计算机网络基础微课版 课件 模块5　扩展网络立体空间-网络互联技术

扩展网络立体空间-网络互联技术主讲人：XXX计算机网络基础思维导图2

学习提示12主题：

网络互联概述、

IP数据报格式、

定长子网掩码划分方法、

变长子网掩码划分方法、

IPv6地址、

互联网络设备、

静态路由、

动态路由协议如何实现多网络之间的互联和通信3

主题一：网络互联学习目标知识目标本节目标1. 了解网络互联的概念。2. 掌握IPv4协议的特点。掌握ICMP、ARP的作用。1. 通过IP协议在网络层的核心地位的介绍，引导学生做事情要从整体着眼，树立“观大势，谋全局”观念。素质目标能力目标1. 能够使用常见网络命令工具解决实际问题。课前评估6

1．网络已经成为人们日常生活中的一部分，互联网在改变我们通信及生活方式的同时，也推动着各行各业的发展。请读者了解互联网在过去30年里发生的变化，探究其未来的发展趋势，进一步思考使用网络还能做哪些方面的事情？2．在生活中，人们不再局限于与同一个网络中的终端间通信，还希望可以与其他网络中的终端进行通信，产生联系，因此需要进行网络互联，将两个以上的传输网络通过一定的方法，将一种或多种网络通信设备相互连接起来，构成更大规模的网络系统。请读者进一步思考网络互联的动力来源于什么？3．人们对当前Internet采用的TCP/IP参考模型的描述是“EverythingoverIP，IPoverEverything”，你是如何理解这一观点的？网络互联的概述7

互联网概述计算机的出现网络的出现网络互联任何事物都是变化发展的网络互联的概述8

网络互联：是将同构或异构（网络类型、实现技术、通信协议、体系结构等不同）网络通过互联设备连接起来，以构成规模更大的网络MAC地址唯一标识结点建立以太网交换路径封装成MAC帧格式数据报交换方式MACA以太网终端APSTNModem终端B56566767电话号码唯一标识结点通过呼叫过程建立点对点语音信道封装成PPP帧，无需结点的地址信息电路交换方式网络互联的概述9

网络互联：是将同构或异构（网络类型、实现技术、通信协议、体系结构等不同）网络通过互联设备连接起来，以构成规模更大的网络路由器实现不同类型网络互连路由器需要多个连接不同类型网络的接口终端与路由器接口之间通信由不同传输网络实现路由器实现传输路径的选择和两种不同帧格式之间的转换MACR68686767路由器MACA以太网终端APSTNModem终端B56566767网络互联的概述10

互联层次划分：根据网络层次结构模型，网络协议分别属于不同的层次，因此网络互联存在互联层次的问题，可划分为：物理层互联、数据链路层互联、网络层互联、高层互联应用系统级网络互联设备，若主机系统和接入网络使用不同的协议，需要使用网关，实现不同协议的之间的转换现在把路由器也叫作网关，不涉及协议之间的转换，实质是一个网络通向另一个网络的IP地址。网络互联方式不同，相应的网络互联设备也不相同，并且与实际的应用系统无关IP协议简介11

为什么认为IP协议是最为核心的协议实现网络间连接通信的规则和方法就是网际协议（InternetProtocol，IP）网络层中与IP协议配套使用的协议有4个：IP协议处于中心位置，其中ARP和RARP在IP的下面，因为IP经常要使用这两个协议。ICMP和IGMP在IP协议的上面，因为它们要使用IP协议12

IP协议具有什么特点实现简单：无连接、不可靠的服务协议，提供“尽力而为（Best-Effort）”的服务采用逐跳转发方式实现点到点之间的数据传输IP协议通过IP分组的有效定义，尤其是IP寻址模式，将各种网络技术在物理层和数据链路的差异统一在IP之下，提供异构网络互联的能力路由器A路由器B路由器C路由器D路由器E主机A1234丢失数据包可能选择不同路径转发数据包未按序到达IP协议简介13

IP协议简介—IP地址和MAC地址有了MAC地址可以实现网络中主机之间相互通信，为什么还需要IP地址MAC地址不能反映特定计算机的位置关系，存在寻址效率低下的问题不同网络的MAC地址长度，表示方法等不同，并且有些主机根本就不使用MAC地址，存在不方便使用的问题如果网络规模很大，一是采用广播的通信方式，其严重性是可想而知，网络肯定是无法工作；而让交换机记住所有终端的MAC地址，存储资源的占有量十分巨大，即便是可行，查询速度也不堪忍受14

IP协议简介—IP地址和MAC地址网络数据传输过程举例IPAMACR68686767终端AMACA终端B56566767路由器R1以太网PSTNModemIPR11IPBIPR12目的地第一跳IPB

IPR11目的地下一跳IPB直接MACAMACR数据IPBIPAMAC帧控制字段IP分组数据IPBIPAPPP帧IP分组逐跳转发：每一跳根据IP分组上的目的地址确定下一跳，每一跳只负责把数据传输到下一跳，IP分组在传输中始终不变将IP分组（含有源和目的IP地址）数据封装成MAC帧或PPP帧由实际的传输网络把数据从当前跳传输到下一跳IP分组经过不同的传输网络传输时，路由器需封装成传输网络对应格式（执行接收→解封装→重新封装→发送）15

IP协议简介—IP地址和MAC地址IP地址（类似于通信地址），网络层上使用的地址，是一种可配置的（服务商提供）、层次化的编址MAC地址（类似于人的姓名），数据链路层上使用的地址，是一种静态的（网卡内置）、非结构化的编址IP地址和MAC地址之间的联系：IP地址屏蔽了下层网络的物理地址而非替代。物理地址是必不可少的，因为只有通过物理地址才能找到节点设备的接口，将数据最终送到物理设备的接口上ARP协议16

问题：主机或路由器怎样知道应当在以太网帧的首部填入什么样的MAC地址当前节点A要将数据发送给下一跳节点B，只有它们的IP地址信息是不够的，交换机是不能识别IP数据包的，因此需要将IP数据包封装成帧在将IP数据报封装成以太网帧前，必须先获取连接在同一广播域上的当前节点A和下一跳节点B的MAC地址，当前节点A的MAC地址可以直接从安装的网卡中读取问题是如何知道下一跳节点的IP地址的前提下如何获取下一跳节点的MAC地址，这正是ARP的作用ARP作用ARP协议17

