网络互联技术第三章IP地址和子网掩码电子教案.doc

江西工业职业技术学院电子与信息工程分院网络互联技术课程电子教案授课标题：IP地址和子网掩码学时：理论2节授课日期：2008-03-03教学目的和要求l 了解IP数据包首部组成l 掌握IP地址分类l 知道一些特殊的IP地址表示l 掌握使用子网掩码来区分网络地址和主机地址l 了解为什么需要进行子网划分？教学手法l 采用“案例驱动”教学方法：将围绕某一实践的所有理论知识综合讲解，并在理论基础上完成具体实践的操作。l 注重理论与实践操作相结合；充分调动学生的积极性，以实现教师与学生的良性互动，一方面提高教师的教学效果，另一方面则提高学生的学习兴趣。并在此基础上培养学生分析问题和解决问题的实际能力。l 采用多媒体教学手段+PPT多媒体课件授 课 重点、难点重点：1、掌握IP地址分类 2、掌握特殊IP地址的含义及作用难点：1、子网掩码的使用 授课要点与授课设计（注明授课时间安排）1、（知道）IP协议的作用2、（了解）IP数据报首部组成3、（掌握）IP地址分类4、（掌握）特殊用途IP地址的表示5、（重点）子网掩码的使用6、（应用）非默认子网掩码应用实例7、（知道）为什么需要进行子网划分 教学设计：首先了解IP协议的作用，然后要求学生掌握IP地址的分类及子网掩码作用（要求学会计算网络地址、主机地址、广播地址）；在了解IP地址的分类基础上了解一些常用的具有特殊用途的IP地址。作业1、IP地址分类练习2、子网掩码应用练习教学心得本次课程的难度不大，主要目的是让学生了解IP地址的分类及子网掩码的作用，熟悉常用的特殊用途的IP地址的表示。但学生在使用子网掩码计算主机IP的网络地址和主机地址时却经常出错，原因是不太了解二进制的逻辑运算，以及对二进制的相关运算比较陌生。一、IP协议IP协议是TCP/IP协议簇中最为核心的协议。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输。1、IP数据报组成l 一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。l 首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。l 在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。 l IP协议为面向无连接，不可靠的协议，只能做到尽量交付。2、IP数据报首部简要说明l 版本：占 4 bit，指IP协议的版本，目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)l 首部长度：占 4 bit，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)，因此 IP 的首部长度的最大值是60字节。l 服务类型：占 8 bit，用来获得更好的服务，这个字段以前一直没有被人们使用 l 总长度：占 16 bit，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。 l 标识(identification) ：占 16 bit，它是一个计数器，用来产生数据报的标识。 l 片偏移(12 bit)指出：较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。l 生存时间(8 bit)记为 TTL (Time To Live)：数据报在网络中的寿命，单位为秒。l 协议(8 bit)字段：指出此数据报携带的数据使用何种协议以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给哪个处理过程l 首部检验和(16 bit)：只检验数据报的首部，不包括数据部分。这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法。 l 源地址和目的地址都各占 4 字节二、IP地址在IPV4版本中，协议规定每台主机分配一个32位的二进制数作为该主机的互联网协议地址（internet Protocol Address），常简写为IP地址。在互联网上发送的每个包都含有这种32位的发送方源IP地址和想要送达的接收方目的IP地址。在概念上，每个32位IP地址被分割成两部分：网络地址和主机地址，这样的层次结构设计使得寻址很有效，网络地址部分确定了计算机所从属的物理网络，主机地址部分确定了该网络上的一台计算机。1、IP地址格式（1）点分十进制：如，192.168.0.1（2）二进制格式：11000000.10101000.00000000.00000001理论上说，计算全部32位都用上可以允许有232超过40亿的地址，可以为地球上三分之二的人每人都提供一个地址，事实上，随着internet的迅速发展，可用的IP地址几乎快用完了，在IPV6版本中，IP地址由16个8位数组成，共128位二进制形式的IP地址，还是用点分号每8位组一分割。2、IP地址分类每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号 host-id，它标志该主机（或路由器）。（1）A类IP地址A类地址用于主机数目非常多的网络。用左边一个字节表示网络地址，右侧三个字节表示主机地址。A类地址允许有126个网络，每个网络可有224-2=16,777,214台主机。（主机地址中全为0的表示当前主机所在的网络，全为1的表示当前网络的广播地址，因为这两个地址不能分配给主机）,其中 127 是一个特殊的网络号，用来检查 TCP/IP 协议的工作状态。（2）B类IP地址B类地址用于中型或大型的网络。B类地址的前导位为10，接下来的14位完成网络号，剩余的16位二进制代表主机号。B类地址允许有214=16384个网络，每个网络有216-2=65,534台主机，第一个八位组合是：128-191。（3）C类IP地址C类地址用于小型本地网络。C类地址的前导位为110，接下来的21位完成网络号，剩余的8位二进制代表主机号。C类地址允许有221=2,097,152个网络，每个网络有28-2=254台主机，每一个八位组合是：192-223。（4）D类IP地址D类IP地址用于多重广播组（多播或称为组播）。