《计算机网络技》 课件 第5章 IP寻址与路由

第5章IP寻址与路由能够规划IPv4/IPv6地址、划分子网、理解路由和完成基础配置。网络层概述→IPv4地址→IPv4子网划分→IPv6地址→网络层设备→网络层协议→路由与VLAN通信实验第5章IP寻址与路由02学习路径沿7个问题建立本章完整认知能够规划IPv4/IPv6地址、划分子网、理解路由和完成基础配置。01网络层概述02IPv4地址03IPv4子网划分04IPv6地址05网络层设备06网络层协议07路由与VLAN通信实验学习闭环：理解概念→推演机制→应用场景→证据验证第5章IP寻址与路由035.1网络层概述为什么交换机能转发帧，却不能替代路由器完成跨网段通信？逻辑寻址→路由选择→分组转发→尽力而为15.1网络层概述045.1核心结构网络层通过逻辑寻址和路由选择实现跨网络交付。先读中心结论，再看逻辑寻址与路由选择网络层概述四个知识点共同说明本节核心结论逻辑寻址IP地址标识网络与主机位置路由选择根据路由表决定下一跳和出口分组转发逐跳处理TTL、头部与链路封装尽力而为IP不保证可靠性，由上层按需补充5.1网络层概述055.1·01逻辑寻址：IP地址标识网络与主机位置网络层通过逻辑寻址和路由选择实现跨网络交付。01逻辑寻址1逻辑寻址是什么本页讨论“逻辑寻址”，属于网络层概述的关键内容2逻辑寻址的作用IP地址标识网络与主机位置3本节案例沿主机—网关—多台路由器—服务器追踪数据包路径理解要点：网络层通过逻辑寻址和路由选择实现跨网络交付5.1网络层概述065.1·02路由选择：根据路由表决定下一跳和出口网络层通过逻辑寻址和路由选择实现跨网络交付。02路由选择1路由选择是什么本页讨论“路由选择”，属于网络层概述的关键内容2路由选择的作用根据路由表决定下一跳和出口3本节案例沿主机—网关—多台路由器—服务器追踪数据包路径理解要点：网络层通过逻辑寻址和路由选择实现跨网络交付5.1网络层概述075.1·03分组转发：逐跳处理TTL、头部与链路封装网络层通过逻辑寻址和路由选择实现跨网络交付。03分组转发1分组转发是什么本页讨论“分组转发”，属于网络层概述的关键内容2分组转发的作用逐跳处理TTL、头部与链路封装3本节案例沿主机—网关—多台路由器—服务器追踪数据包路径理解要点：网络层通过逻辑寻址和路由选择实现跨网络交付5.1网络层概述085.1·04尽力而为：IP不保证可靠性，由上层按需补充网络层通过逻辑寻址和路由选择实现跨网络交付。04尽力而为1尽力而为是什么本页讨论“尽力而为”，属于网络层概述的关键内容2尽力而为的作用IP不保证可靠性，由上层按需补充3本节案例沿主机—网关—多台路由器—服务器追踪数据包路径理解要点：网络层通过逻辑寻址和路由选择实现跨网络交付5.1网络层概述095.1场景应用沿主机—网关—多台路由器—服务器追踪数据包路径。本页案例：沿主机—网关—多台路由器—服务器追踪数据包路径1逻辑寻址IP地址标识网络与主机位置2路由选择根据路由表决定下一跳和出口3分组转发逐跳处理TTL、头部与链路封装4尽力而为IP不保证可靠性，由上层按需补充案例说明：沿主机—网关—多台路由器—服务器追踪数据包路径5.1网络层概述10课堂检验为什么交换机能转发帧，却不能替代路由器完成跨网段通信？逻辑寻址IP地址标识网络与主机位置路由选择根据路由表决定下一跳和出口参考解答交换机按MAC地址在本地广播域转发帧；跨网段需要路由器按IP路由表选择下一跳教材结论：网络层通过逻辑寻址和路由选择实现跨网络交付5.1网络层概述115.2IPv4地址仅比较前三个十进制数，能否可靠判断两个地址是否同网段？地址结构→传统分类→特殊地址→地址判断25.2IPv4地址125.2核心结构IPv4地址由网络部分和主机部分组成，掩码决定边界。