ARP作用ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行，更为简单的功能描述是….交换机局域网内利用MAC进行数据转发以太网中一个主机和另一个主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址路由器各网络间利用IP地址进行寻址转发ARP协议18

ARP的工作过程ARP是借助ARP请求与ARP响应两种类型的包确定MAC地址的IP：172.16.1.1IP：172.16.1.2IP：172.16.1.3主机A主机B主机C希望与主机B进行通信A发送ARP广播包询问B的MAC地址C收到后丢弃此包B收到后将主机A的MAC地址收藏，并给回应告诉A，自己的MAC地址交换机广播该ARP数据包交换机ARP协议19

ARP的工作过程２．由于是广播地址，网络中的所有终端都接收请求帧，根据请求帧中给出的IP地址确定自己是否是目的终端。目的终端回复MAC地址FCS数据IPAMACAIPBMACBARPMACBMACA单播目的MAC地址源MAC地址１．终端A广播ARP请求帧，请求帧中给出终端B的IP地址FCS数据IPAMACAIPB?ARPMACAFF-FF-FF-FF-FF-FFARP缓存区IPAMACAARP缓存区IPBMACB终端AIPAMACA服务器BIPBMACB以太网ARP协议20

ARP的工作过程进入DOS命令行界面arp命令格式及参数如下：

格式：arp[参数][主机IP地址][MAC地址]

参数：

-a：显示本机与该接口相关的arp缓存项。 -s：向arp缓存中人工加入一条静态项目。 -d：删除一条静态项目。

运行实例：

ARP协议21

ARP的应用方式ARP地址查询完成后，交换机将利用这一MAC地址进行转发IP：172.16.1.1IP：172.16.1.2IP：172.16.1.3主机A主机B主机C希望与主机B进行通信在数据链路层封装主机B的MACB收到后将主机A的MAC地址收藏，并给回应告诉A，自己的MAC地址交换机利用MAC地址找到转发端口交换机ARP协议22

ARP协议应用值得注意的几个问题ARP只能在同一个广播域内作用，意味着下一跳和当前结点必须属于同一个广播域ARP的另一个作用是：测试IP地址是否重复ARP特有的工作机制（广播和任何终端都可以伪造用于地址解析的以太网帧随时可以进行发送）可能引发一些安全问题2层广播帧是不能被三层设备转发的，如果目的主机和源主机不在同一LAN（广播域）中，怎么实现ARP的解析功能采用代理ARP的路由器可将ARP请求转发给邻近的网段。两个以上网段的节点之间可以像在同一个网段中一样进行通信。IP：172.16.1.2IP：172.16.2.1希望解析主机172.16.1.3的MAC地址发现解析的地址与主机A在同一网络，丢弃该包路由器希望解析主机B的MAC地址主机B和A不在同一网络。但路由器知道B在哪，于是给A响应自己的MAC地址，但IP地址仍然是B的主机A主机BIP：172.16.1.1ARP协议23

ARP的操作进入DOS命令行界面查看IP地址和MAC地址的映射关系，执行arp-a。将IP地址和MAC地址静态绑定，执行arp-s157.55.85.21200-aa-00-62-c6-09删除IP地址和MAC地址的静态绑定关系，执行arp–d*如果ARP表中没有映射关系或者映射关系不对，会造成断网C:\>arp-a接口:192.168.212.111---0xbInternet地址物理地址类型

192.168.212.100-00-5e-00-01-fb动态

192.168.212.200-1c-25-dc-2e-61动态

192.168.212.300-16-36-bc-8a-76动态

192.168.212.4ec-a8-6b-8a-1c-ab动态

192.168.212.8d4-3d-7e-d0-e6-63动态

192.168.212.900-21-97-c2-51-b9动态ARP协议24

ARP的应用方式ARP地址查询完成后，交换机将利用这一MAC地址进行转发IP：172.16.1.1IP：172.16.1.2IP：172.16.1.3主机A主机B主机C希望与主机B进行通信在数据链路层封装主机B的MACB收到后将主机A的MAC地址收藏，并给回应告诉A，自己的MAC地址交换机利用MAC地址找到转发端口交换机ICMP协议25

ICMP用于在IP主机、路由器之间传递控制消息，控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息1.网络接口层2.网际层3.传输层4.应用层IP面向无连接的不可靠尽力而为传输错误是难免的是否顺利到达目标主机，无法判断ICMPICMP协议26

可以获得网络是否正常、设置是否有误以及设备有何异常等信息，从而便于进行网络上的问题诊断。错误诊断查询服务拥塞控制路径控制ICMP发送数据给主机B路由器B发现没有到达主机B的路由信息，因此丢弃该包。返回主机不可达的ICMP报文路由器A路由器BICMP数据包主机A主机BInternetICMP协议27

ICMP报文类型

ICMP消息分为两类：一类是ICMP差错控制报文，即通知出错原因的错误消息，另一类是ICMP询问报文，即用于诊断的查询消息。ICMP报文种类类型内

容差错报告报文3目标不可达4源点抑制5重定向或改变路由9路由器公告10路由器请求11超时需要注意的是：ICMP报文不会直接传递给数据链路层，需要将其封装成IP数据报后传递给数据链路层，也就是说ICMP协议不能脱离IP协议而独立存在ICMP协议28

ICMP的典型应用—ping命令ping命令就是利用回应请求／应答ICMP报文来测试目的主机或路由器的可达性。可检测的信息：远程设备是否可用包(packet)的丢失情况与远程主机通信的来回旅程的延迟目的设备的操作系统源与目的之间三层设备的数目pingC:\Users\jier>ping210.29.224.21正在Ping210.29.224.21具有32字节的数据:来自210.29.224.21的回复:字节=32时间=20msTTL=48来自210.29.224.21的回复:字节=32时间=14msTTL=48来自210.29.224.21的回复:字节=32时间=18msTTL=48来自210.29.224.21的回复:字节=32时间=27msTTL=48Pingstatisticsfor192.168.224.21:Packets:Sent=4,Received=4,Lost=0(0%loss),Approximateroundtriptimesinmilli-seconds:Minimum=0ms,Maximum=1ms,Average=0msICMP协议29

