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1、ip地址和子网掩码相关知识,IP地址与子网掩码,图2-1-1 不同的层使用不同的名字,IP地址的格式,图2-1-2 IP地址的格式,数制之间的转换,二进制-十进制十进制-二进制数制之类的运算（与、或、非）进制表请查看附带的WORD文档注：可使用windows的计算器进行转换,IP地址的种类,32比特的IP地址被划分为两个部分：网络号（Network ID，NID主机号（Host ID，HID）IPv4定义了5类IP地址，即：A、B、C、D、E类地址。,1A类,图2-1-3 A类地址可以用于分配的A类IP地址范围：1.x.y.z126.x.y.z，其中x、y、z的各个二进制位不能全为0或全为1。
2、,2B类,图2-1-4 B类地址可以用于分配的B类IP地址范围：128.0.y.z191.255.y.z，其中y、z的各个二进制位不能全为0或全为1。,3C类,图2-1-5 C类地址可以用于分配的C类IP地址范围：192.0.0.z223.255.255.z，其中z的各个二进制位不能全为0或全为1。,4D类,图2-1-6 D类地址D类地址主要用于多播（multi-casting）,5E类,图2-1-7 E类地址E类地址被保留作为实验用,6其他,第1个位域的取值范围在248254之间的IP地址保留不用。,私有地址(RFC1918),A类:10.0.0.0至10.255.255.255B类:172
3、.16.0.0至172.31.255.255C类:192.168.0.0至192.168.255.255,IP网络中主机数的计算方法,2N-2,公式:,“N”代表主机位数主机位全“0”表示网络编号主机位全“1”表示该网络中的广播,216-2=65534,172.16.0.0,172.16.0.1,172.16.0.2,172.16.0.3,.,172.16.255.253,172.16.255.254,B类网络可容纳的主机数量,IP地址的分配注意事项,网络号不能为127（127是被保护的与码，是本机IP地址测试回路）主机号不能全为0或255（网络号或广播地址）0.0.0.0（是default路
4、由的目标位置）,子网掩码,1子网（subnetwork）2子网掩码（subnetwork mask）IPv4规定了A类、B类、C类的标准子网掩码：A类：255.0.0.0B类：255.255.0.0C类：255.255.255.0,图2-1-10 子网掩码的应用-1（主机号=子网掩码的反码*IP地址）,图2-1-11 子网掩码的应用-2,VLSM,非标准子网划分图2-2-1 非标准子网划分,1对C类网络进行非标准子网划分,图2-2-2 借用2比特的主机号来充当子网络号,图2-2-3 01子网计算过程,表 C类IP地址子网划分,2对B类网络进行非标准子网划分,图2-2-4 借用2比特的主机号来充
5、当子网络号,图2-2-5 01子网计算过程,表 B类IP地址子网划分,3对A类网络进行非标准子网划分,表2-2-3 A类IP地址子网划分,全0和全1网段,例，标准C类网络201.15.66.0划分成8个子网，采用了非标准子网掩码255.255.255.224。该子网掩码将C类网络201.15.66.0划分成如下8个子网（假设允许子网号全为0或1）。子网1：网络号201.15.66.0，可以IP地址范围：201.15.66.1201.15.66.30，子网广播地址：201.15.66.31 (2的5次方-2) 子网8：网络号201.15.66.224，可以IP地址范围：201.15.66.225
6、201.15.66.254，子网广播地址：201.15.66.255。,专用地址空间,RFC 1918中定义了在企业网络内部使用的专用（私有）地址空间，如下：A类：10.0.0.0-10.255.255.255B类：172.16.0.0-172.31.255.255C类：192.168.0.0-192.168.255.255LinkLocal网络地址空间：169.254.0.0169.254.255.255也属于专用内部地址。,VLSM和CIDR,1VLSMRFC 1878中定义了可变长子网掩码（Variable Length Subnet Mask，VLSM）。VLSM规定了如何在一个进行了
7、子网划分的网络中的不同部分使用不同的子网掩码。,图2-2-7 VLSM应用,2CIDR,无类域间路由（Classless Inter-Domain Routing，CIDR）在RFC 1517RFC 1520中都有描述。,图2-2-8 CIDR应用,IP地址,IP地址 为了能把多个物理网络在逻辑上抽象成一个互连网，IP协议为每台主机分配了一个唯一的32位地址，称为IP地址(记录在主机的硬盘中)。IP地址不仅用来识别网络中的主机，而且隐含着网际间的路径信息。,IP地址与MAC地址,MAC地址是物理设备的接口地址，记录在网络设备（网卡）的ROM中； IP地址是逻辑地址，记录在主机的硬盘中。MAC地
8、址是平面地址，仅用于标识设备，与网络无关；IP地址是层次地址，既包含网络标识，又包含主机标识。MAC地址的分配是基于制造厂商；而IP地址的分配是基于网络拓扑。,IP地址,物理地址MAC00-60-97-CO-9F-67IP地址166.111.3.19,物理地址MAC00-3d-87-14-3a-d9IP地址166.111.4.1,物理地址MAC00-0c-1b-00-5a-f6IP地址166.111.3.18,IP地址166.111.3.97,IP地址的格式,IP 地址用来标识一个网络和与该网络连接的一台主机。 实际上IP地址是分配给网卡的。一个IP地址表示一条网络连接。,XXX.XXX.XX
