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第三章IP地址规划设计技术 西南石油大学计算机科学学院等级考试培训中心 第三章IP地址规划设计技术 重点 考纲分析 本章是考核的重点 通过上表可知 本章题量和分值比较固定 共4道选择题 4分 1道综合题 10分 应用题约占 9 10分 共占试卷分值的23 内容提要 3 1IP地址的概念与分类考点1 IP地址的概念与标准分类考点2 特殊地址形式3 2子网划分考点3 划分子网的地址结构考点4 子网掩码考点5 可变长度子网掩码 VLSM 3 3CIDR技术考点6 无类域间路由 CIDR 3 4NAT技术考点7 全局网络IP地址和内部网络专用IP地址考点8 NAT技术3 5IPv6技术考点9 IPv6技术 重中之重 重中之重 重点 重点 重点 重点 3 1IP地址的概念与分类 概念 IP地址由网络号与主机号组成 长度为32位二进制 一般用点分十进制表示 点分十进制 将IP地址中的每8位二进制数为一个单元 共4组 每组用0 255之间的一个十进制数表示 这些数之间用点 隔开 格式为x x x x 3 1IP地址的概念与分类 练习 8位二进制数的转换 246 十进制到二级制转换 二级制到十进制转换 0 0 0 0 0 1 1 1 3 1IP地址的概念与分类 以十进制数字245为例 2表示的值是2 10 2 2乘以10的2次幂 2位于我们通常称为 百位 的位置 位置记数法称此位置为基数的2次幂位置 因为基数 即基 是10而幂是2 在基数为10的数制系统中使用位置记数法时 245表示 245 2 10 2 4 10 1 5 10 0 或245 2 100 4 10 5 1 二进制数制系统在二进制数制系统中 基是2 因此 每个位置代表2的幂 幂次逐位增加 在8位二进制数中 各个位置分别代表以下数量 3 1IP地址的概念与分类 IPv4划分技术的发展历程 3 1IP地址的概念与分类 A类1 127B类128 191C类192 223D类224 239 ABC类为常用IP地址D为组播地址E为保留地址 标准分类 A B C D E五类IP地址分为网络号 主机号的两层结构 3 1IP地址的概念与分类 按照标准分类划分的IP地址称为 有类地址 网络地址 指代网络的地址 广播地址 用于向该网络中的所有主机发送数据的特殊地址 每个IPv4网络的地址范围内都有三种类型的地址 3 1IP地址的概念与分类 IPv4地址范围内 最小地址保留为网络地址 此地址的主机部分的每个主机位均为0 主机地址 分配给网络中终端设备的地址 每台终端设备都需要唯一的地址才能向该主机传送数据包 在IPv4地址中 我们将介于网络地址和广播地址之间的值分配给该网络中的设备 广播地址是每个网络都有的一个特殊地址 用于与该网络中的所有主机通信 广播地址使用该网络范围内的最大地址 即主机部分的全部为1的地址 3 1IP地址的概念与分类 3 1IP地址的概念与分类 3 1IP地址的概念与分类 通信类型 单播 组播 广播 3 1IP地址的概念与分类 单播 从一台主机向另一台主机发送数据包的过程 定向广播 定向广播是将数据包发送给特定网络中的所有主机 此类广播适用于向非本地网络中的所有主机发送广播报文 有限广播 有限广播只限于将数据包发送给本地网络中的主机 这些数据包使用目的IPv4地址255 255 255 255 路由器不转发此广播报文 发往有限广播地址的数据包只会出现在本地网络中 广播 从一台主机向该网络中的所有主机发送数据包的过程 通信类型 单播 组播 广播 3 1IP地址的概念与分类 通信类型 单播 组播 广播 3 1IP地址的概念与分类 组播 从一台主机向选定的一组主机发送数据包的过程 1 直接广播地址主机号全为1的地址称为直接广播地址 用于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 此类广播适用于向非本地网络中的所有主机发送广播报文 注意 尽管路由器在默认情况下并不转发定向广播 但可对其进行此配置 