计算机网络课件4 2 ip地址及其发展

----4.2

IP地址及其发展IP地址概述分类IP地址划分子网无类别地址CIDR技术IP地址IP地址是因特网上用于唯一确定设备接口的地址。IP地址包括IPv4地址(32位)和IPv6地址(128位)。IP地址与接口IP地址是针对物理接口的,一个物理接口一般对应一个IP地址特殊情况下，一个物理接口可以对应多个IP物理网络不需要经过路由器等三层设备就可以直接到达的设备或接口 位于同一个物理网络。（本质，物理层和数据链路层一致）物理网络内部寻址使用物理地址。IP地址设计思想使用标准的地址能够通过IP地址判断目标和自身是否在同一个物理网络，从 而确定分组是否需要发送给路由器。IP网络IP地址分为网络部分与主机部分两台主机的IP地址网络部分相同，则该两台主机位于同一IP网络主机通过IP地址判断自身和目标如果在同一IP网络就认为在同一物理网络， 直接发送分组，否则将分组发给路由器。223.1.1.1223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.3.27223.1.1.2223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1思考：图中有几个物理网络？假设IP地址的前三段是网络号，图中有几个IP网络？IP网络和物理网络的对应关系是怎样的？在IP地址设计中，最关键的问题是如何确定IP地址中网络号和主机号0网络号8

bit主机号24

bit特性：根据不同特征的IP地址，事先约定好网络号所占的位数和主机号作占的位数A类地址1

0网络号16位主机号16位B类地址全球共有27-2个A类网络，每个A类网络共有224-2个主机地址，地址范围是

1.0.0.0－126.255.255.255，127开头的地址保留为本机回环地址。全球共有214个B类网络，每个B类网络共有216-2个主机地址,地址范围是：128.0.0.0

－191.255.255.255。1

1

0网络号24位

主机号8位C类地址D类地址1110组播地址E类地址保留为今后使用11110全球共有221个C类网络，每个C类网络共有28-2个主机地址，地址范围是

192.0.0.0－223.255.255.255。地址范围是224.0.0.0－239.255.255.255。网络地址主机号全0的地址，例如192.168.1.0。特定网络的广播地址主机号全1的地址，表示特定网络的广播，例如192.168.1.255。本地链路广播地址255.255.255.255，表示本机所在的网络广播本机环回地址•127开头的地址，表示主机自身，例如127.0.0.1内网地址(私有地址)保留给任何一个公司单位内部网络使用的IP地址，不 能出现在公网上，范围是：10.0.0.0—10.255.255.255172.16.0.0

—

172.31.255.255192.168.0.0

—192.168.255.255链路本地地址无IP地址时由操作系统临时分配的IP地址。169.254.0.0

–169.254.255.255问题：根据分类IP地址的规定，判断下列IP地址是否可以有效的用于公网 的接口上。1.1.1.110.1.1.0127.10.2.1169.254.1.2200.200.200.255131.107.0.0229.0.0.1判断准则：非D，E类地址，非广播地址，非网络地址，非私有地址，非本地环 回地址。223.1.1.1223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.2223.1.2.1223.1.2.6223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27223.1.1.2223.1.7.1223.1.7.2223.1.8.2223.1.8.1223.1.9.1223.1.9.2由6个IP网络组成的互联系统，包括三个局域网，三个广域网223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.3.27223.1.1.2223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1BEA发送数据给B注意：当源主机和目标主机在同一个物理网络时，数据的寻址方式是链路层的物理地址(MAC地址)A检查B的IP地址，发现B与A属于同一IP网，A直接通过数据链路层将分组打包成帧发送给BA

223.1.1.1目标网络.