9、X.XXX,166.111.4.118,网络标识号+主机标识号,Net-ID+Host-ID,IP地址的分类,Net-id,Host-id,A类,Net-id,Host-id,B类,Net-id,Host-id,C类,0,组播地址,D类,保留地址,E类,IP地址的分类及特征,特殊的IP地址,内部网络的保留地址,在ABC三类IP地址中，都保留了一些地址作为私有网络的虚拟IP地址：A类：10. 0. 0, 0 10.255.255.255 B类：172.16.0.0 172.31.255.255 C类：192.168.0.0 192.168.255.255,IP地址的转换,IP地址的转换无论网络层
10、使用什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终必须使用硬件MAC地址，因此IP寻址要实现IP地址到硬件地址的转换。,ARP与RARP,TCP/IP internet layer,IP地址的转换,每台主机都有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，高层的用户对这种地址解析过程是不知道的。当主机或路由器要和本网络上的另一个已知 IP 地址的主机或路由器进行通信时，ARP 协议会自动地将该 IP 地址解析为链路层所需要的硬件地址。,地址解析协议ARP,ARP协议(Address R
11、esolution Protocol)的功能： IP地址映射 Ethernet MAC地址基本思想： 在本地高速缓存中建立一个动态的ARP映射表；通过查表进行地址变换；当查表失败时，向全网广播ARP查询分组；目标节点自动响应；源节点根据响应信息修改ARP表。,举例：子网内的ARP解析,当两台主机在同一网段上时，ARP协议的工作过程如下：,172.16.3.1,172.16.3.2,IP: 172.16.3.2 = ?,IP: 172.16.3.2 = Ethernet: 0800.0020.1111,我需要172.16.3.2.的以太网地址。,请注意，这是我的以太网地址,代理ARP,如果目的主
12、机和源主机不在同一个局域网上，那么就要以本网络上的某个路由器作为远程主机的代理，通过ARP找到该路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。路由器在转发包时会改变帧的MAC地址，但不改变IP地址。,反向地址解析协议RARP,Reverse ARP协议的功能：为Ethernet MAC地址分配一个IP地址。基本思想：网上至少有一台RARP服务器，其中维持着一个本网的IP地址分配表，包含IP地址与MAC地址的映射信息。无盘站点启动时向全网广播 RARP分组，以求获得一个IP地址；RARP服务器自动响应，为无盘站点分配IP地址；无盘站点收到响应分组后，将IP地址
13、记入内存。,举例：通过RARP获得IP地址,无盘站点通过MAC地址获得IP地址的过程如下：,Ethernet=0800.0020.1111 IP = ?,Ethernet=0800.0020.1111 IP=172.16.3.5,这是我的以太网地址，请给我一个IP地址？,请注意：这是给你的IP地址：172.16.3.25.,ARP/RARP分组格式,ARP/RARP原本是为以太网制定的，但可推广到具有广播机制的其它网络。以下是基于以太网的TCP/IP网络上的ARP/RARP分组格式。,IP分组交付和路由选择,IP分组交付和路由选择一个TCP/IP网络通常由多个网络在网络层互连而成。连接这些网络
14、的设备可能是专用的路由器，也可能是多宿主机。TCP/IP网络中的计算机节点分为两类：端节点仅有一条线路连接到一个网络。路由节点有两条或两条以上的线路分别连接到多个网络。在因特网中，认为路由节点是出网的关口，故称之为网关。所谓路由选择就是为报文分组选择一条到达目标网络的输出路径。,分组交付的形式,直接交付收发双方在同一IP网络内部无需其它路由器进行分组转发。源主机直接将IP数据报封装在物理帧内交付目的主机。间接交付收发双方位于不同的IP网络中时，源主机必须通过至少一个路由器的转发才能将分组交付给目标主机。,直接交付和间接交付,A,B,C,直接交付不通过路由器间接交付必须通过路由器,注意,路由器是
15、对网络选择路由，而不是对主机选择路由；路由器并不知道到达目标主机的完整路径，只知道要到达目标网络，下一跳应走哪一个路由器。每个路由器中都维持着一组目标网络到下一跳路由器的映射表，称为路由表。,路由表,一个路由表是一组对偶 的集合。其中N为目标网络号，R为到达网络N的路径上的“下一个”路由器的入口的IP地址。路由表中有以下三种类型的映射：直接路由：目标网与本路由器的某个端口直接连接，其对偶形为 ；间接路由：目标网与本路由器之间还间隔有其它的路由器，其对偶形为 ；缺省路由：其它情形，对偶形为 。,IP地址的分配,IP地址的分配原则：为同一网络内的所有主机分配相同的网络号和不同的主机号；为不同网络内的所有主机分配不同的网络号。,静态路由表之例,R1的路由表,128.10.0.0,172.15.0.0,192. 68.15.0,8.1.1.2,8.1.1.1,128.10.1.1,128.10.1.9,192.68.15.1,172.15.1.1,R1,R2,R2的路由表,IP主机路选算法,IP协议在主机上执行的分组交付算法：从IP数据报首部取出目标IP地址 D，计算目标网号N ；if N=本主机的IP网号then 将IP数据报封装成帧直接传给目标主机else 将IP数据报封装成帧传给指定的路由器（缺省网关）。,