先读中心结论，再看地址结构与传统分类IPv4地址四个知识点共同说明本节核心结论地址结构32位二进制地址通常写成点分十进制传统分类A/B/C类反映早期固定网络边界特殊地址网络、广播、回环、私有与链路本地地址地址判断结合掩码计算网段与可用主机范围5.2IPv4地址135.2·01地址结构：32位二进制地址通常写成点分十进制IPv4地址由网络部分和主机部分组成，掩码决定边界。01地址结构1地址结构是什么本页讨论“地址结构”，属于IPv4地址的关键内容2地址结构的作用32位二进制地址通常写成点分十进制3本节案例判断192.168.10.35/24的网络地址、广播地址和主机范围理解要点：IPv4地址由网络部分和主机部分组成，掩码决定边界5.2IPv4地址145.2·02传统分类：A/B/C类反映早期固定网络边界IPv4地址由网络部分和主机部分组成，掩码决定边界。02传统分类1传统分类是什么本页讨论“传统分类”，属于IPv4地址的关键内容2传统分类的作用A/B/C类反映早期固定网络边界3本节案例判断192.168.10.35/24的网络地址、广播地址和主机范围理解要点：IPv4地址由网络部分和主机部分组成，掩码决定边界5.2IPv4地址155.2·03特殊地址：网络、广播、回环、私有与链路本地地址IPv4地址由网络部分和主机部分组成，掩码决定边界。03特殊地址1特殊地址是什么本页讨论“特殊地址”，属于IPv4地址的关键内容2特殊地址的作用网络、广播、回环、私有与链路本地地址3本节案例判断192.168.10.35/24的网络地址、广播地址和主机范围理解要点：IPv4地址由网络部分和主机部分组成，掩码决定边界5.2IPv4地址165.2·04地址判断：结合掩码计算网段与可用主机范围IPv4地址由网络部分和主机部分组成，掩码决定边界。04地址判断1地址判断是什么本页讨论“地址判断”，属于IPv4地址的关键内容2地址判断的作用结合掩码计算网段与可用主机范围3本节案例判断192.168.10.35/24的网络地址、广播地址和主机范围理解要点：IPv4地址由网络部分和主机部分组成，掩码决定边界5.2IPv4地址175.2场景应用判断192.168.10.35/24的网络地址、广播地址和主机范围。本页案例：判断192.168.10.35/24的网络地址、广播地…1地址结构32位二进制地址通常写成点分十进制2传统分类A/B/C类反映早期固定网络边界3特殊地址网络、广播、回环、私有与链路本地地址4地址判断结合掩码计算网段与可用主机范围案例说明：判断192.168.10.35/24的网络地址、广播地址和主机范围5.2IPv4地址18课堂检验仅比较前三个十进制数，能否可靠判断两个地址是否同网段？地址结构32位二进制地址通常写成点分十进制传统分类A/B/C类反映早期固定网络边界参考解答不能。必须使用子网掩码分别与两个IP地址按位与，再比较所得网络地址教材结论：IPv4地址由网络部分和主机部分组成，掩码决定边界5.2IPv4地址195.3IPv4子网划分VLSM规划为何应先分配主机需求最大的子网？子网三要素→定长划分→VLSM→无类路由35.3IPv4子网划分205.3核心结构子网划分通过借用主机位，在地址利用率与管理边界之间平衡。先读中心结论，再看子网三要素与定长划分IPv4子网划分四个知识点共同说明本节核心结论子网三要素子网地址、默认网关与子网掩码定长划分各子网使用相同前缀，计算简单VLSM按需求分配不同大小子网，提高利用率无类路由CIDR以前缀长度聚合和分配地址5.3IPv4子网划分215.3·01子网三要素：子网地址、默认网关与子网掩码子网划分通过借用主机位，在地址利用率与管理边界之间平衡。01子网三要素1子网三要素是什么本页讨论“子网三要素”，属于IPv4子网划分的关键内容2子网三要素的作用子网地址、默认网关与子网掩码3本节案例按部门主机数量从大到小使用VLSM分配地址块理解要点：子网划分通过借用主机位，在地址利用率与管理边界之间平衡5.3IPv4子网划分225.3·02定长划分：各子网使用相同前缀，计算简单子网划分通过借用主机位，在地址利用率与管理边界之间平衡。