下一跳代价223.1.1

.0223.1.2

.0E0E111不匹配匹配R1的路由表223.1.1.1223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.1.2223.1.2.2223.1.2.1BEA

A发送数据给EA检查E的IP地址，发现E与A属于不同IP网段，A通过数据链路层将分组打包成帧发送给路由器R1R1收到分组后，查找路由表，决定下一跳R1E0E1问题1路由器是否需要IP地址(若需要，多少个)？问题2不同网络的IP地址是否可以重复，同一个网络内部IP地址是否可以重复？问题3连在同一Hub(集线器)或交换机上的IP地址网络号不同的主机之间是否可以在IP网上通信,如下图,A是否可以和B通信。223.1.1.1223.3.1.1223.1.1.4

E0.0223.1.1.2A

BE0223.3.1.2

E0.1路由器的一个物理接口可以划分为多个逻辑上的子接口，不同的子接口对应不同的IP网络问题：某学校获得了一个A类地址块，理论上可用的IP地址为224-2个IP地址,实际上呢？某公司需要100个IP地址，他至少需要申请一个C类地址，该C类地址的利用率为多少？结论：一个物理网络不能过大,否则网络性能很差,某个B类或A类IP网络无法全部用于单个物理网络。分类IP地址分配不合理，利用率低分类IP地址设计的弊端－－不灵活，IP地址利用率不高。划分子网的思路：网络管理员将本应属于一个物理网段的单个分类IP网络划分成多个子网，不同的子网对应不同的物理网段，不同子网之间的通信必须经过路由器。子网划分的方法：将两级IP地址(网络号+主机号)变为三级IP地址(网络号+子网号+主机号)。子网号借用了主机号前面的部分位，子网划分应由网络管理员决定,网络号相同但子网号不同的IP地址属于不同的子网，通信需要路由器。net-idsubnet-idhost-id网络号 子网号

主机号三级IP地址网络号net-id主机号host-id两级IP地址因特网部分本地部分因特网部分本地部分子网掩码中前面连续的1对应的位表示IP地址相应位为网络号或子网号子网掩码中后面连续的0对应的位表示IP地址相应位为主机号举例：假设将B类网络130.25.0.0的主机号借8位作为子网号，则 子网掩码为255.255.255.0。网络号 主机号00000000

0000000010000010

00011001两级IP地址130

25Subnetmask子网掩码11111111

1111111111111111000000002552552550网络号0主机号0子网号已知子网掩码为255.255.255.0，判断下列IP地址之间的关系是什么？

12.1.3.414.2.3.4

130.25.128.1130.25.130.2

210.24.5.6210.24.7.2

192.168.1.2192.168.1.311111111

111111111111111100000000Subnetmask子网掩码255

255

255

0网络号主机号子网号思考：如果子网掩码为255.255.240.0，上述IP地址的关系又是什么？255.255.182.0作为掩码呢？默认子网掩码不划分子网的子网掩码称为默认子网掩码。A类网络默认子网掩码255.0.0.0。B类网络默认子网掩码255.255.0.0。C类网络默认子网掩码255.255.255.0。划分子网后的网络地址和广播地址基于子网掩码的IP地址网络地址和广播地址意义不变主机号全0的是网络地址。主机号全1的是广播地址。例：171.32.192.0在掩码为255.255.248.0时属于网络地址。问题：为什么子网掩码设计为由连续的1和连续的0组成，计算机如何 通过子网掩码判断IP地址关系？结论便于主机根据子网掩码判断IP地址关系。使用AND(”与”)操作后，子网掩码1所在的位数对于的IP地址不 变，0所在位数对于IP地址为0。(IP

Address)

AND

(subnet

mask)

=network

address例如：193.154.34.129

255.255.255.192的网络地址为 193.154.34.128。128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0255.255.255.128接口0128.30.33.128255.255.255.128接口1128.30.36.0255.255.255.0R2128.30.33.13H1子网1：网络地址128.30.33.0子网掩码255.255.255.128R1

的路由表（未给出默认路由器）R1R2子网2：网络地址128.30.33.128子网掩码255.255.255.128H2128.30.33.138128.30.33.130

