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第3章IP地址规划设计技术考点1IP基础(网络地址、子网掩码)考点2网络地址转换NAT的原理考点3CIDR(计算方法)考点4IPV6地址表示311IP地址的概念和划分地址新技术的研究IP地址概念与划分地址新技术的研究历程大致可以分为四个阶段一、标准分类的IP地址IP地址是由网络号与主机号组成的,长度是32BIT,用点分十进制方法表示,这样就构成了标准分类的IP地址。常用的A类、B类、C类IP地址采用包括网络号主机号的两层结构层次(RFC1812)。二、划分子网的三级地址结构人们认为A类与B类IP地址设计不合理,对IP地址的匮乏表示强烈的担忧。1991年研究人员提出了子网SUBNET和掩码MASK的概念。构成子网就是将一个大的网络划分成几个较小的子网络,将传统的网络号主机号的两级结构,变为网络号子网号主机号的三级结构。三、构成超网的无类域间路由(CIDR)技术无类域间路由的出现是希望解决INTERNET扩展中存在的两个问题32位IP地址空间可能在第40亿台主机接入INTERNET前就耗尽。随着越来越多的网络地址出现,主干网的路由表增大,路由器负荷增加,服务质量下降。三、构成超网的无类域间路由(CIDR)技术无类域间路由CIDR技术也被称为超网技术。构成超网的目的是将现有的IP地址合并成较大的、具有更多主机地址的路由域。例如,可以将一个组织所属的C类网络合并到一个更多的地址范围的大的路由域中。四、网络地址转换(NAT)技术网络地址转换设计的基本思路为每一个公司分配一个或少量的IP地址,用于传输INTERNET的流量。在公司内部的每一台主机分配一个不能够在INTERNET上使用的保留的专用IP地址。专用IP地址用于内部网络的通信,如果需要访问外部INTERNET主机,必须由运行网络地址转换的主机或路由器将内部的专用IP地址转换成全局IP地址。51312标准分类的IP地址IPV4的地址长度为32BIT,用点分十进制(DOTTEDDECIMAL)表示。通常采用XXXX的方式来表示,每个X为8BIT,每个X的值为0255,例如,20211329119。一、A类地址A类地址网格号(NETID)的第一位为0,其余的各位可以分配。因此A类地址共被分为大小相同的128块,每一块的NETID不同。第一块覆盖的地址为00000255255255NETID0第二块覆盖的地址为10001255255255NETID1最后一块覆盖的地址为127000217255255255NETID127一、A类地址但是,第一块和最后一块地址留作特殊用途,另外NETID10的1000010255255255用于专用地址,其余的125块可指派给一些机构。因此能够得到A类地址的机构只有125个。每一个A类网络可以分配的主机号HOSTID可以是224216777214个,主机号为全0和全1的两个地址保留用于特殊目的。二、B类地址B类地址的网络号长度为14位,网络号总数为16384。B类地址的主机号长度为为16位,因此每个B类网络可以有21665536个主机号。但是,主机号为全0和全1的两个地址保留用于特殊目的,因此实际上一个B类IP地址允许分配的主机号位65534个。三、C类地址C类IP地址网络号长度为21位,主机号长度为8位。因为网络号长度为21位,因此允许有2212097152个不同的C类网络。由于主机号长度为8位,因此每个C类网络的主机号数最多为28256个。同样,主机号为全0和全1的两个地址保留用于特殊目的,因此实际上一个C类IP地址允许分配的主机号为254个。四、特殊地址形式会计算,综合题1直接广播地址在A类、B类、C类IP地址中,如果主机号是全1,那么这个主机号为直接广播地址,它是用来使路由器将一个分组以广播方式发送给特定网络上的所有主机。例如,主机要以广播方式发送一个分组给特定网络(网络地址为201161200)上的所有主机,那么需要使用直接广播地址,这个直接广播地址为20116120255。受限广播地址32位全为1的广播地址(255255255255)为受限广播地址,用来将一个分组以广播方式发送给本网络中的所有主机。路由器则阻挡该分组通过,将其广播功能限制在本网内部。这个网络上的特定主机地址当一个主机或一个路由器向本网络的某个特定的主机发送一个分组,那么它就需要使用这个网络上的特定主机地址。这个网络上的特定主机的网络号位全0,主机号为确定的值。这样的分组被限定在本网内部,由主机号对应的主机接收。例如,主机要向本网络中的某个主机(IP地址为2011612018)发送一个分组,那么需要使用这个网络上是特定主机地址,这个地址为00018。回送地址A类地址中的127000是回送地址,它是一个保留地址。回送地址是用于网络软件测试和本地进程间通信。