大型監(jiān)控系統(tǒng)中IP地址與子網(wǎng)掩碼的規(guī)劃

監(jiān)控系統(tǒng)中IP地址與子網(wǎng)掩碼Subnet Mask用意

　　在大型網(wǎng)絡監(jiān)控中，所謂的“IP 地址(IP Address)”就像現(xiàn)實生活中每戶人家擁有的唯一通訊地址一樣，是獨一無二的。在監(jiān)控網(wǎng)絡上，系統(tǒng)的傳送及接收都可以通過 IP 地址進行辨識，將數(shù)據(jù)傳送到唯一目的地址完成通訊。另外，監(jiān)控系統(tǒng)中的IP地址也與網(wǎng)絡計算機類似，在世界各地的 IP地址都必須具有一致性，才不會導致在設備裝置上的辨識混亂。由此可見，監(jiān)控系統(tǒng)中的IP地址必須依循一套標準與規(guī)范才能達成。

　　目前，與一般計算機網(wǎng)絡應用相同，監(jiān)控系統(tǒng)所使用的IP地址也是第四版IP地址，即IPv4 地址。而為滿足使用上的需求，IETF(Internet Engineering Task Force，因特網(wǎng)工程任務組)現(xiàn)已陸續(xù)推出 IPv5及IPv6兩種類型，其中IPv5 是提供給 Stream Protocol 實驗協(xié)議專用;IPv6則是IPv4的延伸擴充，以備地址數(shù)量不敷時使用。此外，在IPv6中，IP地址標頭格式也提供靈活的動態(tài)字段設定，而此方式就是給DVR、NVR等儲存裝置一個可辨識聯(lián)機的地址 。

　　在監(jiān)控系統(tǒng)應用中，IP 地址可分為兩部分，前半部分是網(wǎng)絡地址，后半部分是設備在網(wǎng)絡中的位置。監(jiān)控設備的IP一般是用前半部分做為辨識，后半部分則為數(shù)據(jù)包選擇路徑。而監(jiān)控主機在數(shù)據(jù)包到達目的網(wǎng)絡后，用來完成最后的傳送。一個大型監(jiān)控系統(tǒng)在分配到一組網(wǎng)絡地址后，管理者必須負責管理整個網(wǎng)絡中的主機地址。此時，管理者一般可以將整個大網(wǎng)絡劃分為數(shù)個分散較小的網(wǎng)絡，這些較小的內(nèi)部網(wǎng)絡，就叫做“子網(wǎng)(subnet)”。子網(wǎng)的基本原理是利用移動網(wǎng)絡地址和主機地址位間的“分隔線”來產(chǎn)生新的網(wǎng)絡，但減少了每一個網(wǎng)絡可有主機的數(shù)目。需要說明的是，子網(wǎng)只有監(jiān)控系統(tǒng)本身知道，而對于監(jiān)控系統(tǒng)中因特網(wǎng)上的其它內(nèi)外網(wǎng)絡而言，并不在意監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡中有幾個子網(wǎng)，因為整個32位的IP地址仍然是被當作標準的地址來解讀。當數(shù)據(jù)報進入某局域網(wǎng)絡時，我們用一個所謂的“子網(wǎng)掩碼(Subnet Mask)”來達到處理子網(wǎng)目的。例如此時掩碼mask 中的某位是1 ，則對應IP 地址中的位，就是網(wǎng)絡位。如果子網(wǎng)掩碼對應IP地址是 0，則可判定這是一個監(jiān)控主機的地址。

　　IP地址與子網(wǎng)掩碼Subnet Mask內(nèi)容為何

　　在大型監(jiān)控項目中，工程人員必須在事先了解IP地址與子網(wǎng)掩碼以及IP地址與網(wǎng)絡分類的基本內(nèi)容后，方可開始進行所謂的IP規(guī)劃。 事實上，視頻監(jiān)控項目中的IP地址與子網(wǎng)掩碼subnet mask的規(guī)劃及定義與傳統(tǒng)網(wǎng)絡并無區(qū)別。首先，眾所周知，不同的物理網(wǎng)絡技術有不同的編址方式，不同網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)中的主機有不同的網(wǎng)絡地址。網(wǎng)絡之間網(wǎng)技術是將不同物理網(wǎng)絡技術統(tǒng)一起來的高層軟件技術，它采用一種全局通用的地址格式，為全網(wǎng)的每一網(wǎng)絡和每一主機都分配一個網(wǎng)間地址，以此屏蔽物理網(wǎng)絡地址的差異。IP協(xié)議提供一種全網(wǎng)絡間網(wǎng)通用的地址格式，并在統(tǒng)一管理下進行IP地址分配，以保證每一個地址對應一臺網(wǎng)絡之間網(wǎng)主機(包括路由器在內(nèi))，這樣物理地址的差異被IP層所屏蔽。IP層所用到的地址叫做網(wǎng)間網(wǎng)地址，又叫IP地址。它由網(wǎng)絡號和主機號兩部分組成，統(tǒng)一網(wǎng)絡內(nèi)的所有設備使用相同的網(wǎng)絡號是非常重要的。接下來了解一下這些規(guī)則及定義內(nèi)容。