02定长划分1定长划分是什么本页讨论“定长划分”，属于IPv4子网划分的关键内容2定长划分的作用各子网使用相同前缀，计算简单3本节案例按部门主机数量从大到小使用VLSM分配地址块理解要点：子网划分通过借用主机位，在地址利用率与管理边界之间平衡5.3IPv4子网划分235.3·03VLSM：按需求分配不同大小子网，提高利用率子网划分通过借用主机位，在地址利用率与管理边界之间平衡。03VLSM1VLSM是什么本页讨论“VLSM”，属于IPv4子网划分的关键内容2VLSM的作用按需求分配不同大小子网，提高利用率3本节案例按部门主机数量从大到小使用VLSM分配地址块理解要点：子网划分通过借用主机位，在地址利用率与管理边界之间平衡5.3IPv4子网划分245.3·04无类路由：CIDR以前缀长度聚合和分配地址子网划分通过借用主机位，在地址利用率与管理边界之间平衡。04无类路由1无类路由是什么本页讨论“无类路由”，属于IPv4子网划分的关键内容2无类路由的作用CIDR以前缀长度聚合和分配地址3本节案例按部门主机数量从大到小使用VLSM分配地址块理解要点：子网划分通过借用主机位，在地址利用率与管理边界之间平衡5.3IPv4子网划分255.3场景应用按部门主机数量从大到小使用VLSM分配地址块。本页案例：按部门主机数量从大到小使用VLSM分配地址块1子网三要素子网地址、默认网关与子网掩码2定长划分各子网使用相同前缀，计算简单3VLSM按需求分配不同大小子网，提高利用率4无类路由CIDR以前缀长度聚合和分配地址案例说明：按部门主机数量从大到小使用VLSM分配地址块5.3IPv4子网划分26课堂检验VLSM规划为何应先分配主机需求最大的子网？子网三要素子网地址、默认网关与子网掩码定长划分各子网使用相同前缀，计算简单参考解答先分配最大子网可减少地址碎片，避免小地址块占据后导致大子网无法获得连续空间教材结论：子网划分通过借用主机位，在地址利用率与管理边界之间平衡5.3IPv4子网划分275.4IPv6地址IPv6取消广播后，原有广播功能由什么机制承担？表示与结构→地址类型→核心优势→过渡机制45.4IPv6地址285.4核心结构IPv6扩大地址空间，并改进自动配置、层次化和协议效率。先读中心结论，再看表示与结构与地址类型IPv6地址四个知识点共同说明本节核心结论表示与结构128位十六进制分组，允许零压缩地址类型单播、任播、组播，不使用广播核心优势地址充足、简化首部、自动配置与更好扩展过渡机制双栈、隧道与转换支持IPv4共存迁移5.4IPv6地址295.4·01表示与结构：128位十六进制分组，允许零压缩IPv6扩大地址空间，并改进自动配置、层次化和协议效率。01表示与结构1表示与结构是什么本页讨论“表示与结构”，属于IPv6地址的关键内容2表示与结构的作用128位十六进制分组，允许零压缩3本节案例展开与压缩IPv6地址，并识别链路本地地址前缀理解要点：IPv6扩大地址空间，并改进自动配置、层次化和协议效率5.4IPv6地址305.4·02地址类型：单播、任播、组播，不使用广播IPv6扩大地址空间，并改进自动配置、层次化和协议效率。02地址类型1地址类型是什么本页讨论“地址类型”，属于IPv6地址的关键内容2地址类型的作用单播、任播、组播，不使用广播3本节案例展开与压缩IPv6地址，并识别链路本地地址前缀理解要点：IPv6扩大地址空间，并改进自动配置、层次化和协议效率5.4IPv6地址315.4·03核心优势：地址充足、简化首部、自动配置与更好扩展IPv6扩大地址空间，并改进自动配置、层次化和协议效率。