2 受限广播地址 见下页动画 32位全为1的IP地址 255 255 255 255 在任何情况下 路由器都不转发目的地址为受限的广播地址的数据报 这样的数据报仅出现在本地网络中 即有限广播只限于将数据包发送给本地网络中的主机 3 这个网络上的特定主机 地址网络号全为0 主机号确定值 作用是由路由器或主机向本网络上的某个特定主机发送分组时 分组被限制在本网络内部 例某台IP为 201 161 20 18 的主机 网络号为24位 其特殊主机地址为 0 0 0 18 4 回送地址A类地址中127 0 0 0 用于测试本地进程间通信 环回是主机用于向自身发送通信的一个特殊地址 3 1IP地址的概念与分类 例如 在有24个网络位的网络10 0 0 0中 广播地址应为10 0 0 255 此地址也称为定向广播 重要提示 标准IP地址分类 常用A类 B类 C类与特殊IP地址 采用的是 网络号 主机号 的两级层次结构 受限广播 3 2子网划分 IPv4划分技术的发展历程 概念子网 Subnet 将一个大的网络划分为几个较小的网络 小网络就称为大网络的子网 对于外部网络来讲仍然像一个网络一样 子网划分的作用划分子网是为了更有效地利用网络资源 减少网络广播 避免网络阻塞 子网划分的实质就是同一网段进行更细的分割 划分子网是使用主机号的某些位来做为子网号 没有划分子网时 一个IP地址分为网络号和主机号 而划分后一个IP地址就成了网络号 子网号和主机号3个部分 子网的概念可以应用于A类 B类或C类中任意一类IP地址中 3 2子网划分 3 2子网划分 标准IP地址 两层 结构 子网IP地址 三层 结构 概念用于在三级层次的IP地址中提取子网号 同时也可以用于标准的A类 B类 C类地址上区分网络号和主机号 表示方法与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 子网掩码就确定了一个IP地址的32位二进制数字中哪些是网络号 哪些是主机号 可用点分十进制表示 也可用 网络号 子网号长度方式表示 3 2子网划分 A类 255 0 0 0或 8B类 255 255 0 0或16C类 255 255 255 0或24 默认子网掩码 3 2子网划分 历年考题3 某个IP地址的子网掩码为255 255 255 192 该掩码又可以写为 A 22B 24C 26D 28 c 08 4 选8 4 IP地址块192 168 15 136 29的子网掩码为 A 255 255 255 192B 255 255 255 224C 255 255 255 240D 255 255 255 248 D 08 9 选8 历年考题1 计算并填写下表 计算步骤1 根据IP地址判断地址类别 126 A类地址的127 属于A类 08 4 综 1 考点分析 考点1和考点2所涉及的IP地址分类和计算在最近几次考试中出现在综合题的第1题 分值为10分 需要重点掌握 计算步骤2 根据IP地址 子网掩码来计算网络地址 网络地址是主机号全为0时的地址 11110000 10010110 10010000 150 240 126 150 28 57 255 240 0 0 IP地址 子网掩码 12位 对IPv4主机地址同其子网掩码执行AND逻辑运算 可以确定该主机相关联的网络地址 判断使用TCP IP协议的两台计算机A和B是否位于同一网络的方法 将计算机A的IP地址与本机的子网掩码进行 与 运算 得到计算机A所在的网络号 同上计算B的网络号 两者网络号比较 相同 在同一网络 不同 对方在远程网络上 必须通过路由器进行路由转发数据包到对方 3 2子网划分 3 主机号全为1的地址为直接广播地址 10010000 10011111 159 126 159 255 255 4 32位全为1的地址为受限广播地址 255 255 255 255 5 由于子网内主机号全为0地址保留 所以子网内的第一个可用的IP地址为 126 144 0 1 144 计算网络地址 主机地址范围 广播地址 网络地址的表示 其前缀为25位 