TCP/IP协议规定含网络号为127的分组不能出现在如何网络上;主机和路由器不能为该地址广播任何寻址信息。PING应用程序可以发送一个将回送地址作为目的地址的分组,以测试IP软件是否接收或发送一个分组。一个客户进程可以使用回送地址来发送一个分组给本机的另一个进程,用来测试本地进程之间的通信情况。313划分子网的三级网络结构(P58)一、子网的基本概念标准分类的IP地址存在着两个主要的问题IP地址的有效利用率问题和路由器的工作效率问题。为了解决这个问题,人们提出了子网(SUBNET)的概念。RFC940对子网的概念和划分子网的标准做出了说明。提出子网概念的基本思路是允许将网络划分成多个部分供内部使用,但是对于外部网络,仍然像一个网络一样。子网的划分有利于优化网络性能,改善网络管理。二、划分子网的地址结构划分子网技术的要点三级层次是IP地址NETIDSUBNETIDHOSTID;同一个子网中所有主机必须使用相同的子网号SUBNETID;子网的概念可以应用于A类、B类、C类中任意一类的IP地址中;子网之间的距离必须很近;分配子网是一个组织和单位内部的事,它既不要向ICANN申请,也不需要改变任何外部的数据库;在INTERNET的文献中,一个子网也称为一个IP网络或一个网络。三、子网掩码的概念当三级层次的IP地址提出后,一个很现实的问题是如何从一个IP地址中提取出子网号。人们提出了子网掩码或掩码的概念。子网掩码有时叫做子网屏蔽码。掩码的概念同样适用于没有进行子网划分的A类、B类、C类地址。三、子网掩码的概念图33A类、B类和C类地址掩码如果路由器在处理划分子网后的三层结构的IP地址时,需要给它IP地址和子网掩码。它需要通过标准地址的前3位判断该地址是A类、B类或C类地址,同时根据子网掩码来判断出子网号。标准的B类地址的16位的网络号是不变的,如果需要划分出64个子网,那么就可以借用原16位主机号的6位,该子网的主机号就变成了10位。子网掩码用点分十进制表示为2552552520,另一种表示方法是用/加上网络号子网号的长度,即网络号/22表示。三、划分子网的三级网络结构子网掩码的概念图34B类地址分为128个子网【2008年4月】某个IP地址的子网掩码为255255255192,该掩码又可以写为()A、/22B、/24C、/26D、/28答案C(P59)【2008年9月】IP地址19216815136/29的子网掩码可写为()A、255255255192B、255255255224C、255255255240D、255255255248答案D(P59)【2009年9月】网络地址191221680的子网掩码是()A、2552551920B、2552552240C、2552552400D、2552552480答案D(P59)【2013年3月】IP地址块5967159125/11的子网掩码可写为()A、25512800B、25519200C、25522400D、25524000答案C(P59)321实训任务一IP地址规划方法一、IP地址规划的基本步骤判断用户对网络与主机数的需求;计算满足用户需求的基本网络地址结构;计算地址掩码;计算网络地址;计算网络广播地址;计算网络主机地址。二、地址规划的基本方法步骤一判断网络与主机数量的需求根据网络总体设计中物理拓扑设计是参数,确定以下两个主要数据网络中最多可能使用的子网数量NNET;网络中最大网段已有的和可能扩展的主机数量NHOST。步骤二计算满足用户需求的基本网络地址结构参数选择SUBNETID字段的长度值X,要求NNET2X。例如子网数NNET为10,那么选择SUBNETID字段的长度值X4,2416,大于最多可能使用的子网数量10,符合要求。选择HOSTID字段的长度值Y,要求NHOST2Y。例如,子网主机数量NHOST为12,那么选择HOSTID字段的长度值Y4,2416,大于最多可能有的主机数量12,符合要求。步骤二计算满足用户需求的基本网络地址结构参数根据XY的值可以确定需要申请哪一类IP地址。因为在子网划分中,XY值表示出SUBNETID与HOSTID长度的和,例如本例中X4、Y4,总长度为8,那么一个C类地址段就可以满足要求。步骤三计算地址掩码根据子网掩码的定义,没有划分子网的C类网络的地址掩码是2552552550。划分子网之后的地址掩码是将一个标准的32位IP地址中高于HOSTIDY位以上)的高位置置1即可,也就是需要将标准IP地址的第4个8BIT中的前4BIT位置1,如果用十进制表示则为128643216240。那么该地址掩码为255255255240。如果这个C类地址为19216810,那么也可以简单地表示为19216810/28。步骤四计算网络地址由于地址设计时选择HOSTID长度Y4,那么每个子网中最多有14个主机。