第8章 IP基础与寻址网络概论word.docx

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第8章IP基础与寻址网络概论word

第四篇TCP/IP协议篇（包含第8、9、10、11、12章）

第8章IP基础与定址

网络层的主要功能：

1、定址（Addressing）：

为网络设备决定名称或地址的机制。

2、路由（Routing）：

决定信息包在数个网络之间的传送路径。

协议包括：

TCP/IP的IP（InternetProtocol）、Netware的IPX（InterworkPacketExchange）等等。

8-1IP基础

IP的功能：

1、IP信息包的传送。

2、IP信息包的分割与重组。

8-1-1传送IP信息包

IP两种机制：

1、IP定址

2、IP路由器

1、IP定址：

网络上的各种设备必须有一个独一无二的IP地址且IP分配具有合理性。

2、IP路由：

IP地址必须与路由器相互配合，完成IP信息包的传送，此种机传送机制称为IP路由（IPRouting）。

非连接式的传递特性：

IP信息包传送时，来源与目的的设备双方不须事先沟通，即可将IP信息包送达。

以达到将过程简单化，提高传输的效率。

8-1-2分割与重组IP信息包

分割后的IP信息包，由目的设备重组，恢复成原来IP信息包的模样。

8-1-3IP信息包的结构

IP信息包由两部分组成：

1、IP报头：

记录有关IP地址、路由、信息包识别等信息。

2、IPPayload：

载送上层协议的信息包。

IP报头中的信息：

1、IP信息包的目的地址

2、IP信息包的来源地址

3、上层协议

4、IP信息包标识码

5、分割与重组相关信息

6、存活时间（TimeToLive，TTL）

主要是限制信息包在路由器之间的传送的次数，当路由器收到存活时间为1的IP信息包时，便直接将之丢弃，不再传送出去。

8-2IP信息包的传递模式

根据目的地址的不同，分为3种传递模式：

1、单点传送2、广播传送3、多点传送

8-2-1单点传送（Unicast）

8-2-2广播传送（Broadcast）

8-2-3多点传送（Multicast）

8-3IP地址表示法

IP地址是一个长度为32bits的二进制数值。

为方便使用及记忆，一般使用下的方法：

1、首先以8bits为单位，将32bits的IP地址分成4段。

2、将各段的二进制数值转换成十进制，再以“.”隔开以利阅读：

203.74.205.111

8-4IP地址的等级

由于路由与管理上的需求，因此制定了IP地址的等级（Class）。

8-4-1IP地址的结构

IP地址是由网络地址与主机地址两部分组成：

1、网络地址（NetworkAddress，NetworkID）

位于IP地址的前段，用来识别所属的网络

2、主机地址（HostAddress，HostID）

位于IP地址的后段，用来识别网络上的个别的设备

8-4-2三种常见的地址等级

共有5种IP地址的等级，常用的有三种等级：

ClassA、B、C，适用于大、中、小型网络。

1、ClassA

网络地址的长度为8bits，最左边的bit必须为0。

共有27=128个

主机地址：

32-8=24个，可资运用主机地址有

224=16777216个

国家级IP地址

2、ClassB

网络地址的长度为16bits，最左边的2btis为前导位，必须为10

即IP地址介于128.0.0.0~191.255.255.255之间。

可资运用的主机地址有216=65536个。

跨国企业或ISP级地址

3、ClassC

网络地址的长度为24bits，最左边的3bits为前导位，必须为110，

即介于192.0.0.0~223.255.255.255之间。

可资运用的主机地址有28=256个。

小型企业级IP地址。

总结：

IP地址的规划优点:

1、从IP地址的前导位，便可判断出所属网络的等级，进而得知网络地址与主机地址。

2、根据企业或单位的实际需求，可分配ClassA、B、C三种等级的网络地址，让IP地址的分配更有效率。

8-4-3特殊的IP地址

1、主机地址全为0用来代表“这个网络”

2、主机地址全为1代表网络中的全部设备，也就是“广播”的意思。

3、若网络地址与主机地址都为1，即255.255.255.255，称为“Limited”或“Local”广播信息包。

4、各个Class的最后1个网络地址代表“Loopback”（也就是除了前导位外，其余的网络地址位都是1）。

如：

ClassA的127.0.0.0便是常用的Loopback地址。

5、不与互联网相连的保留的私人地址。

ClassA:

10.0.0.0～10.255.255.255

ClassB:

172.16.0.0～172.31.255.255

ClassC:

192.168.0.0～192.168.255.255

8-5子网

8-5-1子网分割的原理

分割子网的重点：

主每个子网拥有一个独一无二的子网地址，以识别子网。

方法：

分割子网时，必须从主机地址“借用”几个bit，作为子网的地址。

原先的网络地址加上子网地址便可用来识别特定的子网。

如：

ClassB中的一个IP地址：

168.95.0.0

如果现在我们使用主机地址的前3Bits作为子网地址：

则新的网络地址为：

16+3=19Bits，用来识别该子网。

可产生23=8个子网。

如下：

说明：

从主机地址借用了3bits后，可分割出8个子网，

原可用的主机地址为216=65536个，建立子网后可用的主机地址为213=8192个。

即子网地址必须取自主机地址，每“借用”n个主机地址的位，便会产生2n个子网。

说明：

在实际应用中，要遵循子网地址不得全为0或1的原则。

1、不可能使用1Bit作为子网地址，因为它只能建立2个子网地址，扣掉全为0或1的子网地址，即没有可用的子网。

2、不能使主机地址只剩下1Bit，因为此时每个子网只能有2个主机地址，扣掉全为0或1的主机地址，就没有可用的主机地址了。

8-5-2子网掩码（SubnetMask）

子网分割产生的问题：

无法再利用IP地址的前导位来判断网络地址与主机地址的位数。

子网掩码主要是为了解决这个问题。

1、子网掩码长度为32Bits，与IP地址的长度相同。

2、子网掩码必须是由一串连续的1再跟上一串连续的0所组成。

如：

但不可是如下的数值：

3、为了方便阅读，子网掩码使用与IP地址相同的十进制来表示。

如：

通常写作：

255.255.255.0

4、子网掩码必须与IP地址配对使用才有意义，单独的子网掩码不具有任何意义。

当子网掩码与IP地址一起时，子网掩码的1对映至IP地址便是代表网络地址位，0对映至IP地址便是代表主机地址位。

如：

上述的IP地址与子网掩码组合也可写成：

168.95.192.1/21

“/”前面是正常的IP表示法，“/”后面的数字21则代表子网掩码中1的数目。

说明：

原先使用的A、B、C三种等级的网络仍然可继续使用，只是必须额外设置对应的子网掩码如下：

ClassA：

11111111000000000000000000000000

255.0.0.0

ClassB：

11111111111111110000000000000000

255.255.0.0

ClassC：

11111111111111111111111100000000

255.255.255.0

8-5-3子网分割实例

例：

假设A企业现有ClassCIP地址如下：

IP地址：

11001011010010101100110100000000

203.74.205.0

子网掩码：

11111111111111111111111100000000

255.255.255.0

现要求你分成A1、A2、A3、A4等4个独立的网络。

答：

[分析]

1、若子网地址为2Bits，可形成22=4个子网，除去子网地址全为0与全为1的子网地址，实际上可用的子网有2个－不符合要求。

2、若子网地址为3Bits，可形成23=8个子网，除去子网地址全为0与全为1的子网地址，实际上可用的子网有6个－符合要求

3、所以，使用3Bits作为子网地址，此时网络地址变成24+3=27Bits。

因此新的子网掩码为：

4、原主机地址为8Bits，借用3Bits作为子网掩码后，主机地址为8-3=5Bits，因此可以有25=32个可用的主机地址，又因主机地址不能全为0或1，所以实际上每个子网可分配的IP地址为30个。

具体：

A1：

扣除主机全为0和全为1，则可用的主机地址为：

A2：

A3：

A4：

10000001~10011110

即：

203.74.205.129~203.74.205.158

子网掩码：

203.74.205.126

A5:

10100001~10111110

即：

203.74.205.161~203.74.205.190

子网掩码：

203.74.205.126

A6:

11000001~11011110

即：

203.74.205.193~203.74.205.222

A0（扣除）

00000001~00011110

A7（扣除）

11100001~11111110

所以如下表：

说明：

1、子网可再进一步分割成更小的子网。

2、子网分割时所作的设置，都是在企业内部，可保持互联网上路由器的结构的简单性。

8-6无等级的IP地址

8-6-1CIDR原理

CIDR（ClasslessInter-DomainRouting，CIDR），无等级的IP地址划分方式，又称为超网（Supernet），使用子网掩码来定义网络地址，与子网分割的原理相比，两者都是使用相同的概念与技术，只是在应用上略有不同。

如：

子网：

利用子网掩码重新定义“较长”的网络地址，以便将现有的网络加以分割成2n的子网。

超网：

利用子网掩码重新定义“较短”的网络地址，以便将现有的2n的网络“合并”成为一个网络。

8-6-2CIDR实例

（见教材146页）

8-7网络地址翻译

网络地址翻译（NetworkAddressTranslation，NAT），主要的作用是为解决IP地址不足的问题，让多台计算机共用一个合法的IP地址。

8-7-1网络地址翻译的原理

原理：

当使用专用IP地址的计算机对外传送IP信息包，首先会送至具有网络地址翻译功能的路由器，并在此将IP信息包的来源地址从专用地址转为合法的IP地址后，再送到界。

IP信息包从外界送入时，网络地址翻译会先判断信息包目的地，然后将目的地址从合法的IP地址转为私人地址，再送到局域网内。

8-7-2网络地址翻译的注意事项

网络地址翻译的优点是解决IP地址不足的问题，但也有缺点：

1、无法使用某些加密协议

2、增加服务器的运算负担

3、外界主动访问时，设置较为复杂。

专用地址A+客户端连接端口B

↑

↓

共用合法地址C+代表连接端口D

一、选择题

1.（）IPv4的地址长度是：

（1）16Bits

（2）24Bits（3）32Bits（4）40Bits

2.（）ClassC网络的主机地址长度是：

（1）8Bits

（2）16Bits（3）24Bits（4）32Bits

3.（）ClassB网络的子网掩码若为255.255.224.0，代表主机地址长度是：

（1）8Bits

（2）10Bits（3）13Bits（4）16Bits

4.（）若要以CIDR的方式合并8个ClassC网络，则子网掩码应该设为：

（1）255.255.224.0

（2）255.255.240.0

（3）255.255.248.0（4）255.255.252.0

5.（）当IP地址的主机地址全为1时代表的意思是：

（1）专用IP地址

（2）对于该网络的广播信息包

（3）不可使用的IP地址（4）Loopback地址

二、问答题

1.请列出3种IP报头中重要的信息。

2.IP信息包传送过程中为何需要分割信息包？

3.简述IP报头中标识码的用途。

4.简述3种IP信息包的传递模式。

5.请列出ClassA、B、C的前导位。