ICMP的典型应用—ping命令ping是如何工作的在超时前收到说明可达路由器A路由器B主机A主机BechorequestechoreplyPing的命令格式如下：ping[-t][-a][-ncount][-llength]{-jcomputer-list]}[-wtimeout]target-name选项选项含义-t连续发送和接收回送请求和应答ICMP报文直到手动停止(CTR+Break：查看统计信息，CTR+C：停止ping命令)-a将IP地址解析为主机名-nCount发送回送请求ICMP报文的数量-lSize发送探测数据包的大小(默认值为32Byte)-f不能分片(默认为允许分片)-iTTL指定生存周期-wTimeout指定等待每个回送应答的超时时间(以ms为单位，默认值为1000)ICMP协议30

ICMP的典型应用—tracert命令实现路由跟踪tracert可以显示出由执行程序的主机到达特定主机之前历经多少路由器，确定数据包为到达目的地所必须经过的有关路径，并指明哪个路由器在浪费时间。发送TTL为1的报文路由器A路由器B主机A主机B发送TTL为2的报文C:\WINDOWS>tracert-d172.16.2.65

Tracingrouteto172.16.2.65overamaximumof30hops:

1

<10ms

<10ms

<10ms

172.16.2.65

Tracecomplete.

ICMP协议31

ICMP的典型应用实现路由跟踪tracert命令格式及常见参数如下：格式：tracert[参数1][参数2]目标主机参数： -d：不解析目标主机地址。 -h：指定跟踪的最大路由数，即经过的最多主机数。 -j：指定松散的源路由表。 -w：以毫秒为单位指定每个应答的超时时间。课堂练习32

一、填空题

1．从网络互联的层次上看，主要有__________、__________和__________，分别使用的网络设备为__________、__________和__________。

2．网络层上使用的常见协议有__________、__________、__________和__________。

3．ICMP报文可以分为__________和__________。

4．ARP充分利用了以太网的__________，将IP地址与MAC进行动态联编。二、选择题1.( )协议负责将IP地址转换成MAC地址．A．TCP B．ARP C．UDP D．RARP2.IP协议提供的服务是（ ）。A．可靠服务 B．有确认的服务 C．不可靠无连接数据报服务 D．以上都不对课堂练习33

二、选择题3.ping命令就是利用（）协议来测试网络的连通性。A．TCP B．ICMP C．ARP D．IP4.删除ARP表项可以通过（）命令进行。A．arp-a B．arp-s C．arp-t D．arp–d三、判断题1．主机名与IP地址之间的转换是通过ARP实现的。（ ）

2．ICMP报文封装在IP包的数据部分。（ ）

3．IP提供的是一种可靠的、尽力而为的服务。（ ）

4．协议是“水平”的，服务是“垂直”的，协议是在相邻上下层之间起作用的。（

）谢谢！扩展网络立体空间-网络互联技术主讲人：XXX计算机网络基础学习提示12主题：

网络互联概述、

IP数据报格式、

定长子网掩码划分方法、

变长子网掩码划分方法、

IPv6地址、

互联网络设备、

静态路由、

动态路由协议如何实现多网络之间的互联和通信36

主题二：IP数据包格式学习目标知识目标本节目标1. 理解IP数据包的格式。2. 掌握IP数据包分片原理。1. 通过采用剥洋葱的方式揭开IP数据包神秘的面纱，引导学生建立“透过现象看本质”的哲学思维。素质目标能力目标1. 能够捕获与分析IP数据包。课前评估39

1．IP网络中不允许两个节点有相同的IP地址，网络中使用__________机制来检测这一冲突。当对终端分配了IP地址后，终端可以通过__________测试广播域中是否存在具有相同地址的终端。__________广播一个ARP请求帧，该ARP请求帧中的源终端地址为__________，表明是未知地址，下一跳地址是终端自身的IP地址。如果源终端接收到响应帧，意味着广播域中已经有终端使用了该IP地址，终端报错。2．Ping的主要功能是用来测试网络__________。ping命令使用__________协议的回送请求、回送应答。客户机传送一个回送请求包给服务器，服务器返回一个__________。在默认情况下，ping发送请求数据包的大小为__________B，屏幕上回显__________个应答包。IP数据包40

秦始皇统一文字、货币、度量衡IP数据包的格式求同存异，文化自信IP数据报，也叫IP数据包，或分组是IP协议功能的集中体现者掌握了此格式，就等于掌握了IP协议非常重要，是Internet的核心协议之一41

IP数据包IP数据报概述固定部分（20字节）可变部分首部长度服务类型标志片偏移生存时间协议首部检验和源地址目的地址可选字段（长度可变）总长度标识版本048161931首部上层数据首部二进制位流版本首部长度服务类型总长度标识目的地址……IP分组：01000100010101010101001001001000110……42

IP数据包IP报文格式版本（version）1表示该数据报所使用的IP协议版本号0100IPv40110IPv6版本（4）43

IP数据包IP报文格式头长度（IHL）2指明“报头区”的长度单位是32bits如：01117报头区长度为：7*32bits=224bits=28Bytes头长度（4）44

IP数据包IP报文格式服务类型（TOS）3区分不同的服务种类，对传输速度及可靠性等方面加以控制优先级可靠性吞吐量延迟TOS（8）45

IP数据包IP报文格式总长度（TotalLength）4定义了报文总长，包含首部和数据，单位：32字节。20~65,535总长度（16）46

IP数据包IP报文格式标识符（Identification）5让目标主机确定一个新到达的分段属于哪一个数据报。同一个数据报的所有分段包含相同的Identification值标识（16）47