03核心优势1核心优势是什么本页讨论“核心优势”，属于IPv6地址的关键内容2核心优势的作用地址充足、简化首部、自动配置与更好扩展3本节案例展开与压缩IPv6地址，并识别链路本地地址前缀理解要点：IPv6扩大地址空间，并改进自动配置、层次化和协议效率5.4IPv6地址325.4·04过渡机制：双栈、隧道与转换支持IPv4共存迁移IPv6扩大地址空间，并改进自动配置、层次化和协议效率。04过渡机制1过渡机制是什么本页讨论“过渡机制”，属于IPv6地址的关键内容2过渡机制的作用双栈、隧道与转换支持IPv4共存迁移3本节案例展开与压缩IPv6地址，并识别链路本地地址前缀理解要点：IPv6扩大地址空间，并改进自动配置、层次化和协议效率5.4IPv6地址335.4场景应用展开与压缩IPv6地址，并识别链路本地地址前缀。本页案例：展开与压缩IPv6地址，并识别链路本地地址前缀1表示与结构128位十六进制分组，允许零压缩2地址类型单播、任播、组播，不使用广播3核心优势地址充足、简化首部、自动配置与更好扩展4过渡机制双栈、隧道与转换支持IPv4共存迁移案例说明：展开与压缩IPv6地址，并识别链路本地地址前缀5.4IPv6地址34课堂检验IPv6取消广播后，原有广播功能由什么机制承担？表示与结构128位十六进制分组，允许零压缩地址类型单播、任播、组播，不使用广播参考解答IPv6主要用组播和邻居发现等机制替代广播，以减少无关节点处理教材结论：IPv6扩大地址空间，并改进自动配置、层次化和协议效率5.4IPv6地址355.5网络层设备三层交换机具备路由能力后，为何企业仍需要出口路由器？路由器→三层交换机→转发表→设备选择55.5网络层设备365.5核心结构路由器和三层交换机都能路由，但适用规模、接口和性能侧重不同。先读中心结论，再看路由器与三层交换机网络层设备四个知识点共同说明本节核心结论路由器连接异构网络并执行路由、NAT和边界策略三层交换机在园区内部高速完成VLAN间路由转发表最长前缀匹配选择最具体路由设备选择依据接口类型、吞吐、功能和部署位置5.5网络层设备375.5·01路由器：连接异构网络并执行路由、NAT和边界策略路由器和三层交换机都能路由，但适用规模、接口和性能侧重不同。01路由器1路由器是什么本页讨论“路由器”，属于网络层设备的关键内容2路由器的作用连接异构网络并执行路由、NAT和边界策略3本节案例比较企业出口路由器与核心三层交换机的职责理解要点：路由器和三层交换机都能路由，但适用规模、接口和性能侧重不同5.5网络层设备385.5·02三层交换机：在园区内部高速完成VLAN间路由路由器和三层交换机都能路由，但适用规模、接口和性能侧重不同。02三层交换机1三层交换机是什么本页讨论“三层交换机”，属于网络层设备的关键内容2三层交换机的作用在园区内部高速完成VLAN间路由3本节案例比较企业出口路由器与核心三层交换机的职责理解要点：路由器和三层交换机都能路由，但适用规模、接口和性能侧重不同5.5网络层设备395.5·03转发表：最长前缀匹配选择最具体路由路由器和三层交换机都能路由，但适用规模、接口和性能侧重不同。03转发表1转发表是什么本页讨论“转发表”，属于网络层设备的关键内容2转发表的作用最长前缀匹配选择最具体路由3本节案例比较企业出口路由器与核心三层交换机的职责理解要点：路由器和三层交换机都能路由，但适用规模、接口和性能侧重不同5.5网络层设备405.5·04设备选择：依据接口类型、吞吐、功能和部署位置路由器和三层交换机都能路由，但适用规模、接口和性能侧重不同。04设备选择1设备选择是什么本页讨论“设备选择”，属于网络层设备的关键内容2设备选择的作用依据接口类型、吞吐、功能和部署位置3本节案例比较企业出口路由器与核心三层交换机的职责理解要点：路由器和三层交换机都能路由，但适用规模、接口和性能侧重不同5.5网络层设备415.5场景应用比较企业出口路由器与核心三层交换机的职责。