因此最后7位是主机位 为了表示该网络地址 这些主机位全部为 0 这样 该地址的最后一个二进制八位数就是0 因此网络地址就是172 16 20 0 25 IP地址块 172 16 20 0 25 计算网络地址 主机地址范围 广播地址 最小主机地址的计算 最小主机地址始终比网络地址大1 在本例中 七个主机位的最后一位变成了 1 由于主机地址的最低位设置为1 因此最小主机地址就是172 16 20 1 计算网络地址 主机地址范围 广播地址 网络广播地址的计算 此网络中使用的全部七个主机位均为 1 通过计算得出最后一个二进制八位数为127 这说明广播地址是172 16 20 127 计算网络地址 主机地址范围 广播地址 最大主机地址的计算 网络的最大主机地址始终比广播地址小1 这表示最低主机位为 0 而所有其它主机位均为 1 正如图中所示 如此计算后得到此网络的最大主机地址172 16 20 126 课堂练习 课堂练习2 计算并填写下表08 9 综 1 1 A类2 124 192 0 03 124 223 255 2554 0 4 27 595 124 223 255 254 历年考题以下给出的地址中 不属于子网192 168 15 19 28的主机地址是 A 192 168 15 17B 192 168 15 14C 192 168 15 16D 192 168 15 31 B 计算步骤 1 根据IP地址和子网掩码 算出网络地址和广播地址 确定该网络可用的IP地址范围2 排除不在该范围内的IP地址 网络地址 192 168 15 16广播地址 192 168 15 31可用IP地址范围 192 168 15 17 192 168 15 30 概念正常的掩码只有3类 A类的 8 B类的 16 C类的 24 但是想对网络的划分更灵活 就必须使用可变长子网掩码 也就是将部分主机号变成子网号 组建成一个新的子网 VLSM解决了每个子网必须具有相同的主机数的问题 使划分子网时可以具有不同的长度 3 2子网划分 检查每个子网最后一个二进制八位数的二进制数字 两个网络的最后一个二进制八位数的值分别是 子网1 00000000 0子网2 10000000 128 RouterA有两个接口用于互连两个网络 假设地址块为192 168 1 0 24 我们就可以创建两个子网 我们使用子网掩码255 255 255 128取代原来的掩码255 255 255 0 向主机借用了一位 最后一个二进制八位数的最高位用于区分这两个子网 其中一个子网的这个位为 0 而另一个子网的这个位为 1 计算子网的公式使用此公式可计算子网数量 2 n 其中 n 借用的位数在此示例中 计算结果如下 2 1 2个子网 主机数量要计算每个网络的主机数量 可以使用公式2 n 2 其中 n 留给主机的位数 采用此公式 2 7 2 126 表示这些子网中每个子网可包含126台主机 2 2 4个子网 2 3 8个子网 历年真题5 使用IP地址202 113 10 128 25划分4个相同大小的子网 每个子网中能够容纳30台主机 请写出子网掩码 各个子网网络地址及可用的IP地址段 08 4应4 3 2子网划分 实例分析例1 某单位有4个部门 需建立4个子网 其中部门1有50台主机 部门2有25台主机 部门3和部门4分别有10台主机 现有一个内部C类地址 192 168 1 0 请为该单位进行IP地址划分 解析 本题需要进行子网划分 利用VLSM技术可以划分具有不同主机数的子网 充分利用网络资源 划分的一般步骤如下 判断用户需求选择可变长子网掩码确定子网IP地址空间 3 2子网划分 判断用户需求 计算最大网络需求部门1 50台主机 25 50 26 需要6位主机号 C类地址8位主机号留下6位 其余2位做子网号01和10两个子网号 得到192 168 1 64 26和192 168 1 128 26两个子网 假设192 168 1 64 26分配给部门1选择可变长子网掩码 即继续分配子网号部门2 25台主机 24 25 25 需要5位主机号 192 168 1 128 