IP数据包IP报文格式标志位（Flags）6用于控制和识别分片。0DFMFDF=0时才允许分片MF为1表示后面还有分片MF为0表示最后一个分片标志（3）48

IP数据包IP报文格式片偏移（FragmentOffset）7指明了每个分片相对于原始报文开头的偏移量，以8字节作单位分片1分片2分片3片偏移（13）49

IP数据包IP报文格式存活时间（TTL）8避免报文在网络中永远存在。最大的生存期为255秒TTL（8）50

IP数据包IP报文格式协议（Protocol）9定义了该报文数据区使用的协议协议字段值协议类型1ICMP2IGMP6TCP17UDP89OSPF协议（8）51

IP数据包IP报文格式校验和（HeaderChecksum）10只检验数据报的首部部分（报头区），不包括数据部分（数据区）数据区的错误留待上层协议处理校验和（16）52

IP数据包IP报文格式源、目的IP地址11源IP地址是报文的发送端的地址，

目的IP地址是报文接收端的地址。源IP发送端接收端目的IP源IP地址（32）目的IP地址（32）53

IP数据包IP报文格式选项12选项字段用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富。选项（0or32ifany）54

IP数据包IP报文格式数据（Data）13数据字段内容是上层所封装的完整数据。数据55

IP数据包IP报文格式01000101010101010101001001001000110……4IPv45报头长度5*4=20Byte版本（4）头长度（4）TOS（8）总长度（16）标识（16）标志（3）片偏移（13）TTL（8）协议（8）校验和（16）源IP地址（32）目的IP地址（32）选项（0or32ifany）数据bit0bit31报头区20-60Bytes56

IP数据包IP报文格式MTU：每种网络都规定了一个帧最多能够容纳的数据量，这一限制称为最大传输单元。数据报的总长度一定不能超过下层的数据链路层的MTU值，否则无法传输网络类型MTU（字节）总长度（字节，含FCS）IP网络65535——IPoverATM9180——PPP（Default）1500——以太网15001518IEEE802.4TokenBus81668191IEEE802.5TokenRing44644508PPPoE1492——FDDI4352450057

IP数据包分片与重组网络中不同网络的MTU各不相同，经过转发节点后需要进行分片FDDIMTU=4352以太网MTU=1500发送端设置一个唯一的标识符发送数据路由器负责进行分片处理。接收端利用标识符及片偏移字段进行重组。数据IP首部433220各分片具有相同的标识符数据IP首部148020数据IP首部148020数据IP首部13722058

IP数据包分片与重组经过分片之后的IP数据报在被重组的时候，只能由目标主机进行，路由器虽然做分片但不会进行重组版本（4）头长度（4）TOS（8）总长度（16）标识（16）标志（3）片偏移（13）TTL（8）协议（8）校验和（16）源IP地址（32）目的IP地址（32）选项（0or32ifany）数据bit0bit31分片1IP首部分片2IP首部分片3IP首部分片1数据

分片2数据分片3数据FDDIMTU=4352以太网MTU=1500思考59

IP数据包分片与重组（2）确定分片后数据报片的偏移量：满足L+20≤1500（MTU）且L能被8整除两个条件的最大值IP首部数据1480BIP首部1480BIP首部1040BIP首部0148029604000B20B数据片1数据片2数据片3L≤1480，这里取1480；且1480/8=185,能被8整除，与MTU非常接近另外4000/1480=2.7，取整后为3，也即原始数据分为3个报片，长度分别为1480B、1480B、1040B（1）确定分片后数据报片长度方法：由每个分片的起始位置决定，如数据报片1的起始位置为0，故数据报片1的偏移量为0/8=0，其它报片类似处理片偏移0/8=0片偏移1480/8=185片偏移2960/8=370（3）确定分片后数据报片标识字段：随机产生，但一个IP数据报分片后，每一个分片的标识值是一样的（4）确定分片后数据报片标志字段：除最后一个分片的MF=0，其它分片的MF=1；DF位均为0，表示还可以继续分片60

IP数据包分片与重组操作举例各种数据报的首部中与分片有关字段中的数值汇总数据报总长度标识MFDF片偏移原始数据报402013579000数据报片1150013579100数据报片215001357910185数据报片31500135790037061

IP数据包分片与重组操作举例课堂练习62

一、填空题1．IP报头长度字段的值为10，代表IP报头长度为__________Bytes。2．以太网的MTU为__________Bytes。二、选择题1．在IP数据报报文中，标识、标志、片偏移3个字段是与控制（）有关。

A．生存周期 B．分片与重组 C．封装 D．服务类型2．当数据报到达目的网络后，要传送到目的主机，需要知道IP地址对应的（）。

A．逻辑地址 B．动态地址 C．域名 D．物理地址课堂练习63

二、选择题3．在IP首部的字段中，与分片和重组无关的字段是（）。

A．总长度B．标识C．标志D．片偏移4．以下关于IP分组的分片与重组的描述中，错误的是（）。

A．IP分组头中与分片和重组相关的字段是：标识、标志与片偏移

B．IP分组规定的最大长度为65535字节

C．以太网的MTU为1500字节

D．片偏移的单位是4字节课堂练习64

三、判断题

1．IP报头长度字段的值为12，则IP报头长度为48字节。（ ）

2．在IP数据报的传递过程中，IP数据报报头中保持不变的域包括标识和目的地址。（ ）

3．IP分组中的检验字段检查范围是整个IP分组。（ ）

4．IP数据报总长度的最大值为65536字节。（ ）谢谢！扩展网络立体空间-网络互联技术主讲人：XXX计算机网络基础学习提示12主题：

网络互联概述、

IP数据报格式、

定长子网掩码划分方法、

变长子网掩码划分方法、

IPv6地址、

互联网络设备、

静态路由、

动态路由协议如何实现多网络之间的互联和通信67

主题三：定长子网掩码划分方法学习目标知识目标本节目标1. 了解划分子网的优点。掌握划分子网的概念。理解子网掩码的作用。掌握划分子网的原理1. 通过定长子网掩码划分方法的介绍，使学生认识到使用科学的方法带来的价值，树立“理论联系实际”的学风。素质目标能力目标1. 能够结合网络实际需求规划IP地址方案。课前评估70

