第三讲网络互联基础及ip地址规划

第三讲 网络互联基础及IP地址规划,主讲：史宝会,本节目标,网络七层体系结构中各层的功能数据包的封装与解封过程IP地址的划分原则及可变长子网掩的作用IP地址故障的解决方法,3,OSI 参考模型,数据流层,传输层,数据链路层,网络层,物理层,应用层 (高),会话层,表示层,应用层,4,保证不同应用间的数据区分,用户接口,数据表示加密等特殊处理过程,传输层,数据链路层,网络层,物理层,例子,会话层,表示层,应用层,应用层作用,5,TCPUDPSPX,802.3 / 802.2HDLC,EIA/TIA-232V.35,IPIPX,表示层,应用层,会话层,例子,数据流层的作用,可靠或不可靠的数据传输数据重传前的错误纠正,将比特组合成字节进而组合成帧用MAC地址访问介质错误发现但不能纠正,设备间接收或发送比特流说明电压、线速和线缆等,传输层,数据链路层,物理层,网络层,提供路由器用来决定路径的逻辑寻址,PDU七层体系结构,PDU（protocol data unit):每一层使用自己层的协议和别的系统的对应层相互通信，协议层的协议在对等层之间交换的信息叫协议数据单元。上层 : messagetransport layer : segmentNetwork layer: packetData-link layer: FramePhysical layer: bit,数据的封装,封装 （ encapsulate/encapsulation）：数据要通过网络进行传输，要从高层一层一层的向下传送，如果一个主机要传送数据到别的主机，先把数据包装到一个特殊协议报头中，这个过程叫 封装,上层数据,LLC 头 + IP + TCP + 上层数据,MAC 头,IP + TCP +上层数据,LLC 头,TCP+上层数据,IP 头,上层数据,TCP 头,0101110101001000010,传输层,数据链路层,物理层,网络层,表示层,应用层,会话层,解封装数据,网络层的数据包结构,数据,源地址,目标地址,IP,头,172.15.1.1,主机号,网络号,逻辑地址,网络层端接设备的数据包,IP地址的结构,11111111,11111111,00000000,00000000,10101100,00010000,01111010,11001100,二进制掩码,二进制地址,172.16.122.204 255.255.0.0,172,16,122,204,255,地址,掩码,255,0,0,网络部分,主机部分,IP基础,IP地址的作用在网络上唯一能标识一台主机的信息IP地址的版本IPV4：32位二进制组成，8位一组，点分10进制表示分5大类IPV6：128位二进制组成IP地址与MAC地址的区别MAC在链路层物理地址IP在网络层逻辑地址,IPV4地址类型,单播地址分配给网络中的一个节点，进行点对点通信组播地址作为某一个子网内的一组设备的地址，当引用该地址时，属于该组的所有设备均被包含在其中向这个地址发送数据就是其实就是向这一个集合中的所有设备同时发送数据。组播地址适合用于一对多通信方式。 广播地址同一个子网的所有网络设备属于同一个广播域，该地址代表本子网内所有网络设备。利用该地址可以向属于同一个网段内的所有网络设备传送数据。广播地址经常用来向网络发送询问信息，已获取某个网络设备的相关信息。,IPV4地址分类,A、B、C三类地址的对比,A类地址的网络地址为：*.0.0.0 广播地址为：*.255.255.255 B类地址的网络地址为：*.*.0.0 广播地址为：*.*.255.255 C类地址的网络地址为：*.*.*.0 广播地址为：*.*.*.255 其中“*”号表示根据网络的实际情况来取值。,广播地址（Broadcast Address）,私有IP地址,IPV6,TCP/IP是在20世纪80年代提出来的，限于当时网络发展的规模和人们对网络发展前景的估计不足，IETF从1995年开始就着手研究开发下一代IP协议，即IPv6IPV6新技术128位二进制、采用了分级地址模式、高效IP包头、服务质量、主机地址自动配置、认证和加密等许多技术,IPV6的结构,表示形式由8个地址节组成，每节包含16个二进制地址位，用4个十六进制数书写，节与节之间用冒号分隔x:x:x:x:x:x:x:xIPV6的单点广播地址为点对点通信设计了一种具有分级结构的地址，这种地址被称为可聚合全局单点广播地址（aggregatable global unicast address），开头3个地址位是地址类型前缀，用于区别其它地址类型，其后依次为13位TLA ID、32位 NLA ID、16位SLA ID和64位主机接口ID，分别用于标识分级结构中自顶向底排列的TLA（Top Level Aggregator，顶级聚合体）、NLA（Next Level Aggregator，下级聚合体）、SLA（Site Level Aggregator，位置级聚合体）和主机接口。