26这个子网可划分为192 168 1 128 27和192 168 1 160 27两个子网 假设192 168 1 64 26分配给部门2部门3和部门4 10台主机 23 10 24 需要4位主机号 192 168 1 160 27这个子网可划分为192 168 1 160 28和192 168 1 176 28两个子网 3 2子网划分 3 2子网划分 确定子网IP地址空间 补充例题例如 一个公司的销售部有50名员工 需要60个IP地址 财务部有20名 需要30个IP地址 人事部有5名员工 需要5个IP地址 现在有192 168 1 0 24网段 将IP地址合理分配 并且剩余的IP地址供其他部门使用 分析 分析用户需求设备的IP地址数量取决于主机位有多少 设有Y位做主机位 则可容纳的设备数量为2Y 2 由于此网段有8位主机位 我们便可以求出此网段可容纳的设备数量 28 2 254 3 2子网划分 选择可变长度子网掩码 VLSM 需求的按从大到小排列为 60 30 5 第一个子网至少需要6位主机位 26 2 60 那么子网部分还剩2位 22 4 可划分出4个子网 192 168 1 0 26192 168 1 64 26192 168 1 128 26192 168 1 192 26 3 2子网划分 25 2 30 Y 5 子网位为1 可划分2个子网 192 168 1 64 27192 168 1 96 27 3 2子网划分 23 2 5 Y 3 子网位为2 可划分4个子网 192 168 1 96 29192 168 1 104 29192 168 1 112 29192 168 1 120 29 IPv4划分技术的发展历程 概念CIDR是为了解决地址耗尽及路由表增大而提出的一种措施 基本思想是将剩余IP地址不再按照标准地址分类规则分配 而是以可变大小的块地址进行分配 是为了应用VLSM而产生的一种路由技术 特点采用新型的无分类的二级地址结构 网络前缀 主机号 取代了A B C类地址 将网络前缀相同的连续IP地址组成一个CIDR地址块 无类域间路由技术具有IP地址聚合和路由聚合的能力 CIDR技术的聚合能力通过IP地址聚合 可以提高路由器的性能和工作效率 子网划分是通过增加子网位 划分子网 而IP地址聚合相反 是通过相同网络前缀进行合并 形成一个大的网段 3 3无类域间路由 CIDR 3 3无类域间路由 CIDR 描述采用斜线法 如200 200 200 0 21表示的地址块 前缀长度 21位主机长度 11位 地址范围 200 200 200 0 200 200 207 255主机数 211 2个广播地址 将主机位全设为1 即200 200 207 255 CIDR块193 178 0 0 22 以下描述正确的是 网络长度16位 子网长度6位 主机长度10位 前缀长度22位 主机长度10位网络长度22位 主机长度10位主机长度22位 网络长度10位 3 3无类域间路由 CIDR B 实例分析设一个公司获得了202 122 128 0 18的地址块 要将其划分为16个大小相等的较小地址块 步骤如下 计算出所要占用的主机号中的位数由于24 16 所以要占用14位主机号中的前4位来划分地址块 即可实现将其划分为16个大小相等的较小地址块 进行地址块的划分每个地址块能分配的地址数为210 2个 每个网络块的前18位网络前缀是相同的 3 3无类域间路由 CIDR 10000000 12810000100 132 10111100 188 进行地址块的划分每个地址块能分配的地址数为210 2个 每个网络块的前18位网络前缀是相同的 3 3无类域间路由 CIDR 那么当连接到外网的主路由器向外部发送一个信息表示它将接收所有目的地址的前18位与202 122 128 0 18相符的分组 路由聚合而从外部网络来看 并不清楚网络内部地址分块情况 地址聚合 历年真题若某大学分配给计算机系的IP地址块为202 113 16 128 26 分配给自动化系的IP地址块为202 113 16 192 26 那么这两个地址块经过聚合后的地址为 