x ‘网段’中”,如果不涉及网络层之下的结构,这么说不会引起混淆,但是在深入探讨互联网底层结构的时候,应该避免使用“网段”来指代“子网”。 [2]

IP地址的作用:

ip地址是用来上网的,子网掩码是用来辨别是哪个网段的 每台电脑要连接到网络都要有一个自己的ip,这个ip是独一无二的,每个电脑都是不同的,就好比是你的家庭地址一样,每个人地方的地址都是独一无二的,有了这个IP才可以上网,而子网掩码是用来分清网段的,每个ip都属于不同的网段,有了ip跟子网掩码就可以知道哪个ip地址是属于哪个网段的。

在子网掩码中用1和0来分别网络号位和主机号位,其中是1的表示是网络位,0表示主机位,IP中前面的N位表示网络号,后面的32-N位才是主机号,所以子网掩码总是前面一段全是1,后面一段全是0。我们的IP范围就是主机号范围。所有主机号中的最后一个主机号为广播地址。

IP地址分类

IP地址根据网络ID的不同分为5种类型:分别是A类地址、B类地址、C类地址、D类地址和E类地址。

1、A类IP地址:

A类IP地址地址范围从1.0.0.0 到126.0.0.0,可用的A类网络有126个;

2、B类IP地址:

B类IP地址地址范围从128.0.0.0到191.255.255.255。可用的B类网络有16382个;

3、 C类IP地址:

C类IP地址范围从192.0.0.0到223.255.255.255。C类网络可达209万余个,每个网络能容纳254个主机。

4、 D类IP地址:

D类IP地址第一个字节以“lll0”开始,它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络,目前这一类地址被用在多点广播(Multicast)中。

5、 E类IP地址:

以“llll0”开始,为将来使用保留。 全零(“0.0.0.0”)地址对应于当前主机。全“1”的IP地址(“255.255.255.255”)是当前子网的广播地址。

网络工程师之IP地址分类、单播地址、组播地址、广播知识简析

单播、广播、组播

当前的网络中有三种通讯模式:单播、广播、组播,其中的组播出现时间最晚但同时具备单播和广播的优点,最具有发展前景。

1.单播:

网络节点之间的通信就好像是人们之间的对话一样。如果一个人对另外一个人说话,那么用网络技术的术语来描述就是“单播”,此时信息的接收和传递只在两个节点之间进行。

主机之间一对一的通讯模式,网络中的交换机和路由器对数据只进行转发不进行复制。如果10个客户机需要相同的数据,则服务器需要逐一传送,重复10次相同的工作。但由于其能够针对每个客户的及时响应,所以现在的网页浏览全部都是采用单播模式,具体的说就是IP单播协议。网络中的路由器和交换机根据其目标地址选择传输路径,将IP单播数据传送到其指定的目的地。

单播在网络中得到了广泛的应用,网络上绝大部分的数据都是以单播的形式传输的,只是一般网络用户不知道而已。例如,你在收发电子邮件、浏览网页时,必须与邮件服务器、Web服务器建立连接,此时使用的就是单播数据传输方式。但是通常使用“点对点通信”(Point to Point)代替“单播”,因为“单播”一般与“多播”和“广播”相对应使用。
单播的优点:
1)服务器及时响应客户机的请求
2)服务器针对每个客户不通的请求发送不通的数据,容易实现个性化服务。

单播的缺点:
1)服务器针对每个客户机发送数据流,服务器流量=客户机数量×客户机流量;在客户数量大、每个客户机流量大的流媒体应用中服务器不堪重负。
2)现有的网络带宽是金字塔结构,城际省际主干带宽仅仅相当于其所有用户带宽之和的5%。如果全部使用单播协议,将造成网络主干不堪重负。现在的P2P应用就已经使主干经常阻塞。而将主干扩展20倍几乎是不可能。

2.广播:

主机之间一对所有的通讯模式,网络对其中每一台主机发出的信号都进行无条件复制并转发,所有主机都可以接收到所有信息(不管你是否需要),由于其不用路径选择,所以其网络成本可以很低廉。有线电视网就是典型的广播型网络,我们的电视机实际上是接受到所有频道的信号,但只将一个频道的信号还原成画面。在数据网络中也允许广播的存在,但其被限制在二层交换机的局域网范围内,禁止广播数据穿过路由器,防止广播数据影响大面积的主机。

“广播”在网络中的应用较多,如客户机通过DHCP自动获得IP地址的过程就是通过广播来实现的。但是同单播和多播相比,广播几乎占用了子网内网络的所有带宽。拿开会打一个比方吧,在会场上只能有一个人发言,想象一下如果所有的人同时都用麦克风发言,那会场上就会乱成一锅粥。集线器由于其工作原理决定了不可能过滤广播风暴,一般的交换机也没有这一功能,不过现在有的网络交换机(如全向的QS系列交换机)也有过滤广播风暴功能了,路由器本身就有隔离广播风暴的作用。