,下面具体看一个二进制形式的 IPv6 地址：00111111111111100010100100000000110100000000010100000000000000000000001010101010000000001111111111111110001010001001110001011010 16进制表示3FFE:2900:D005:0000:02AA:00FF:FE28:9C5A省略零表示3FFE:2900:D005:0:2AA:FF:FE28:9C5A零压缩表示3FFE:2900:D005:2AA:FF:FE28:9C5A,实例分析,例如，对于这样一个IPv6地址FE80:0:0:0:2AA:FF:FE9A:4CA2，通过分析可以发现，它的第2、3、4位块均是由二进制位的0组成，根据前面所讲的压缩零方法，将这些二进制位进行压缩零操作，最终将IPV6地址写成FE80:2AA:FF:FE9A:4CA2。对于下面的一个地址IPv6 地址 FF01:0:0:0:0:0:0:2F3D 压缩成 FF01:2F3D。,在进行压缩零操作的过程中，还必须注意到下面一个原则，即对于任何一个IPV6地址，只能使用一次零压缩。如果一个地址包含多个可以进行压缩零操作的零块序列，则只能对最左边的零块序列进行压缩零从而表示为“:”，其它则不能进行压缩零操作否则，您就无法确定每个“:”代表多少位零,IPv6 地址类型,IPv6所确定的地址主要有三种地址类型：单播地址多播地址任意广播地址。,单播地址,单播地址用来标识单播地址类型范围中的一个接口。使用适当的单播路由拓扑，发送到单播地址的数据包将正确路由到被传送到单个接口。单播地址用于从单个源IP地址到单个目标IP地址进行的数据包括发送，在这种情况下实际上可以说是进行的是点到点的通信,多播地址,IPV6的多播地址与IPV4中的组播地址有点相似，可以用来标识多个接口。使用适当的多播路由拓扑，发送到到多播地址的数据包将被同时发送到由该地址标识的所有接口。多播地址用于从一个源地址到多个目标地址进行通信，即一对多的数据通信方式。,任意广播地址,任意广播地址同样可以标识多个接口。使用适当的路由拓扑，发送到任意广播地址的数据包将被传送到单个接口，即该地址标识的最近的接口。“最近的”接口是指最近的路由距离。任意广播地址用于从一个源地址到多个目标地址之一进行通信，数据将被传送到最近路由距离的单个接口。,特殊 IPv6 地址,下面提供了几种特殊IPv6地址：未指定地址环回地址。,未指定地址,未指定地址（0:0:0:0:0:0:0:0 或 :）表示地址缺失，相当于IPv4的未指定地址 0.0.0.0，这种地址的描述方式的含义是任意的IP地址。未指定地址通常用作尝试验证临时地址唯一性的数据包的源地址。未指定地址不可以分配给接口或用作目标地址。,环回地址,环回地址（0:0:0:0:0:0:0:1或:1）标识一个环回接口地址。使用环回地址，一个节点可以向自己发送数据包，环回地址相当于IPv4的环回地址127.0.0.1。定址到环回地址的数据包从不在具体的通信链路上发送，IPv6 路由器也不会转发这种数据包。,兼容性地址,虽然IPV6地址具有许许多多的优点而IPV4具有那么多的缺点和不足，但是考虑到市场的接受和更新过程还需要很长的一段时间，所以IPV6和IPV4地址结构必然在一定的时期内共存在Internet中，为了不至于因为两种不同的IP地址定义方式对人们使用Internet带来严重的影响，必须提供一些地址兼容性方法，顺利完成从IPv4向IPv6过渡。目前已经定义了下面几种兼容性地址方案：,与 IPv4 兼容的地址,与IPv4兼容的地址，0:0:0:0:0:0:w.x.y.z 或 :w.x.y.z（其中的 w.x.y.z 是公用IPv4地址的点分十进制表示形式），供那些使用IPv6进行通信的IPv6/IPv4节点使用。IPv6/IPv4节点是同时使用IPv4和IPv6协议的节点。当IPv4兼容地址用作IPv6目标时，IPv6的数据包将会自动使用IPv4所定义的封装方式进行封装，然后发送到使用IPv4协议的网络设备。用于Windows Server2003和WindowsXP的IPv6能够支持IPv4兼容地址，需要用户事先设定好相关的选项，在默认情况下Windows Server 2003和Windows XP是禁用这类地址的。,IPv4映射地址,IPv4映射地址，0:0:0:0:0:FFFF:w.x.y.z 或 :FFFF:w.x.y.z，将仅使用IPv4的节点映射成IPv6节点。IPv4映射地址仅用作内部表示形式。