网络管理员还可以通过下面的依据为设备和服务划分子网：大型楼栋中的各楼层；同公司的各组织单位；设备类型的不同；任何对网络有意义的其他划分，如图所示。通过以上的介绍，你能说出划分子网还能带来其他哪些好处吗？71

子网：是把单一网络划分为多个物理网络，并使用路由器将其互联起来划分子网的概念72

ABC网络号网络号网络号8位24位16位16位24位8位主机号主机号主机号03提高IP地址使用的灵活性02隔离广播带来的负面影响01提高IP地址资源的利用率子网划分原因2ABC三类网络中主机数11677721465534254划分子网的概念73

借位：从主机最高位开始借位变为新的子网位，剩余部分仍为主机位，使IP地址的格式变为16位16位B类IP地址划分子网16位m位n位+=16位主机号网络号网络号子网号主机号网络号主机号16位m位+经过划分后的子网因为其主机数量减少，已经不需要原来那么多位作为主机标识，从而人们可以借用那些多余的主机位作子网标识划分子网的概念划分子网引发的新问题没有划分子网前，具有相同网络标识的主机之间可以直接进行通信引入划分子网后，必须具有相同网络标识和子网标识的主机之间可以直接通信但问题是：主机或路由器如何区分一个给定的IP地址是否已被进行了划分子网举例：给定一个IP地址123.1.2.3未进行划分子网，它是一个A类地址，网络标识为123.0.0.08位的子网划分，相当于一个B类地址，网络标识为123.1.0.016位的子网划分，相当于一个C类地址，网络标识为123.1.2.0其它位数的子网划分，不能归纳入任何一类IP地址（即划分子网后，IP地址不再有类别概念，切记）划分子网的概念74

IP地址未做子网划分时使用的掩码称之为默认掩码，此时的IP地址叫做有类IP地址为了解决以上问题，人们提出了子网掩码的概念为了表达方便，在书写上还可以采用更加简单的“X.X.X.X/Y”方式来表示IP地址与子网掩码对。其中，每个X分别表示与IP地址中的一个8位组对应的十进制值，而Y表示子网掩码中与网络标识对应的位数举例—给定一个IP地址192.168.1.203，子网掩码为255.255.255.224是否子网划分？

采用的掩码非默认掩码（255.255.255.0），所以做了子网划分子网号借了几位？简洁表示形式为192.168.1.203/27，说明网络位占27位（其中向原IP地址【C类地址】的主机位【8位】借了3位作为子网位），主机为占5位求该网络的主机号和网络号？网络号：192.169.1.192 和

主机号：0.0.0.111111…11110000…0000111…111网络号子网号主机号子网掩码的概念几个概念简介有类网络：也叫主类网络或标准网络，就是指把IP地址能归结到的A类、B类、C类IP，使用的是标准的默认子网掩码。无类网络：相对于有类网络，无类网络IP地址的掩码是变长的。在有类网络的基础上，拿出一部分主机ID作为子网ID。超网：把多个小网络组合成一个大网络，称为超网（SuperNetting），也可以说子网掩码长度小于相对应的有类网络的叫超网。子网：有类网络划分成更小后的网络，称为子网（Subnet），也可以说子网掩码长度大于相对应的有类网络的叫子网。定长子网掩码划分方法76

划分子网的条件：当网络中的主机数量未超过所给的某类网络可容纳的最大主机数，内部要求划分成若干网段进行管理时确定需要多少个子网：子网数≤2n-2（个），其中n为向主机位的高位进行借位的数量确定每个子网容纳的最大主机数：每个子网具有的最大主机数量≤2m-2（台）约束条件：若为A类网络，n+m=24；若为B类网络，n+m=16；若为C类网络，n+m=8

定长子网掩码划分方法77

划分子网举例参见教材P152-153，例5-3根据题目要求，列出3个式子定义一个符合网络要求的子网掩码：联立求解得n=3，m=5，说明向给定IP地址192.168.10.0的主机位的高位借了3位作为子网位，剩下的5位仍旧作为主机位，从而得出新的子网掩码长度为24+3=27位，所以子网掩码为：255.255.255.224。30≤2m-2n+m=86≤2n-2思考：此式为什么这样写？定长子网掩码划分方法78

划分子网举例经过划分子网后的IP地址的二进制形式可以写成：11000000.10101000.00001010.xxxyyyyy形式，其中xxx为子网位，yyyyy为主机位，即确定子网标识号：根据网络地址的概念，网络地址是主机位为0的IP地址，所以主机位yyyyy=00000，而xxx用做子网位后，是一个变化的量，其值为0或1的组合11000000.10101000.00001010.xxxyyyyy网络号子网号主机号11000000.10101000.00001010.0000000011000000.10101000.00001010.11000000.10101000.00001010.11000000.10101000.00001010.11000000.10101000.00001010.11000000.10101000.00001010.11000000.10101000.00001010.11000000.10101000.00001010.00100000010000000110000010000000101000001100000011100000网络号子网号主机号子网地址192.168.10.0

192.168.10.32

192.168.10.64

192.168.10.96

192.168.10.128

192.168.10.160

192.168.10.192

192.168.10.224

分不清究竟是子网地址还是有类网络地址，扣除掉与称为直接广播地址的特殊地址相冲突，扣除掉这是“子网数≤2n-2”中要“-2”的原因定长子网掩码划分方法79

划分子网举例确定每个子网可用主机范围，此时变化的部分不再是xxx子网位，而是yyyyy主机位子网标识，不能用作主机地址，扣除掉广播地址，不能用作主机地址，扣除掉这是“每个子网具有的最大主机数量≤2m-2（台）”中要“-2”的原因定长子网掩码划分方法80

划分子网举例确定每个子网可用主机范围，IP地址利用率讨论思考：划分子网后IP地址资源的利用率是否可以达到100%？IP地址利用率：43.75%IP地址利用率：75%IP地址利用率：21.88%IP地址利用率：37.5%IP地址利用率：6.25%IP地址利用率：93.75%总的IP地址利用率：89/256=34.77%定长子网掩码划分方法81

划分子网举例对例子的几点说明从主机号最高位开始借用主机位作为子网位需要对IP地址的哪个或哪些字节作处理时，应将其转化为二进制形式子网划分是一个组织内部的事情（增加了部署的灵活性）定长子网掩码划分方法82