广播风暴不能完全杜绝,但是只能在同一子网内传播,就好像喇叭的声音只能在同一会场内传播一样,因此在由几百台甚至上千台电脑构成的大中型局域网中,一般进行子网划分,就像将一个大厅用墙壁隔离成许多小厅一样,以达到隔离广播风暴的目的。

在IP网络中,广播地址用IP地址“255.255.255.255”来表示,这个IP地址代表同一子网内所有的IP地址。
广播的优点:
1)网络设备简单,维护简单,布网成本低廉
2)由于服务器不用向每个客户机单独发送数据,所以服务器流量负载极低。

广播的缺点:
1)无法针对每个客户的要求和时间及时提供个性化服务。
2)网络允许服务器提供数据的带宽有限,客户端的最大带宽=服务总带宽。例如有线电视的客户端的线路支持100个频道(如果采用数字压缩技术,理论上可以提供500个频道),即使服务商有更大的财力配置更多的发送设备、改成光纤主干,也无法超过此极限。也就是说无法向众多客户提供更多样化、更加个性化的服务。
3)广播禁止允许在Internet宽带网上传输。

3.组播:

“多播”也可以称为“组播”,主机之间一对一组的通讯模式,也就是加入了同一个组的主机可以接受到此组内的所有数据,网络中的交换机和路由器只向有需求者复制并转发其所需数据。主机可以向路由器请求加入或退出某个组,网络中的路由器和交换机有选择的复制并传输数据,即只将组内数据传输给那些加入组的主机。这样既能一次将数据传输给多个有需要(加入组)的主机,又能保证不影响其他不需要(未加入组)的主机的其他通讯。

在网络技术的应用并不是很多,网上视频会议、网上视频点播特别适合采用多播方式。因为如果采用单播方式,逐个节点传输,有多少个目标节点,就会有多少次传送过程,这种方式显然效率极低,是不可取的;如果采用不区分目标、全部发送的广播方式,虽然一次可以传送完数据,但是显然达不到区分特定数据接收对象的目的。采用多播方式,既可以实现一次传送所有目标节点的数据,也可以达到只对特定对象传送数据的目的。

IP网络的多播一般通过多播IP地址来实现。多播IP地址就是D类IP地址,即224.0.0.0至239.255.255.255之间的IP地址。Windows 2000中的DHCP管理器支持多播IP地址的自动分配。

组播的优点:
1)需要相同数据流的客户端加入相同的组共享一条数据流,节省了服务器的负载。具备广播所具备的优点。
2)由于组播协议是根据接受者的需要对数据流进行复制转发,所以服务端的服务总带宽不受客户接入端带宽的限制。IP协议允许有2亿6千多万个组播,所以其提供的服务可以非常丰富。
3)此协议和单播协议一样允许在Internet宽带网上传输。

组播的缺点:
1)与单播协议相比没有纠错机制,发生丢包错包后难以弥补,但可以通过一定的容错机制和QOS加以弥补。
2)现行网络虽然都支持组播的传输,但在客户认证、QOS等方面还需要完善,这些缺点在理论上都有成熟的解决方案,只是需要逐步推广应用到现存网络当中。

组播地址、单播地址

单播(unicast)指数据发送过程中只有一个发送方和一个接受方,单播地址就是指接受方接口的地址。

例如172.31.128.255./18 为unicast ip address 172.31.128.255的二进制是10101100.00011111.10000000.11111111,其网络号为18位,即是10101100.00011111.10所以其主机地址是000000.11111111.它既不是全0的,也不是全1的主机地址.所以是单播地址.

组播(mulitcast)指的是数据发送过程中只有一个发送方和一组指定接受方,组播地址就是指一组接口的地址(通常分属不同节点),发送到多播地址的数据包被送到由该地址标识的每个接口。 组播的地址是保留的D类地址从 224.0.0.0—239.255.255.255 下面列出部分知名或已用的IP组播地址。

实际上,224.0.0.0---224.2.255.255的绝大部分地址已被使用,建议使用时避开上述地址(详细使用情况请参阅RFC 1700)。

224.0.0.0 基础地址,保留,不能被任何群组使用

224.0.0.1 全主机群组(all hosts group),指参加本IP组播的所有主机、路由器、网关(不是指整个互连网)

224.0.0.2 本子网上的路由器(all routers on a LAN)

224.0.0.4 DVMRP*路由器(DVMRP Routers)

224.0.0.5 本子网上的OSPF*路由器(all OSPF routers on a LAN)

224.0.0.6 本子网上被指定的OSPF路由器(all designated OSPF routers on a LAN)

224.0.1.1 网络时间协议(Network Time Protocol,NTP)

224.0.5.000-224.0.5.127 蜂窝式数字信息包数据发送主机组(CDPD Groups)

224.1.0.0-224.1.255.255 基于流的协议组播主机组(Stream Protocol Multicast Groups)

224.2.0.0-224.2.255.255 多媒体会议呼叫(Multimedia Conference Calls)

*注:DVMRP是Distance vector multicast routing protocol的缩写


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