也就是说相邻子网的主机地址增量值为16。那么本例中第一个网络号为19216810,那么下一个网络号在此基础上增加16。需要注意的是,最初在描述划分子网的RFC文档中规定不使用第一个和最后一个地址,即本例中不使用19216010与1921601240地址号,但是如果TCP/IP协议设定允许的话,也可以使用。步骤五计算网络广播地址根据规律,一个子网的定向广播地址是比下一个子网地址号小1的地址号。步骤六计算网络的主机地址按照地址使用的规律,剔除网络地址与广播地址之外的网络地址都是主机可以使用的IP地址。322实训任务二子网地址规划方法应用题可能1小题一、子网地址规划的基本方法和步骤创建子网需要执行以下三个步骤确定所需要的NETID数。每个子网需要一个NETID。每个广域网连接需要一个NETID。确定所需要的HOSTID数每个主机需要一个HOSTID。路由器的每个连接需要一个HOSTID。基于以上要求,需要创建以下内容为整个网络设定一个子网掩码;为每个物理网段设定一个不同的SUBNETID;为每个子网确定主机的合法地址空间。一、子网地址规划的基本方法和步骤子网地址规划需要回答以下5个基本问题这个被选定的子网掩码可以产生多少个子网每个子网内部可以有多少个合法是SUBNETID这些合法是主机地址是什么每个子网的广播地址是什么每个子网内部合法的NETID是什么二、子网地址规划示例用户需求一个校园网获得一个B类IP地址(1562600),要进行子网划分。该校园网将由近210个网络组成。为了便于管理,要求根据目前的情况进行子网划分。确定子网号SUBNETID的长度考虑到校园网的子网数量在254个之内,因此一个可行的子网划分方案是取子网号的长度为8位。这样的子网掩码为2552552550。由于子网号SUBNETID和主机号HOSTID不能使用全0或全1,因此校园网只能拥有254个子网,每个子网只能有254台主机。在确定子网长度时,应该权衡子网数与每个子网中主机与路由器数这两个方面的因素,不能简单地追求子网数量,一定是满足基本要求,并考虑留有一定的余量。623确定子网地址在以上的子网划分方案中,校园网可用的IP地址为子网11562611156261254子网21562621156262254子网31562631156263254子网25415626254115626254254323实训任务三可变长度子网掩码(VLSM地址规划方法一、可变长度子网掩码(VLSM)地址规划的基本原则IP协议允许使用变长子网的划分RFC1009在某种情况下,需要在子网划分时可以设计子网号长度是不同。VLSM(VARIABLELENGTHSUBNETMASK,可变长度子网掩码),是在标准的掩码上面再划分的子网的网络号码,无类路由选择网络可以使用VLSM,而有类路由选择网络中不能使用VLSM。323实训任务三可变长度子网掩码(VLSM地址规划方法(应用题1个小题)二、可变长度子网掩码(VLSM地址规划的案例1用户需求某公司申请了一个整个C类20260310的IP地址空间。该公司有100名员工在销售部门工作,50名员工在财务部门工作,50名员工在设计部门工作。要求网络管理员为销售部门、财务部门与设计部门分别组建子网。2选择可变长度子网掩码(考虑为什么不用子网规划)针对这种情况,可以通过可变长度子网掩码(VARIABLELENGTHSUBNETMASK,VLSM)技术将一个C类IP地址分为3个部分,其中子网1的地址空间是子网2和子网3地址空间的2倍。计算子网1地址空间首先可以使用子网掩码为255255255128,将一个C类IP地址划分为两半。主机IP地址11001010001111000001111100000000(20260310)子网掩码11111111111111111111111110000000(255255255128)与运算结果11001010001111000001111100000000(20260310)运算结果表明可以将202603112026031126作为子网1的IP地址。,而将余下的部分进一步划分为两半。由于2026031127第4个字节为全1,被保留作为广播地址,不能使用;子网1与子网2,子网3的空间交界点在2026031128;子网1使用子网掩码255255255128。计算子网2和子网3地址空间子网2与子网3的地址空间的计算过程为主机IP地址11001010001111000001111110000000(202601280)子网掩码11111111111111111111111111000000(255255255192)与运算结果11001010001111000001111110000000(202601280)可以将平分后的两个较小的地址空间平分给子网2和子网3,第一个可用的地址是2026031129,最后一个可用的地址是2026031190。