划分子网举例划分子网图示过程某单位现有70台计算机需要联网，要求每个子网内的主机数量不少于40台，问使用一个C类网络地址192.168.1.0/24如何进行子网划分定长子网掩码划分方法83

84

1、IP地址192.168.12.97对应的子网掩码为255．255．255．224。问该IP地址属于哪个子网，写出子网号；该子网可容纳的最大主机数是多少?该子网的广播地址是多少？ 2、某单位申请到一个才C类IP地址，其网络号为192.168.10.0，现进行子网划分，根据实际要求需划分6个子网。请写出每个子网掩码以及第一个子网的网络号和主机地址范围。课堂练习85

某学校需要新建两个网络专业机房，每个机房安置了49台计算机，使用C类IP地址192.168.1.0/24。为了便于管理，请运用子网划分技术，对新建的两个机房进行IP地址的合理规划。完成下表。课堂练习86

一、填空题1．IP地址199.25.23.56的默认子网掩码是__________。2．IP地址是两级层次地址结构，包含__________部分和__________部分。3．一个IP地址192.168.1.5/30，其掩码采用点分十进制法表示为__________。二、选择题1．使用子网的主要目的是（）。 A．增加网络带宽

B．增加主机地址的数量 C．扩大网络规模 D．合理使用IP地址，避免浪费，便于管理2．把网络202.112.78.0划分为多个子网（子网掩码是255.255.255.192），则各子网中可用的IP地址总数是（）。 A．254 B．252 C．64 D．623．以下地址中，不是子网掩码的是（）。 A．255.255.255.0 B．255.255.0.0 C．255.241.0.0 D．255.255.254.0课堂练习87

三、判断题 1．255.255.241.0是一个子网掩码。（

） 2．子网掩码可以单独存在。（

） 3．广播地址主机位全为0，网络地址主机位全为1。（

） 4．在定长划分出来的子网中，每一个子网所能容纳的主机数量相同。（

）课堂练习谢谢！扩展网络立体空间-网络互联技术主讲人：XXX计算机网络基础学习提示12主题：

网络互联概述、

IP数据报格式、

定长子网掩码划分方法、

变长子网掩码划分方法、

IPv6地址、

互联网络设备、

静态路由、

动态路由协议如何实现多网络之间的互联和通信90

主题四：变长子网掩码划分方法学习目标知识目标本节目标1. 了解可变长子网掩码的使用场合。掌握变长子网掩码划分子网的过程。1. 通过探究变长子网掩码划分过程，明确其是定长子网掩码划分的继承并发展，培养学生用发展的眼光看问题。素质目标能力目标1. 能够根据网络实际需求优化子网划分方案。课前评估93

1．大家知道，目前上网的人和物越来越多，必然存在IP地址不够用的情况，为了提高IP地址的可用性，同时提高网络效率和安全性，划分子网不失为一种临时性的解决方案，IP地址采用__________、__________和__________三级层次结构。2．定长子网掩码划分方法类似于日常生活中将一张正方形纸片对折若干次后的结果，每个子网使用的子网掩码都是__________的，每个子网的IP地址数量是__________，该方法能否节省IP地址资源？是否可以进一步提高IP地址资源的利用率？请举例说明。划分子网举例对例子的几点说明从主机号最高位开始借用主机位作为子网位需要对IP地址的哪个或哪些字节作处理时，应将其转化为二进制形式子网划分是一个组织内部的事情（增加了部署的灵活性）94

变长子网掩码的基本概念划分子网举例划分子网，IP地址利用率讨论思考：划分子网后IP地址资源的利用率是否可以达到100%？IP地址利用率：43.75%IP地址利用率：75%IP地址利用率：21.88%IP地址利用率：37.5%IP地址利用率：6.25%IP地址利用率：93.75%总的IP地址利用率：89/256=34.77%

一个C类地址192.168.10.0需要划分成6个子网，每个子网分别能容纳14、24、7、12、2、30台主机，给出子网掩码和对应的地址空间范围。95

变长子网掩码的基本概念如何进一步提高IP地址利用率变长子网掩码的概念当网络中所有子网节点的数量相等时，FLSM划分技术能最大化地节约地址。网络中不同子网的节点数量相差悬殊，采用FLSM的分配方式就会造成IP地址的浪费。FLSM划分技术导致“全0”和全“1子网”不能使用，从而浪费了IP地址（现在不是问题）FLSM划分方法非常缺乏灵活性。

VLSM：根据不同子网的主机规模来进行不同位数的子网划分，从而会在网络内出现不同子网掩码长度并存的情况96

变长子网掩码的基本概念如何进一步提高IP地址利用率一个C类地址192.168.10.0需要划分成6个子网，每个子网分别能容纳14、24、7、12、2、30台主机，请设计一个编址方案，满足上述要求并以最节约的方式规划IP地址。192.168.10.0/24例1.按照30台主机数划分2n-2≥30192.168.10.0000000000000000n=5192.168.10.0/2700100000192.168.10.32/2701000000192.168.10.64/2701100000192.168.10.96/2710000000192.168.10.128/2710100000192.168.10.160/2711000000192.168.10.192/2711100000192.168.10.224/2730台主机使用24台主机使用其他网络使用其他网络使用其他网络使用其他网络使用其他网络使用其他网络使用2.按照14台主机数划分2n-2≥14n=4192.168.10.01000000192.168.10.64/2801010000192.168.10.80/2814台主机使用12台主机使用3.按照7台主机数划分2n-2≥7n=4192.168.10.01100000192.168.10.96/2801110000192.168.10.112/287台主机使用其他网络使用4.按照2台主机数划分2n-2≥2n=2192.168.10.01110000192.168.10.112/3001110100192.168.10.116/302台主机使用其他网络使用01111000192.168.10.120/3001111100192.168.10.124/30其他网络使用其他网络使用如何进一步提高IP地址利用率变长子网掩码划分IP地址利用率讨论总共浪费掉的IP地址数量为：2+8+2+4+9+2+2+2+2+4*2=39，所以IP地址的利用率为（256-39）/256=85%，比FLSM划分子网的方法提高了50%。98

