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.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。
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