因此子网2可用的地址是20260311292026031190。因为下一个地址2026031191中191是全1的地址,需要留作广播地址。接下来的地址是2026031192,它是子网3的第一个地址。那么子网3的IP地址该是从20260311922026031254。3确定三个子网的IP地址空间采用变长子网划分的三个子网的IP地址分别为子网1地址空间为202603112026031126。子网掩码为255255255128。子网2地址空间为20260311292026031190。子网掩码为255255255192。子网3地址空间为20260311932026031254。子网掩码为255255255192。子网1允许使用的主机号是126个;子网2和子网3可以使用的主机号均为61个。本方案可以满足该公司的要求。VLSM思路需求C类20260310划分成三个子网。各子网主机数要求子网1100子网250;子网350借位分析1满足子网数确定需要从主机号借几位表示子网,因为需要3个子网,所以至少需要借2位。满足各子网主机数计算机新子网的主机号位数是否能满足各个子网的主机数。原本主机号位数为8,借位后为6,支持主机个数为62。不能满足第一个子网的容纳100台主机的需求。3根据上面的分析,需要采取VLSM子网划分方式。划分思想如下本方案可以满足该公司的要求。采用可变长子网掩码VLSM技术后,该公司网络结构如图35所示。图37使用VLSM技术的子网划分结构314无类域间路由(CIDR)技术(P6061)CIDR的研究思路是将剩余的IP地址不是按照标准的地址分类规则分配,而是以可变大小的块方法进行分配。ISP、大学、机关与公司在确定IP地址结构时,不是限制于标准分类的IP地址结构,而是根据对IP地址管理和路由器的需要来灵活地决定。CIDR的技术特点它区别于一般的标准分类IP地址概念的网络前缀,代替的原来的网络号主机号的结构,形成了无分类的结构,即表示为网络前缀主机号的二级地址结构,也不再使用子网的概念。即IP地址表示为,网络前缀相同的连续的IP地址形成了一个CIDR地址块。它是由块起始地址与块地址数来表示的。在A类、B类和C类IP地址中,如果主机号为全1,那么这个地址为广播地址。在无类域间路由中,广播地址也采用相同的原则。例如网络1562500/16中的广播地址应该是将16位的主机号置1,网络19512264/27的广播地址具有考虑5位的主机号置1。由于64的二进制数为01000000,后5位的主机号置1之后为01011111(为十进制位95),那么网络19512264/27的广播地址为19512295。71表31为CIDR及其对应的掩码324实训任务四CIDR地址规划方法P6769一、CIDR地址规划方法示例用户需求如果一个校园网管理中心获得了20024160/20的地址块,它希望将它划分为8个等长的较小的地址块。确定CIDR地址中借用主机号的长度借用CIDR地址中12位的前三位(238),可以实现进一步划分为8个等长的较小地址块的目的。地址块的划分图36划分CIDR地址块校园地址20024160/201100100000110000001000000000000计算系地址20024160/231100100000110000001000000000000自动系地址20024180/231100100000110000001001000000000电子系地址20024200/231100100000110000001010000000000物理系地址20024220/231100100000110000001011000000000生物系地址20024240/231100100000110000001100000000000中文系地址20024260/231100100000110000001101000000000化学系地址20024280/231100100000110000001110000000000数学系地址20024300/231100100000110000001111000000000二、对划分结构的分析1每个地址块的起始地址与每个地址块的可分配地址数2分析每个地址块的网络前缀3划分CIDR地址块后的校园网结构(见P69图37)324实训任务四CIDR地址规划方法无类域间路由CIDR接收通常用在将多个C类IP地址归并到单一的网络中,并且在路由表中使用一项来表示这些C类IP地址。