　　監(jiān)控系統(tǒng)IP地址如何定義

　　IPv4 地址是由 32 位元所組成，一般以 8 位為單位octet將32位分成四部分，彼此間做區(qū)隔，例"100100011.00001110.01001000.00011100"，此即為“加點二進制表示法(dotted binary notation)”，由于二進制表示法太長不易記憶，故通常使用十進制來表示，上述的二進制 IP 地址即可表示成 "163.14.75.28"，此即為“加點十進制表示法(dotted decimal notation)”。由于每一部分均由 8 位所組成，故每個十進制值均介于 0 ~ 255 之間。IP 地址主要分為兩部分：網(wǎng)絡位(Network bits)和主機位(Host bits)。網(wǎng)絡位主要是用來辨識其 IP 地址是屬于哪一個網(wǎng)絡系統(tǒng)，而主機位則是用來辨識其 IP 地址在其所屬的網(wǎng)絡系統(tǒng)中是屬于哪一臺監(jiān)控主機。在網(wǎng)絡上連接的所有監(jiān)控設備，從服務器到監(jiān)控PC工作站都必以獨立的身份出現(xiàn)。為了實現(xiàn)各主機間的通信，每臺主機都必須有一個唯一的網(wǎng)絡地址。所以在網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡地址唯一地標識一臺設備機器。

　　現(xiàn)在的大型監(jiān)控網(wǎng)絡可能是由幾千甚至幾萬臺攝像機或PC服務器或DVR/NVR互相連接而成的。而要確認網(wǎng)絡上的每一臺攝像機或DVR、NVR，靠的就是能唯一標識該設備的IP地址。

　　監(jiān)控系統(tǒng)IP地址如何分類規(guī)劃

　　IP地址可確認同一網(wǎng)絡中的任何一個網(wǎng)絡或監(jiān)控設備，而要識別其它網(wǎng)絡或其中的設備，則是根據(jù)這些IP地址的分類來確定的。按節(jié)點監(jiān)控設備所在網(wǎng)絡規(guī)模的大小，一般將IP地址分為A、B、C三類(默認的網(wǎng)絡屏蔽是根據(jù)IP地址中的第一個字段確定的，如圖1所示)。

　　A類IP地址

　　A類地址的表示范圍為：1.0.0.1~126.255.255.255，默認子網(wǎng)掩碼為：255.0.0.0;A類地址大部分分配給規(guī)模較大的網(wǎng)絡使用。A類網(wǎng)絡用第一組數(shù)字表示網(wǎng)絡本身的地址，后面三組數(shù)字作為連接于網(wǎng)絡上的設備的地址。分配給具有大型監(jiān)控系統(tǒng)主機而局域網(wǎng)絡個數(shù)較少的大型網(wǎng)絡。例如私人大型的網(wǎng)絡架構。例如：

　　127.0.0.0到127.255.255.255是保留地址，用做循環(huán)測試用的。

　　0.0.0.0到0.255.255.255也是保留地址，用做表示所有的IP地址。

　　一個A類IP地址由1字節(jié)(每個字節(jié)是8位)的網(wǎng)絡地址和3個字節(jié)設備地址組成，網(wǎng)絡地址的最高位必須是“0”，即第一段數(shù)字范圍為1～127。每個A類地址理論上可連接16777214256×256×2256臺設備，網(wǎng)絡有126個可用的A類地址，這一類地址適用于大型網(wǎng)絡架構的。

　　B類IP地址

　　B類地址的表示范圍為：128.0.0.1~191.255.255.255，默認子網(wǎng)掩碼為：255.255.0.0;B類地址一般分配給中型網(wǎng)絡使用。B類網(wǎng)絡用第一、二組數(shù)字表示網(wǎng)絡的地址，后面兩組數(shù)字代表網(wǎng)絡上的主機地址。例如：