10

128.30.33.129H31

128.30.36.2子网3：网络地址128.30.36.0子网掩码255.255.255.0128.30.36.12128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0255.255.255.128接口0128.30.33.128255.255.255.128接口1128.30.36.0255.255.255.0接口1R1

的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1：网络地址128.30.33.0子网掩码255.255.255.128R1R2子网2：网络地址128.30.33.128子网掩码255.255.255.128H2128.30.33.138128.30.33.130

10

128.30.33.1291

128.30.36.2H3

子网3：网络地址128.30.36.0128.30.36.12

子网掩码255.255.255.0主机H1要发送分组给H2H1

首先检查目标主机

128.30.33.138

是否连接在本网络128.30.33.0上。255.255.255.

128

(11111111

11111111

11111111 10000000

)AND

128. 30.

33.

138

(10000000

00011100

00100001

10001010)=

128. 30.

33.

128

(10000000

00011100

00100001

10000000)≠

128. 30.

33.

0

不在同一网络(子网)上，H1发送分组给路由器的接口0主机H1要发送分组给H2128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0255.255.255.128接口0128.30.33.128255.255.255.128接口1128.30.36.0255.255.255.0接口1R1

的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1：网络地址128.30.33.0子网掩码255.255.255.128R1R2子网2：网络地址128.30.33.128子网掩码255.255.255.128H2128.30.33.138128.30.33.130

10

128.30.33.12911

128.30.36.2128.30.36.2HH33

子网3：网络地址子网3：网络地址

128.30.36.0128.30.36.0128.30.36.12128.30.36.12

子网掩码子网掩码

255.255.255.0255.255.255.0路由器R1逐项查找路由表,决定下一跳。路由器使用每行的子网掩码与目标进行”与”操作,判断结果和目的网络地址是否相同。注意：路由表的变化－增加了子网掩码这个字段。匹配第二项，选择接口1转发思考：使用子网掩码后，路由表是否可能出现多条同时匹配的路由?结论：可能，如果出现，采用掩码最长前缀（掩码中1的个数）匹配原则选择路径。若掩码前缀相同，则采用网络负载均衡的方式转发IP地址的前缀表示法：128.30.33.138/25表示IP地址的掩码为

255.255.255.128目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0255.255.255.0接口0128.30.33.128255.255.255.128接口1128.30.36.0255.255.255.0R2IP地址128.30.33.138同时匹配第一条和第二条路由,由于第二条路由的掩码前缀为25，长于第一条路由，因此选择第二条路由路由表的3

条法则:每台路由器根据其自身路由表中的信息独立作出决策.一台路由器的路由表中包含某些信息并不表示其它路由器也包含相同的信息有关两个网络之间路径的路由信息并不能提供反向路径（即返回路径）的路 由信息.？？？？目标网络路由最常见的路由项，能匹配一个网络(子网)的IP地址。特定主机路由只能匹配某个特定的主机IP的路由，优先级最高。默认路由(缺省路由)可以匹配所有IP地址的路由，优先级最低。128.30.33.111

255.255.255.2550.0.0.0

0.0.0.0目的网络地址 子网掩码 下一跳128.30.33.128

255.255.255.128

接口

0接口1接口2目标网络路由特定主机路由默认路由子网掩码的作用：划分子网，便于管理，提高IP地址利用率。相关问题思考：划分子网是否缓解IP地址危机？子网之间通信是否需要路由器？同样的目标IP地址是否会在路由表上找到两条以上匹配的路 由？有了掩码的IP地址是否需要再考虑其所属分类？192.168.0.3是否可以使用255.255.0.0的掩码？上海分公司南昌分公司总部问题：若某公司得到一个C类网络地址210.33.15.0，假如所有子 网的掩码都一样，该如何划分子网？广州分公司某公司网络拓扑图广州分公司上海分公司南昌分公司总部7个子网，其中4个局域网(LAN),3个广域网(WAN)。局域网设备总部20台工作站，2个服务器，1个可管理交换机，1台打印机，1个路由器广州分公司11台工作站，1个路由器，2台交换机上海分公司12个工作站，1个路由器南昌分公司5个工作站，1个服务器，1个路由器哪些设备需要IP地址？一般原则:每个使用IP协议进行通信的网络接口都应当有一个IP地址，如：工作站，服务器，路由器，可管理交换机，网络打印机不需要IP地址的设备：普通交换机、集线器、中继器等本例中,总部需要25个IP,广州分公司12个IP,上海分公司13个IP,南昌分公司7个IP，3个广域网各需要2个IP地址子网掩码问题：过去规定不能使用子网号全0和全1的子网。C类网络，7个子网，需要借主机号4位作为子网号，掩码为