CIDR技术的主要应用构建超网路由聚合重点掌握CIDR的计算方法(选择题至少考1题,综合题2考24分,应用题考812分)【2008年4月】若某大学分配给计算机系的IP地址块为20211316128/26,分配给自动化系的IP地址块为20211316192/26,那么这两个地址块经过聚合后的地址为()A、202113160/24B、202113160/25C、20211316128/25D、20211316128/24答案C(P6769)【2008年9月】某企业分配给产品部的IP地址块为19216831192/26,分配给市场部的IP地址块为19216831160/27,分配给财务部的IP地址块是19216831128/27,那么这三个地址经过聚合后的地址为()A、192168310/25B、192168310/26C、19216831128/25D、19216831128/26答案C(P6769)【2010年3月】某公司拥有IP地址块202113770/24。其中2021117716/28和2021137732/28已经分配给人事部和财务部,现在技术部需要100个IP地址,可分配的IP地址块是()A、202113770/25B、2021137748/25C、2021137764/25D、20211377128/25答案D(P6769)【2010年9月】IP地址块202113790/27,2021137932/27和2021137964/26经过聚合后可分配的IP地址数为()A、62B、64C、126D、128答案C(P6769)72315专用IP地址与内部网络地址规划方法P6163一、全局IP地址与专用IP地址(了解)区别主要表现在以下几点使用IP地址的网络可以分为两种情况一种是要将网络之间连到INTERNET;另一种是也需要运行TCP/IP协议,但是它是内部网络,并不直接连接到INTERNET,但网络内部用户访问INTERNET是受到严格控制的。使用全局IP地址是需要申请的,而专用IP地址是不需要申请的。全局IP地址必须保证在INTERNET上是唯一的;专用IP地址在某一个网络内部是唯一的,但是在INTERNET中并不是唯一的。315专用IP地址与内部网络地址规划方法IPV4为内部网络预留的专用IP地址有三组。第一组是A类地址的一个地址块,这个地址中的地址空间为1000010255255255;第二组是B类地址的16个地址块(1721617231);第三组是C类地址的256个地址块(1921680192168255)。10上【2010年3月】以下IP地址中,不属于专用IP地址的是()101811721281172308119216881答案B(P6162)二、NAT方法的局限性(了解)NAT违反了IP地址结构模型的设计原则。NAT使得IP协议从面向无连接变成了面向连接。NAT违反了基本的网络分层结构模型的设计原则。有些应用是将IP地址插入到正文的内容中,例如标准的FTP协议与IPPHONE协议H323。NAT同时存在对高层协议和安全性的影响问题。325实训任务五内部网络专用IP地址规划与网络地址转换NAT方法(P69)考点一、内部网络的专用IP地址选择的依据(了解)RFC1918在讨论内部网络的专用IP地址规划方法时任务,使用专用地址规划一个内部网络地址系统时,首选的方案是使用A类地址中的专用IP地址块。理由主要有两个该地址覆盖从10000到10255255255的地空间,由用户分配的子网号和主机号的总长度为24位,可以满足各种专用网络的需要。A类专用地址特征比较明显,从20世纪80年代之后,10000的地址已经不再使用了。因此,只要出现10000到10255255255的地址,人们很快就会识别出它是一个专用地址,这样也便于规划和管理。当然,B类的16个专用地址块和C类256个专用地址块也可以使用。二、规划内部网络地址系统的基本原则(了解)简洁便于系统的扩展与管理有效的路由三、内部网络地址规划案例1用户需求该公司为总部、销售与配售分中心、零售商店等3层的结构。公司总部主干网有15个LAN,总共有230台计算机与其他联网设备公司在18个地区设有销售和配售管理的分中心;每个分中心通过2条T3链路与总部主干网路由器连接。每个分中心有2个LAN;一个用于分中心的销售管理,一个用于分中心仓库商品配送管理;分中心用于销售管理的计算机等设备最多为80台;分中心用于商品配送的计算机等设备最多为120台。分中心内部还应该有一个连接2个LAN与公司总部及下属基层零售商店的中心主干网。每个分中心最多支持200个基层零售商店。每个基层零售商店有一个LAN,最多有12台计算机与其他联网设备。2基本设计思想在规划内部网络地址系统时,最重要的是简洁和便于管理,同时要考虑系统的可扩展性,因此,该地址系统设计的基本思想是使用A类地址中的专用IP地址块,可分配的地址总长度为24位。采用3级地址结构,即总部级分中心级基层商店级。采用定长子网掩码。3地址结构设计按照以上设计思想,根据本例的实际结构情况,最简单而实用的方法是选择掩码2552552550。