变长子网掩码的基本概念课堂练习路由器B路由器AInternet3楼：54个IP2楼：101个IP2个IP可变长子网掩码（VLSM）：各子网主机规模不一致的情况，允许在同一网络范围内使用不同长度子网掩码。192.168.1.0/24例192.168.1.000000001.按照2楼主机数划分2n-2≥101n=7192.168.1.0/25192.168.1.128/25100000002楼使用其他网络使用2.按照3楼主机数划分2n-2≥54n=6192.168.1.1000000011000000192.168.1.128/26192.168.1.192/263楼使用其他网络使用3.为路由器之间网络划分2n-2≥2n=2192.168.1.11000000192.168.1.192/30路由器之间使用99

100

全局地址也就是可以在公网上（Internet）使用的地址，必须是唯一的。路由器A路由器C路由器BInternet10.1.0.0/810.1.1.0/810.1.2.0/810.1.4.0/810.1.5.0/810.1.5.0/8边界路由器私有地址全局地址网络地址转换技术101

目的地址：112.16.1.2主机A主机B主机C11.0.0.2112.16.1.2112.16.1.2路由器A发给谁呢？全局地址也就是可以在公网上（Internet）使用的地址，必须是唯一的。随着互联网的迅速普及，IP地址不足的问题日趋显著。网络地址转换技术102

私有地址包含了A类、B类和C类三类地址空间中的3个小部分IP地址类别私有地址范围A类10.0.0.0～10.255.255.255B类172.16.0.0～172.31.255.255C类192.168.0.0～192.168.255.255举例：以下哪些地址属于私有地址？10.1.1.1172.32.1.2192.168.1.2192.168.100.1网络地址转换技术103

私有地址暂时解决了地址短缺问题，它可以在不同的局域网中重复使用主机A主机B主机C主机D主机E172.16.1.2172.16.1.3172.16.1.2172.16.1.3路由器A路由器B路由器C11.0.0.222.1.1.133.1.1.1公网中使用全局地址私网内使用私有地址通过NAT将私网地址转换为公网地址全局IP地址要在整个互联网内保持唯一性，但私有地址不需要，只要在同一个私网中保证唯一即可网络地址转换技术公网IP+端口号104

网络地址转换技术105

一、填空题1．当IP地址为210.198.45.60，子网掩码为255.255.255.240时，其对应的网络地址是__________，广播地址是__________。2．将A类、B类、C类的私有IP地址使用前缀表示法来表示，分别为__________、__________和__________。3．NAT是将__________转化或翻译为__________的过程。二、选择题1．IP地址200.200.8.68/24的网络地址是（）。A．200.200.8.0 B．200.200.8.32 C．200.200.8.64 D．200.200.8.652．把网络202.112.78.0划分为多个子网后，子网掩码是255.225.255.192，则各子网中的可用主机数是（）。A．254 B．252 C．64 D．62课堂练习106

二、选择题3．某公司申请到一个C类IP地址，但要连接6个分部，最大的分部有26台计算机，则子网掩码应设为（）。A．255.255.255.0 B．255.255.255.128 C．255.255.255.192 D．255.255.255.224课堂练习107

三、判断题 1．使用变长子网掩码划分方法可以使IP地址的利用率达到100%。 （）2．变长子网掩码划分出来的所有子网的子网掩码相同。 （）

3．192.168.1.0/24使用掩码255.255.255.240划分子网，其可用子网数为14。 （）4．172.16.10.32/24代表的是一个网络地址。 （）课堂练习108

四、简答题 1．子网掩码255.255.255.0代表什么意思？如果某一网络的子网掩码为255.255.255.128，那么该网络能够连接多少台主机？ 2．某公司有工程部、市场部、财务部和办公室四个部门，每个部门分别需要5、17、28和40台计算机。假设使用C类网络地址192.168.161.0，请运用子网划分技术对公司IP地址进行合理的规划。需要划分多少个子网，每个子网拥有的IP地址数是多少？子网掩码是多少？各部门网络中的主机IP地址范围？每个子网的网络地址和广播地址是是多少？课堂练习谢谢！扩展网络立体空间-网络互联技术主讲人：XXX计算机网络基础课前回顾课前回顾1．理论上，IPv4最多有__________亿个地址。__________、__________和__________对放缓IPv4地址空间的耗尽起了不可或缺的作用。在万物互联时代，交互对象关系正在经历从人与人到人与物到物与物的深刻变化，因此，当今的Internet设备不仅仅只有计算机、平板电脑和智能手机，还有嵌入通信与计算功能设备，甚至包括安装有传感器和Internet预留装置的设备如汽车、家用器械以及自然生态系统等一切事物。IPv4地址空间已经无法满足巨大联网设备数量的需求。2．到目前为止，全球IPv4地址空间已耗尽。考虑到Internet用户数量的不断增加、有限的IPv4地址空间和万物互联等问题，是时候向IPv6地址过渡了。IPv6地址不但拥有更大的__________位地址空间，提供__________个地址，还修复了IPv4的一些限制，如__________和__________等，并开发了额外的增强功能。需要注意的是，过渡到IPv6不是一朝一夕可以完成的，因此，IPv4和IPv6共存会花费数年时间。学习提示12主题：

网络互联概述、

IP数据报格式、

定长子网掩码划分方法、

变长子网掩码划分方法、

IPv6地址、

互联网络设备、

静态路由、

动态路由协议如何实现多网络之间的互联和通信113

主题五：IPv6地址学习目标知识目标本节目标了解IPv6地址的基本概念。掌握IPv6地址的表示方法。通过分析IPv4地址必然向IPv6地址演化的本质原因，帮助学生认识事物发展的基本规律，建立对“量变到质变”的正确认知。素质目标能力目标能够在终端、中间设备上配置IPv6地址。IPv6简介116

IPv4地址出现短缺IPv4电信网络电视网络计算机网络03NAT02CIDR01子网划分IPv6IPv6特点117

1巨大的地址空间IPv6的地址长度为128位3支持即插即用功能没有DHCP服务器也可以实现自动分配IP地址5提供网路欧服务质量能力2性能提升简化首部结构，减轻路由器负荷4采用认证与加密功能集成了IPSec用于网络层的认证与加密IPv6协议数据单元118