08 04 202 113 16 0 24202 113 16 0 25202 113 16 128 25202 113 16 128 24 3 3无类域间路由 CIDR 解析 计算这两个地址块聚合后的地址 需找出它们的网络地址的共同的前缀和位数 从而确定路由聚合和CIDR的掩码 128 10000000192 11000000这两个地址块前25位相同 所以聚合后的地址为202 113 16 128 25 C 历年真题某企业分配给产品部的IP地址块为192 168 31 192 26 分配给市场部的IP地址块为192 168 31 160 27 分配给财务部的IP地址块为192 168 31 128 27 那么这三个地址块经过聚合后的地址为 08 9选10 A 192 168 31 0 25B 192 168 31 0 26C 192 168 31 128 25D 192 168 31 128 26 3 3无类域间路由 CIDR 3 4NAT技术 概念全局IP地址 公有地址 和内部专用IP地址 私有地址 是相对于Internet而言的 当前主机接入的两种方法 主机直接接入Internet 如网站服务器 主机间接接入Internet 主机接入局域网 然后通过该局域网上设置的某台服务器作为网管或代理来接入 区别全局IP是接入Internet的IP地址 专用IP是局域网内部的IP地址 只能用于某个机构或公司内部 全局IP地址需要申请 而专用IP不需要全局IP在Internet上保证唯一 而专用IP只要求在某个局域网内唯一 3 4NAT技术 预留的专用IP地址 3 4NAT技术 概念NAT即网络地址转换 是实现从专用地址访问Internet的方法 它在专用IP地址和全局地址间搭起了一座桥梁 从而快速弥补了IP短缺 3 4NAT技术 工作流程 历年真题下图是网络地址转换NAT的一个实例 08 09选9 3 4NAT技术 根据图中信息 标号为 的方格中的内容应为 A S 135 2 1 1 80D 202 0 1 1 5001S 135 2 1 1 80D 192 168 1 1 3342S 135 2 1 1 5001D 135 2 1 1 80S 192 168 1 1 3342D 135 2 1 1 80 B NAT技术适用的应用领域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访问需要严格控制内部网络系统的地址分配与防火墙技术结合NAT的分类静态NAT采用一对一的形式 即一个专用地址转换为一个全局地址动态NAT定义一个地址段 在转换时可以随机采用该地址段范围内的地址 端口复用NAT把内部地址映射到外部网络设备的一个IP地址的不同端口上 在NAT转换表中记录相应端口号及IP地址 3 4NAT技术 3 5IPv6技术 IPv6的基本特征IPv6采用128位的地址长度 可以有2128 1个地址 几乎可以不受限制地提供地址 主要优势如下 1 丰富的地址资源 2 新的协议格式 基本包头8个字段 3 有效地分级寻址和路由结构 3 更好的支持服务质量 4 较高的安全性 IPv6地址分类单播地址组播地址多播地址特殊地址未指定地址环回地址 IPv6的表示方法IPv6的128位地址用16位边界划分 每个16位段转换成4位十六进制数字 用冒号 分隔 称为冒号十六进制表示法 某些地址类型中包含一系列的零 可进一步简化IPv6地址的表示 1 前导零压缩法如果一个位段中零出现在最前边 则可以略去不写出 一直略到不为零的数值结束 如21DA 0000 02AA 000F FE08 0000 0000 9C5A可以写成21DA 0 2AA F FE08 0 0 9C5A 2 双冒号表示法冒号十六进制格式中被设置为0的连续16位块可以被压缩为 例如 本地地址FE80 0 0 0 2AA FF FE9A 4CA2可以压缩为FE80 2AA FF FE9A 4CA2 3 5IPv6技术 IPv6的表示方法 3 前缀表示法IPv6前缀是地址的一部分 用于指出有固定值的地址位