IPv4映射地址从不用作IPv6数据包的源或目标地址。,6to4地址,6to4是RFC3056中描述的IPv6过渡技术。6to4地址用于Internet上同时运行IPv4和IPv6的网络设备之间的通信。,ISATAP地址,Internet的草案站点间自动隧道寻址协议 (ISATAP)定义了在专用Intranet上同时运行IPv4和IPv6的两个节点之间使用的ISATAP地址。,Teredo地址,当进行通信的两个主机之一或两个主机都位于IPv4网络地址转换(NAT)设备之后时，Teredo地址用于在Internet上同时运行IPv4和IPv6的两个节点之间进行通信。以上这样技术都是用来解决IPV4和IPV6共存的这一段时间内，人们如何在网络上同时使用这两种地址结构方案而又不会造成冲突。,子网划分,原因充分利用IP地址为其它部门提供多余的IP地址方便管理减少广播域,划分子网的方法,使用主机地址划分将主机地址中的前几位进一步细化，根据网络的需求进行划分通过子网掩码实现子网的划分例C类地址： 202.100.37.105划分为8个子网子网掩：255.255.255.224,网络号与IP地址的判断,思考：A类地址72.87.50.110/11网络号与子网掩？子网掩：255.224.0.0,无类别域间路由CIDR（Classless Inter-Domain Routing）,IP地址分类的问题：A类地址实在过大，浪费大部分空间C类网络对大多数组织来说实在太小，B类地址数量不满足需求在CIDR中，地址根据网络拓扑来分配引入“网络前缀”，在原来的A类、B类和C地址后面加上一个“”，然后在“”后面加上数字，这个数字表示有多少位二进制数用来表示网络位。,CIDR网络前缀与网络中所包含主机数量的关系,某单位有100台主机，分别属于四个不同的部门，其中第一个部门有26台计算机，第二个部门有25台主机，第三个部门有24台计算机，第四个部门拥有25台。为了便于网络的管理，现将不同的部门划分成不同的子网。该单位内部使用私有地址：192.168.100.*。,C类地址子网划分实例分析,可变长度子网掩码(VLSM),VLSM的提出1987年IETF提出即：RFC1009在一个网络中使用多个不同的子网掩码每一个网络中所能够提供的主机地址数目可能是不同的,可变长子网掩码与地址块大小之间的关系,注意事项,路由器协议RIPv1和IGRP协议中均不支持子网信息的传递，即可支持VLSMRIPv1和IGRP协议一种有类路由协议。很容易得出下面的结论，在运行有类路由协议的网络中，是无法使用可变长子网掩码的。,IP寻址故障排除,Ping命令的信息Request time out 表示发出数据分组，在规定的时间内没有返回信息，最有可能的结果是与目的主机之间的通信无法正常进行。引起这个故障的原因是多方面的，有可能是自身网卡的原因，也有可能是通信链路有故障，还有一种可能是所安装的网络协议有问题。 Reply from *.*.*.*: bytes=32 time1ms TTL=128 这是网络通信正常的标志，表明在源主机和目的主机之间的通信链路是正常的。在出现这个结果时，还会同时出现关于延时方面的信息。 Destination host unreachable. 这个信息表明无法正常路由到目的主机，这可能是由于本地的网络地址配置不正确，或是相关的路由器的配置信息有问题，或是目的主机根本就不存在。,本节小结,网络七层体系结构每层的功能与特点网络中数据封装与解封的过程IP地址特点与作用，与MAC地址的比较IPV4与IPV6的特点子网的分划,习题二,一问答题 1CIDR技术主要用来解决哪一方面的问题？2使用子网划分技术有哪些方面的好处？3可变长子网掩码技术可以解决网络地址分配中的哪些问题？4进行子网划分通常的过程是怎样的？5在进行子网划分后，如何判断一个IP地址的类别？,6请给出下列地址的子网号、广播地址和合法的主机号范围。10.0.0.5 255.255.255.252172.18.15.5 255.255.255.128192.168.100.37 255.255.255.248 192.168.100.66 255.255.255.224 二选择题 1172.16.100.22 255.255.255.240所在的网络所能提供的合法主机地址范围是（ ）A.172.16.100.20172.16.100.22 B.172.16.100.1172.16.100.255C.172.16.100.16172.16.100.23 D.172.16.100.17172.16.100.31E.172.16.100.17172.16.100.30,2子网172.16.100.159 255.255.255.192的广播地址是（