IPV6包含两部分，由固定首部和有效载荷组成。IPv6协议数据单元119

（1）版本（Version）占4位指明了协议的版本IPv6协议数据单元120

（2）通信量类（TrafficClass）占8位区分不同的IPv6数据报的类别或优先级IPv6协议数据单元121

（3）流标签（FlowLabel）占20位指明IPV6数据报属于哪一个数据流。属于同一个数据流的报文，流标签的值是相同的IPv6协议数据单元122

（4）有效载荷长度（PayloadLength）指明IPv6数据报除基本首部以外的字节数（所有扩展首部都算在有效载荷之内）。IPv6协议数据单元123

（5）下一个首部（NextHeader）相当于IPv4的协议字段或可选字段IPv6协议数据单元124

（6）跳数限制（HopLimit）用来防止数据报在网络中无限期地存在IPv6协议数据单元125

（7）源地址占128位，即数据报的发送端的IPv6地址。（8）目的地址占128位，即数据报的接收端的IPv6地址。IPv6地址表示126

IPv6的地址的长度128位，，IPv6地址一共有2128

个。

表示方法：IPv6使用冒号将IP地址分割成8个16比特的数组，每个数组表示成4位十六进制数。不区分大小写IPv6地址表示127

其他表示方法：

（1）压缩格式：在某些IPv6的地址形式中，很可能包含了长串的“0”。为了书写方便，可以允许“0”压缩，即一连串的0用一对冒号来取代。

例：1080:0:0:0:8:8000:200C:417A1080::8:8000:200C:417A一对冒号（::）在一个地址中只能出现一次IPv6地址表示128

其他表示方法：

（2）内嵌IPv4的IPv6地址：此时地址常表示为X:X:X:X:X:X:d.d.d.d。

例：0:0:0:0:0:0:218.129.100.10::218.129.100.10前96比特采用冒分十六进制表示，后32比特则使用IPv4的点分十进制表示

其他表示方法：

（3）“地址/前缀长度”表示法：

例：F00D:4598:7304:3210:FEDC:BA98:7654:3210/64表示该地址的前多少位是地址前缀课堂练习129

一、填空题1．IPv6的地址容量空间为__________。2．IPv6有3种地址类型，分别是__________、__________和__________。3．采用压缩格式0:0:0:0:0:0:0:0等于__________，这是IPv4中0.0.0.0的等价物，当向DHCPv6服务器请求地址时，源地址就是0:0:0:0:0:0:0:0。0:0:0:0:0:0:0:1等于__________，这是IPv4中127.0.0.1的等价物。课堂练习130

二、选择题1．由IPv4升级到IPv6，对OSI参考模型来说是（）进行了更改。 A．网络层

B．数据链路层 C．物理层 D．应用层2．目前来看，下面关于IPv4的描述（）项是错误的。 A．IPv4地址空间即将耗尽

B．路由表急剧膨胀 C．能够提供多样的QoS D．网络安全令人担忧3．下列关于IPv6基本报头中有效载荷长度字段的描述错误的是（）。 A．字段长度为16bit B．有效载荷长度不包含基本报头的长度 C．一个IPv6数据报可以容纳64KB数据 D．有效载荷长度包含基本报头的长度4．下列（）IPv6地址是错误地址。A．::FFFF B．::1 C．::1:FFFF D．::1::FFFF课堂练习131

三、判断题1．IPv6地址没有广播地址。（）2．IPv6协议不再有分片操作。（）谢谢！扩展网络立体空间-网络互联技术主讲人：XXX计算机网络基础课前回顾课前回顾1．通过前面的学习，我们知道路由器是__________两个或多个网络的硬件设备，在网络间起__________的作用，通过读取__________中的网络地址，然后决定如何转发的专用智能网络设备。2．在数据传输过程中会使用到MAC地址和IP地址两种地址。__________地址用于同一物理或逻辑网络设备间的通信，而__________用于多个网络的设备之间的通信，其中的一个重要操作是ARP，即在知道下一跳IP地址的前提下，获取下一跳MAC地址。请分析IP数据包在跨网通信的过程中，IP地址与MAC地址是如何发生变化的？3．回顾IP数据包的格式中各个字段的含义，路由器可以互联两个或多个独立的相同类型和不同类型的网络，当它收到一个IP分组的前8位是01000010，会选择丢弃该分组，为什么？课前回顾4．到网络实训室或借助Internet熟悉路由器的外部特征及其组件，如电源开关、管理端口、LAN和WAN接口、指示灯、网络扩展槽、内存扩展槽和USB端口。图为Cisco1941Series背板示意图，请识别该路由器的各个组成部分，并回答下列问题。（1）圈出并标记图中描绘的路由器的电源开关。（2）圈出并标记管理端口。（3）圈出并标记路由器的LAN接口。图中路由器有多少个LAN接口，接口的技术类型是什么？（4）圈出并标记路由器的WAN接口。图中路由器有多少个WAN接口，接口的技术类型是什么？学习提示12主题：

网络互联概述、

IP数据报格式、

定长子网掩码划分方法、

变长子网掩码划分方法、

IPv6地址、

互联网络设备、

静态路由、

动态路由协议如何实现多网络之间的互联和通信137

主题六：网络互联设备学习目标知识目标本节目标理解路由器的组成及其基本组件。掌握路由器的工作原理和路由表的内容。掌握路由器的基本配置方式和管理方式。通过分析路由器工作原理，告诉学生自觉遵守社会秩序的重要性，引导学生发扬中华民族谦恭礼让的传统美德。素质目标能力目标能够描述路由器的物理部件。能够配置和管理路由器。140

路由器的概念路由器工作在OSI参考模型的第三层，能“读懂”IP数据报中的内容在进行网络扩展时，不同子网间互联时需要路由器

路由器的基本概念路由器主要完成两项任务寻径：指建立和维护路由表的过程，主要由软件实现转发：指把数据分组从一个接口转到另一个接口的过