本页案例：比较企业出口路由器与核心三层交换机的职责1路由器连接异构网络并执行路由、NAT和边界策略2三层交换机在园区内部高速完成VLAN间路由3转发表最长前缀匹配选择最具体路由4设备选择依据接口类型、吞吐、功能和部署位置案例说明：比较企业出口路由器与核心三层交换机的职责5.5网络层设备42课堂检验三层交换机具备路由能力后，为何企业仍需要出口路由器？路由器连接异构网络并执行路由、NAT和边界策略三层交换机在园区内部高速完成VLAN间路由参考解答仍需要。三层交换机擅长园区内部高速转发，出口路由器更适合WAN、NAT、VPN和边界策略结论：路由器和三层交换机都能路由，但适用规模、接口和性能侧重不同5.5网络层设备435.6网络层协议ICMP报告错误时，是否负责重新传输丢失的数据包？IP协议→ICMP→IGMP→路由与IPSec65.6网络层协议445.6核心结构IP负责交付，ICMP反馈状态，IGMP管理组播，路由协议交换路径。先读中心结论，再看IP协议与ICMP网络层协议四个知识点共同说明本节核心结论IP协议定义分组格式、寻址、分片与逐跳转发ICMP报告差错并支持Ping、Traceroute等诊断IGMP管理IPv4主机的组播成员关系路由与IPSec动态学习路径并可在网络层保护数据5.6网络层协议455.6·01IP协议：定义分组格式、寻址、分片与逐跳转发IP负责交付，ICMP反馈状态，IGMP管理组播，路由协议交换路径。01IP协议1IP协议是什么本页讨论“IP协议”，属于网络层协议的关键内容2IP协议的作用定义分组格式、寻址、分片与逐跳转发3本节案例结合Ping超时、TTL超时和不可达消息分析链路问题理解要点：IP负责交付，ICMP反馈状态，IGMP管理组播，路由协议交换路径5.6网络层协议465.6·02ICMP：报告差错并支持Ping、Traceroute等诊断IP负责交付，ICMP反馈状态，IGMP管理组播，路由协议交换路径。02ICMP1ICMP是什么本页讨论“ICMP”，属于网络层协议的关键内容2ICMP的作用报告差错并支持Ping、Traceroute等诊断3本节案例结合Ping超时、TTL超时和不可达消息分析链路问题理解要点：IP负责交付，ICMP反馈状态，IGMP管理组播，路由协议交换路径5.6网络层协议475.6·03IGMP：管理IPv4主机的组播成员关系IP负责交付，ICMP反馈状态，IGMP管理组播，路由协议交换路径。03IGMP1IGMP是什么本页讨论“IGMP”，属于网络层协议的关键内容2IGMP的作用管理IPv4主机的组播成员关系3本节案例结合Ping超时、TTL超时和不可达消息分析链路问题理解要点：IP负责交付，ICMP反馈状态，IGMP管理组播，路由协议交换路径5.6网络层协议485.6·04路由与IPSec：动态学习路径并可在网络层保护数据IP负责交付，ICMP反馈状态，IGMP管理组播，路由协议交换路径。04路由与IPSec1路由与IPSec是什么本页讨论“路由与IPSec”，属于网络层协议的关键内容2路由与IPSec的作用动态学习路径并可在网络层保护数据3本节案例结合Ping超时、TTL超时和不可达消息分析链路问题理解要点：IP负责交付，ICMP反馈状态，IGMP管理组播，路由协议交换路径5.6网络层协议495.6场景应用结合Ping超时、TTL超时和不可达消息分析链路问题。本页案例：结合Ping超时、TTL超时和不可达消息分析链路问题1IP协议定义分组格式、寻址、分片与逐跳转发2ICMP报告差错并支持Ping、Traceroute等诊断3IGMP管理IPv4主机的组播成员关系4路由与IPSec动态学习路径并可在网络层保护数据案例说明：结合Ping超时、TTL超时和不可达消息分析链路问题5.6网络层协议50课堂检验ICMP报告错误时，是否负责重新传输丢失的数据包？IP协议定义分组格式、寻址、分片与逐跳转发ICMP报告差错并支持Ping、Traceroute等诊断参考解答不负责。