一个多重广播组可能包括一台或多台主机。D类地址的前导位为1110，第一个八位组合是：224-239。剩余的位设计客户机参加的特定组。在多重广播操作中没有网络或主机位，数据包将传送到网络中选定的主机子集中。只有注册的多重广播地址的主机才能接收到数据包。（5）E类IP地址E类是一个通常不用的实验性地址，它保留作为以后使用，E类地址的前导位为11110，因为第一个八位组合是：240-247。248-254暂无规定。3、地址分配（Address Allocating）l 分配A类IP：国际网络信息中心NICl 分配B类IP：InterNIC、APNIC、ENICl 分配C类IP：国家或地区的NIC4、IP 地址的一些重要特点 l IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是：n IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。n 路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。 l 实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。 n 当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址，其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机称为多接口主机(multihomed host)。n 由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。 l 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。l 所有分配到网络号 net-id 的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。5、IP地址分类实例：l 10.11.123.456 是否全法l 111.11.11.1 为哪一类IPl 192.168.1.1 为哪一类IPl 220.12.11.1 为哪一类IP三、特殊的IP地址网络号主机号地址类型用途全0全0本机启动时使用网络全0网络标识一个网络网络全1直接广播在特定网上广播全1全1有限广播在本地网上广播127任意回送测试1、网络地址主机地址全为0，用它来表示一个网络，不能分配给一台具体主机。如，192.168.1.0表示一个分配了C类网络号 192.168.1 的网络。网络地址指网络本身而非连到该网络上的主机。因此，网络地址不应作为目标地址在数据包中出现。2、直接广播地址在网络号后面增一个所有位全为1的主机号便形成了网络的直接广播地址。当一个数据包被发送到一个网络的直接广播地址时，只有单个数据包到达该网络，然后送到网络上的每一台主机。如数据包的目标地址是 192.168.1.255，则表示当前数据包送给192.168.1网络内全部的主机。提示：从上述所讲可以看出，全为0或全为1的主机地址不能分配给一个特定的计算机。3、有限广播地址有限广播地址（Limitd Broadcase）指在一个本地物理网络的一次广播。IP地址中全为1的表示有限广播地址，因此IP将在本地网络中广播任何发送到有限广播地址的数据包。4、本机地址IP地址中全为0的表示本计算机。5、回环地址IP定义了一个回环地址（Loopback Address）用于测试网络应用程序。在生成一个网络应用程序后，程序员经常使用回环测试来进行预测试。在进行回环测试时，没有数据包离开计算机，IP软件将数据包从一个应用程序转发到另一个应用程序。(127.0.0.1)6、私有地址根据规定，私有地址的路由信息是不会在因特网上传递，从而采用私有地址作为目的地址的数据包不会在因特网上进行路由。网络管理员在给本单位网络分配网络号时，一般采用RFCI918推荐的A、B、C、类私有地址。这些特定的地址不被分配，而被保留作为私有网络使用，或被不与因特网进行连接的主机使用。l A类私有地址：10.0.0.0 10.255.255.255l B类私有地址：172.16.0.0 172.31.255.255l C类私有地址：182.168.0.0 192.168.255.2557、ISP（Internet Service Provider）：互联网服务供应商。四、子网掩码每个IP网络都有一个网络号和一个主机号组成。在实际操作中，用户可通过子网掩码来区分哪些是网络号，哪些是主机号。1、默认的子网俺码l A类地址的缺省掩码是：255.0.0.0（前八位表示网络号，后24位表示主机号）l B类地址的缺省掩码是：255.255.0.0（前16位表示网络号，后16位表示主机号）l C类地址的缺省掩码是：255.255.255.0（前24位表示网络号，后8位表示主机号）2、如何使用子网掩码来区分网络号和主机号？通过子网掩码与IP地址进行“逻辑与”运算来“过滤”出主机号，从而确定网络号。子网掩码的设定必须遵循一定的规则。与IP地址相同，子网掩码的长度也是32位，左边是网络位，用二进制数字“1”表示；右边是主机位，用二进制数字“0”表示。主机地址：192.168.1.1默认掩码：255.255.255.0（11111111.11111111.11111111.00000000）运算结果：IP地址左边24位代表网络号，IP地址右8位表示主机号3、实例图示（1）C类地址分析实例（2）B类地址分析实例五、非默认子网掩码应用实例1、实例一：C类地址非默认子网掩码（1）IP地址为：192.168.156.166（2）子网掩码为：255.255.255.240（3）问题：当前主机的网络地址是多少？主机地址是多少？1、实例二：B类地址非默认子网掩码（1）IP地址为：156.168.156.166（2）子网掩码为：255.255.224.0（3）问题：当前主机的网络地址是多少？主机地址是多少？六、IP编址为什么要子网划分呢？在某一网络中，总的通信量和主机的数目及每个主机产生的通信量总数是成正比的。随着网络容量的增加，通信量会达到一个超越介质容量的水平，并使网络运行受阻。在网络通信过程中，往往会有一些主机组之间通信的频率相当高，而这些主机和其