　　169.254.0.0到169.254.255.255是保留地址。如果你的IP地址是自動獲取IP地址，而你在網(wǎng)絡上又沒有找到可用的DHCP服務器，這時你將會從169.254.0.0到169.254.255.255中臨時獲得一個IP地址。一個B類IP地址由2個字節(jié)的網(wǎng)絡地址和2個字節(jié)的主機地址組成，網(wǎng)絡地址的最高位必須是“10”，即第一段數(shù)字范圍為128～191。每個B類地址可連接65534(2^16)臺設備，網(wǎng)絡則可以有16383(2^14-1)個B類地址(因為B類網(wǎng)絡地址128.0.0.0是不指派的)。

　　C類IP地址

　　C類地址的表示范圍為：192.0.0.1~223.255.255.255，默認子網(wǎng)掩碼為：255.255.255.0;C類地址大部份分配給小型網(wǎng)絡，如一般的局域網(wǎng)，它可連接的設備數(shù)量是最少的，采用把所屬的用戶分為若干的網(wǎng)段進行管理。C類網(wǎng)絡用前三組數(shù)字表示網(wǎng)絡的地址，最后一組數(shù)字作為網(wǎng)絡上的主機地址。一個C類地址是由3個字節(jié)的網(wǎng)絡地址和1個字節(jié)的主機地址組成，網(wǎng)絡地址的最高位必須是“110”，即第一段數(shù)字范圍為192～223。每個C類地址可連接254臺設備，網(wǎng)絡上則可以有2097152個C類地址段532676608個地址。

　　特別說明的是RFC 1918留出了3塊IP地址空間(1個A類地址段，16個B類地址段，256個C類地址段)作為私有的內(nèi)部使用的地址。在這個范圍內(nèi)的IP地址不能被路由到因特網(wǎng)骨干網(wǎng)上，一旦出現(xiàn)，網(wǎng)絡路由器將會自動排除該私有地址使用。在IP地址類別屬于RFC 1918內(nèi)部不可規(guī)劃在路由上的私人私有地址范圍為：

　　A類由10.0.0.0到10.255.255.255;

　　B類由172.16.0.0到172.31.255.255;

　 C類由192.168.0.0到192.168.255.255。

　　在使用私有地址將網(wǎng)絡連至因特網(wǎng)上，需要將私有地址轉(zhuǎn)換為公有地址。這個轉(zhuǎn)換過程，一般稱為網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換(Network Address Translation，NAT)，在大型監(jiān)控系統(tǒng)通常都使用路由器來執(zhí)行NAT轉(zhuǎn)換，以便利大量監(jiān)控使用私有IP地址的方式。

　　事實上，IP網(wǎng)絡地址還存在著D類地址和E類兩種地址規(guī)劃方式。但這兩類地址用途比較特殊，在這里筆者也只是整理簡單介紹一下：D類地址不分網(wǎng)絡地址和主機地址，它的第1個字節(jié)的前四位固定為1110。D類地址范圍：224.0.0.1到239.255.255.254 。D類地址用于多點播送。D類地址稱為廣播地址，供特殊協(xié)議向選定的節(jié)點發(fā)送信息時用。而E類地址規(guī)則是保留給將來使用。

　　凡是連接到監(jiān)控網(wǎng)絡上的每臺設備，不論其IP地址屬于哪一類，都與網(wǎng)絡中的其它設備或主機服務器的地位平等。因為只有IP地址才是區(qū)別主機或攝像機設備的唯一標識，所以以上IP地址的分類只適用于網(wǎng)絡架構分類。在網(wǎng)絡中，一臺主機服務器或NVR可以有一個或多個IP地址，就像一個人可以有多個通信地址一樣，但兩臺或多臺服務器或NVR、攝像機卻不能共享一個IP地址。如果有兩臺計算機的IP地址相同，則會引發(fā)網(wǎng)絡IP沖撞等異?，F(xiàn)象，無論哪種設備都將無法正常工作。

監(jiān)控系統(tǒng)子網(wǎng)掩碼如何分類規(guī)劃

　　子網(wǎng)掩碼(Subnet Mask)是32位二進制數(shù)，它的子網(wǎng)主機標誤用部分為全“0”。利用子網(wǎng)掩碼可以判斷兩臺設備是否在同一子網(wǎng)中。若兩臺設備的IP地址分別與它們的子網(wǎng)掩碼相“與”后的結果相同，則說明這臺設備在同一子網(wǎng)中。一般來說，若監(jiān)控系統(tǒng)不連上外網(wǎng)的因特網(wǎng)，那一定不會煩惱IP地址的問題，因為在內(nèi)網(wǎng)的架構下，可以任意使用所有的IP地址，不管是A類還是B類，這個時候不會想到要用子網(wǎng)，但若是系統(tǒng)必須跨因特網(wǎng)或不同網(wǎng)段，那IP地址數(shù)量規(guī)劃工作便彌足珍貴了，目前全球一陣網(wǎng)絡熱潮后，IP地址已經(jīng)少到不能再少了，而所申請的IP地址目前也趨飽和,而且只有經(jīng)申請的IP地址能在因特網(wǎng)g上使用，但對某些需求只能申請到一個C類的IP地址,但又有多個跨網(wǎng)際監(jiān)控點需要使用，那這時便需要使用到子網(wǎng),這就需要考慮子網(wǎng)的劃分，以下便簡單介紹一下子網(wǎng)的原理及如何規(guī)劃。