ICMP只反馈错误和状态；是否重传由TCP或应用程序决定结论：IP负责交付，ICMP反馈状态，IGMP管理组播，路由协议交换路径5.6网络层协议515.7路由与VLAN通信实验去程路由存在但Ping不通，为什么还要检查回程路由？静态路由→VLAN间路由→动态路由→验证排错75.7路由与VLAN通信实验525.7核心结构路由实验要同时验证接口、地址、路由表、下一跳和回程路径。先读中心结论，再看静态路由与VLAN间路由路由与VLAN通信实验四个知识点共同说明本节核心结论静态路由管理员明确配置目标网段与下一跳VLAN间路由使用单臂路由或三层交换接口动态路由路由器通过协议自动交换可达信息验证排错检查接口、ARP、路由表、Ping与Traceroute5.7路由与VLAN通信实验535.7·01静态路由：管理员明确配置目标网段与下一跳路由实验要同时验证接口、地址、路由表、下一跳和回程路径。01静态路由1静态路由是什么本页讨论“静态路由”，属于路由与VLAN通信实验的关键内容2静态路由的作用管理员明确配置目标网段与下一跳3本节案例按从近到远顺序验证本机、网关、下一跳和远端网段理解要点：路由实验要同时验证接口、地址、路由表、下一跳和回程路径5.7路由与VLAN通信实验545.7·02VLAN间路由：使用单臂路由或三层交换接口路由实验要同时验证接口、地址、路由表、下一跳和回程路径。02VLAN间路由1VLAN间路由是什么本页讨论“VLAN间路由”，属于路由与VLAN通信实验的关键内容2VLAN间路由的作用使用单臂路由或三层交换接口3本节案例按从近到远顺序验证本机、网关、下一跳和远端网段理解要点：路由实验要同时验证接口、地址、路由表、下一跳和回程路径5.7路由与VLAN通信实验555.7·03动态路由：路由器通过协议自动交换可达信息路由实验要同时验证接口、地址、路由表、下一跳和回程路径。03动态路由1动态路由是什么本页讨论“动态路由”，属于路由与VLAN通信实验的关键内容2动态路由的作用路由器通过协议自动交换可达信息3本节案例按从近到远顺序验证本机、网关、下一跳和远端网段理解要点：路由实验要同时验证接口、地址、路由表、下一跳和回程路径5.7路由与VLAN通信实验565.7·04验证排错：检查接口、ARP、路由表、Ping与Traceroute路由实验要同时验证接口、地址、路由表、下一跳和回程路径。04验证排错1验证排错是什么本页讨论“验证排错”，属于路由与VLAN通信实验的关键内容2验证排错的作用检查接口、ARP、路由表、Ping与Traceroute3本节案例按从近到远顺序验证本机、网关、下一跳和远端网段理解要点：路由实验要同时验证接口、地址、路由表、下一跳和回程路径5.7路由与VLAN通信实验575.7场景应用按从近到远顺序验证本机、网关、下一跳和远端网段。本页案例：按从近到远顺序验证本机、网关、下一跳和远端网段1静态路由管理员明确配置目标网段与下一跳2VLAN间路由使用单臂路由或三层交换接口3动态路由路由器通过协议自动交换可达信息4验证排错检查接口、ARP、路由表、Ping与Traceroute案例说明：按从近到远顺序验证本机、网关、下一跳和远端网段5.7路由与VLAN通信实验58课堂检验去程路由存在但Ping不通，为什么还要检查回程路由？静态路由管理员明确配置目标网段与下一跳VLAN间路由使用单臂路由或三层交换接口参考解答Ping是双向过程。去程只保证请求到达，EchoReply仍需要正确的回程路由结论：路由实验要同时验证接口、地址、路由表、下一跳和回程路径5.7路由与VLAN通信实验59IPv4计算示例192.168.10.35/26属于第一个64地址块网络地址、广播地址和可用主机范围一步算清1前缀/26掩码255.255.255.1922块大小256-192=643网络地址192.168.10.04广播与主机.63；可用.1—.625.2—5.3IPv4地址与子网划分60VLS