由于该网络的子网数多于每个子网的主机数,因此可以选择地址结构为网络号8位子网号16位主机号8位根据网络的层次结构,公司总部定义为区域0,那么用R表示发布在不同区域的地区号,S表示基层销售商店号,H表示主机号,那么整个公司的专用IP地址结构为10RSH。按照这个设计思想,IP地址的文档就可以方便的生成了。4地址分配总部LAN地址。总部定义为区域0,即R0,可以10000表示公司的主干网。在这个组中共有15个LAN,那么S等于114。关于总部LAN连接的地址信息如下表所示。描述地址范围100011000254100111001254主干网LAN1LAN2100211002254LAN3100311003254LAN1510015110015254从总部到负责销售与配送管理分中心WAN的连接地址描述地址范围总部地区11010101101010210201111020112总部地区21010201101020210202111020212总部地区181011801101180210218111021812每个分中心通过2条T3链路与总部的主干网路由器连接,因此可以将两条从主干网路由器到负责销售与配送管理中心的两个方向的连接分别表示为10100R00与10200R00。销售与配送分中心的LAN地址描述地址范围地区1LAN1LAN2仓库101255110125525410125411012542541012531101253254地区2LAN1LAN2仓库102255110125525410225411012542541022531101253254地区18LAN1LAN2仓库101825511012552541018254110125425410182531101253254为了不与销售商店的LAN地址发送冲突,销售与配送管理中心的3个LAN地址分别表示为10R2550、10R2540与10R2530。从负责销售与配送管理分中心到各种管理是销售商店WAN连接地址。从负责销售与配送管理分中心到各自管理的销售商店的两个方向的连接的地址分别表示为10100RS1与10100RS2。描述地址范围地区1到商店1地区1到商店2地区1到商店2001010111101011210101211010122101012001101012002地区2到商店1地区2到商店2地区2到商店2001010211101011210102211010122101022001101012002地区1到商店1地区1到商店2地区1到商店2001010111101011210101211010122101012001101012002销售商店地址。描述地址范围地区1商店1商店2商店2001011110112541012110122541012001101200254地区2商店1商店2商店2001021110112541022110122541022001101200254地区18商店1商店2商店2001018111011254101821101225410182001101200254销售商店的地址瑞然占用的空间最大,但是比较直观。R地区的S商店的LAN地址可以表示为10RS05地址结构设计子网组地址结构总部的LAN10010100150总部到分部的连接10100R0010200R00分中心的LAN10R2531010R2550分中心到商店的连接10100RS110100RS2商店LAN10RS06主机地址空间的划分四、NAT的基本概念NAT技术使用于四类应用领域ISP、ADSL与有线电视的地址分配移动无线接入地址分配电子政务内网等对INTERNET访问需要严格控制的内部网络系统的地址分配与防火墙结合在使用专用IP地址设计的内部网络中,如果要访问外部的INTERNET主机,要运行NAT的主机或路由器将内部的专用IP地址转换为全局的IP地址。五、网络地址转换NAT的基本工作原理图36为NAT工作原理示意图思想由内到外,源地址(专用地址)转换成公有地址;由外到内,目的地址(公有地址)转换成专用地址。以上均包含端口号的转换。81五、网络地址转换NAT的基本工作原理NAT的技术类型静态NAT(一对一)动态地址NAT(一对多)网络地址端口转换NAPT(一对多,端口区分)【2008年4月】将内部专用IP地址转换为外部公用IP地址的技术是()A、RAPRB、NATC、DHCPD、ARP答案B(P56)【2008年9月】下图1是网络转换NAT的一个实例。根据图中信息,标号为的方格中的内容应为()A、S135211,80D202011,5001B、S135211,80D19216811,3342C、S135211,5001D135211,80D、D19216811,3342S135211,80答案B(P74)

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