　　子網(wǎng)掩碼(Subnet Mask)設定任何網(wǎng)絡上的任何設備，不管是服務器主機、PC還是攝像機、DVR、NVR、路由器等皆需要設定IP地址，而跟隨著IP地址的是所謂的子網(wǎng)掩碼(NetMask,Subnet Mask),這個子網(wǎng)掩碼主要的目的是由IP地址中也能獲得網(wǎng)絡編碼，也就是說IP地址和子網(wǎng)掩碼合作而得到網(wǎng)絡編碼，如下所示：

　　如IP地址192.10.10.6 11000000.00001010.00001010.00000110，那子網(wǎng)掩碼255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.00000000又如Network Number網(wǎng)絡號為192.10.10.0 11000000.00001010.00001010.00000000，子網(wǎng)掩碼有所謂的默認值，如下所示 IP地址范圍(子網(wǎng)掩碼)：

　　A 1.0.0.0-126.255.255.255 255.0.0.0;

　　B 128.0.0.0-191.255.255.255 255.255.0.0;

　　C 192.0.0.0-223.255.255.255 255.255.255.0。

　　在預設的子網(wǎng)掩碼(Net Mask)都只有255的值,在談到子網(wǎng)掩碼(Subnet Mask)時這個值便不一定是255。在完整一組C類地址中如203.67.10.0-203.67.10.255 子網(wǎng)掩碼255.255.255.0,203.67.10.0稱之網(wǎng)絡編碼(Network Number，將IP 地址和子網(wǎng)掩碼作和)，而203.67.10.255是廣播的IP地址，所以這兩者皆不能使用,實際只能使用203.67.10.1–203.67.10.254等254個IP地址，這是以255.255.255.0作子網(wǎng)掩碼的結果，而所謂Subnet Msk尚可將整組C類地址分成數(shù)組網(wǎng)絡編碼，這要在子網(wǎng)掩碼上作手腳，若是要將整組C類地址分成2個網(wǎng)絡編碼那子網(wǎng)掩碼設定為255.255.255.128,若是要將整組C類分成8組網(wǎng)絡編碼則子網(wǎng)掩碼要為255.255.255.224,這是怎么來的，由以上知道網(wǎng)絡編碼是由IP地址和子網(wǎng)掩碼作AND而來的,而且將子網(wǎng)掩碼以二進制表示法知道是1的會保留，而為0的去掉。其它的子網(wǎng)掩碼所分成的網(wǎng)絡編碼可自行以上述方法自行推演出來。子網(wǎng)作用

　　使用子網(wǎng)是要解決只有一組C類地址但需要數(shù)個網(wǎng)絡編碼的問題,幷不是解決IP地址不夠用的問題，因為使用子網(wǎng)反而能使用的IP地址會變少,子網(wǎng)通常是使用在跨地域的網(wǎng)絡互聯(lián)之中，兩者之間使用路由器連線,同時也上Internet,但只申請到一組C 類IP地址，過路由又需不同的網(wǎng)絡,所以此時就必須使用到子網(wǎng)，當然二網(wǎng)絡間也可以遠程橋接(Remote Bridge)連接，那便沒有使用子網(wǎng)的問題。

　　大型監(jiān)控的IP與子網(wǎng)掩碼的重要性

　　在監(jiān)控系統(tǒng)中，IP地址與子網(wǎng)TCP/IP網(wǎng)絡間的網(wǎng)絡技術產(chǎn)生于大型網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)境中，它能發(fā)展到今天的規(guī)模是為當初設計者們始料未及的。網(wǎng)絡間IP與子網(wǎng)規(guī)模的迅速擴展對IP地址模式的威脅并不是它不能保證大型監(jiān)控主機地址的唯一性與運行，而是會帶來兩方面的負擔：第一，巨大的網(wǎng)絡地址管理開銷;第二，路由器的尋徑量急劇膨脹。其中第二點尤為突出，尋徑表的膨脹不僅會降低路由器效率更可能增加網(wǎng)絡外部負擔，這是做大型監(jiān)控網(wǎng)絡IP與子網(wǎng)掩碼規(guī)劃最重要的。