255.255.255.240,该掩码下每个子网可以使用14个IP地址。总部需要25个IP，出现子网数和主机数的矛盾子网数与主机数矛盾解决办法:申请更大的地址块让一个物理网络包含多个IP子网使用子网0（如cisco的命令ip

subnet-zero)使用可变长子网掩码VLSM最终规划方案：假设采用子网0的方式解决子网数和主机数的冲突，使用子网掩码255.255.255.224。子网掩码网络地址IP地址范围子网0(总部)255.255.255.224210.33.15.0210.33.15.1-210.33.15.30子网1

(广州分公司)255.255.255.224210.33.15.32210.33.15.33-210.33.15.62子网2

(上海分公司)255.255.255.224210.33.15.64210.33.15.65-210.33.15.94子网3

(南昌分公司)255.255.255.224…….……WAN1255.255.255.224…….……WAN2255.255.255.224…………WAN3255.255.255.224…………定长掩码的网络VLSM的网络步骤：按照主机数的需求从多到少或从少到多排序每个子网根据主机IP的需求确定主机号的位数，从而确定子网号的位数，确定子网掩码。一定要保证某个子网不会成为其他子网的细分子网。即子网划分不能重复。问题：•IPv4

的地址空间最终将全部耗尽。子网掩码无法改变IP地址的分配方式，无法缓解IP地址危机。CIDR概述•CIDR全称为Classless

Inter-Domain

Route，即无类别域间路由•CIDR取消了IP地址的分类限制，可以取IP地址的任意前缀作为网络号•CIDR改善了IP地址的分配方式，缓解了IP地址危机。•CIDR可以利用层次网络和路由汇总减小路由器中路由表的规模，提高转发速度。128.14.32.5/20表示该IP地址前20位为网络号，后12位为主 机号，即掩码为255.255.240.0。CIDR地址的网络地址由前缀或掩码决定。CIDR地址的网络地址和广播地址本质不变。主机号全0为网络地址，全1为广播地址。128.14.32.0/20表示一个网络地址，即一个CIDR地址块。100000000000111000100000000000011000000000001110001000000000001010000000000011100010111111111110…128.14.32.0/20包含的地址路由汇总指将连续的多个网络地址汇总为一个网络地址路由汇总必须与层次物理网络结合路由汇总能极大的减少路由器上路由表的规模。VLSM中，多个子网可以汇总成一个分类地址块或一个子网地址块。CIDR地址中，多个网络(可以是分类网络)可以汇总成一个CIDR地址 块，形成”超网（super

net）”。相关概念：192.168.0.0/24192.168.1.0/24192.168.2.0/24192.168.3.0/24192.168.0.0/22四个网段的前22位相同保留，后10为作为汇总后的主机部分用0表示路由汇总所有属于汇总后地址块的地址都属于汇总前的地址块称为精 确汇总，否则为不精确汇总。不精确汇总会导致路由黑洞精确汇总与不精确汇总192.168.0.0/24192.168.1.0/24192.168.2.0/24192.168.3.0/24192.168.0.0/22精确汇总192.168.0.0/24192.168.2.0/24192.168.0.0/22不精确汇总不精确汇总不精确汇总因特网206.0.68.0/22ISP206.0.64