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1、1,计算机网络基础,主编 唐继勇 中国水利水电出版社,2,项目五 互联IP网络,任务2 IP地址的规划和管理,3,5.2.1 任务目的及要求,掌握IP寻址的作用 IP地址的格式、组成和分类 为一个网络选择一个合适的IP地址范围和为网络内部的终端分配IP地址，并能够为内部网络所有终端都能接入Internet提供解决方案。,4,5.2.2 背景知识,1、IP地址和MAC地址的关系,TCP 报文,IP 数据报,MAC 帧,应用层数据,首部,首部,尾部,首部,在IP层抽象的互连网上，我们只看见IP数据报,在具体的物理网络的链路层，我们只看见MAC帧,5,2、IP地址的作用,我们把整个因特网看成为一个单
2、一的、抽象的网络。IP地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是惟一的 32 bit 的标识符。 IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,通信的路径 H1经过 R1 转发再经过 R2 转发H2,查找路由表,查找路由表,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1
3、,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层上的互联网,MAC 帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,从协议栈的层次上看数据的流动,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层上的互联网,MAC
4、 帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,从虚拟的 IP 层上看 IP 数据报的流动,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层上的互联网,MAC 帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,在链路上看 MAC 帧的流动,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机
5、 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层上的互联网,MAC 帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,在 IP 层抽象的互联网上只能看到 IP 数据报 图中的 IP1IP2 表示从源地址 IP1 到目的地址 IP2 两个路由器的 IP 地址并不出现在 IP 数据报的首部中,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层上的互联网,MAC 帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,路由器只根据目的站的 IP 地址的网络号进行路由选择,IP1
6、,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层上的互联网,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,IP 数据报,在具体的物理网络的链路层只能看见 MAC 帧而看 不见 IP 数据报；MAC帧在不同的网络上传送时， 其MAC帧的源地址和目的地址要发生变化,13,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层上的互联网,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,IP 数据报,IP层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节 在抽象的网络层上讨论问题，就能够使用 统一的、抽象的
7、 IP 地址 研究主机和主机或主机和路由器之间的通信,14,IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是： 第一，IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。 第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。,15,实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。 当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址，其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机称为
8、多接口主机(multihomed host)。 由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。,16,用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。 所有分配到网络号 net-id 的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,22
9、2.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。 路由器的每一个接口都有一个 不同网络号的 IP 地址。,18,3、IP地址的组成,每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所
10、连接到的网络，而另一个字段则是主机号 host-id，它标志该主机（或路由器）。 两级的 IP 地址可以记为： IP地址不仅包含了主机本身的地址信息，而且还包含了主机所在网络的地址信息，因此，在将主机从一个网络移到另一个网络时，主机IP地址必须进行修改以正确地反映这个变化,IP 地址 := , ,19,4、IP地址的分类与表示,先按所要找的 IP 地址中的网络号 net-id 把目的网络找到 当分组到达目的网络后，再利用主机号host-id 将数据报直接交付给目的主机 按照整数字节划分 net-id 字段和 host-id 字段，就可以使路由器在收到一个分组时能够更快地将地址中的网络号提取出来
11、,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,21,点分十进制记法,采用点分十进制记法 则进一步提高可读性,128.11.3.31,128 11 3 31,将每 8 bit 的二进制数 转换为十进制数,22,常用的三种类别的 IP 地址,IP 地址的使用范围,网络 最大 第一个 最后一个 每个网络
12、类别 网络数 可用的 可用的 中最大的 网络号 网络号 主机数 A 126 (27 2) 1 126 16,777,214 B 16,384 (214) 128.0 191.255 65,534 C 2,097,152 (221) 192.0.0 223.255.255 254,23,5、特殊的IP地址及其作用,网络地址 包含了一个有效的网络号和一个全“0”的主机号 广播地址 直接广播：包含一个有效的网络号和一个全“1”的主机号，在IP互联网中，任意一台主机均可向其他网络进行直接广播 有限广播： 32位全为“1”的IP地址（255.255.255.255）用于本网广播，有限广播将被限制在本网络
13、/本子网之中,24,回送地址 在A类网络中，当网络号部分为127、主机部分为任意值时的地址被称为回送地址。该地址用于网络软件测试以及本地进程之间的通信 其它,25,公用地址（全球地址）：如果需要到Internet的直接（路由）连接，必须使用公用地址；它是全球惟一的IP地址，必须向因特网的管理机构申请 私有地址（专用地址）：只能用于一个机构的内部通信，而不能用于和因特网上的主机通信；只能用作本地地址而不能用作全球地址；在因特网中的所有路由器对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发,26,6、IP地址的规划,为了确保IP数据报的正确传输，必须为网络中的每一台主机分配一个全局唯一的IP地址： 1）
14、分析网络规模，明确网络中所拥有的独立网段数量以及每个网段中所可能拥有的最大主机数 2）根据网络规模确定所需要的网络类别和每类网络的数量 3）确定使用公用地址、私有地址还是两者混用 4）根据可用的地址资源为每台主机指定IP地址并在主机上进行相应的配置,27,7、IP地址的管理,IP地址的分配 静态分配：由网络管理员为主机指定一个固定不变的IP地址并手工配置到主机上。 动态分配：目前主要以客户机/服务器模式,通过动态主机控制协议（Dynamic Host Control Protocol，DHCP）来实现。 2）IP地址和MAC地址的绑定 由于IP地址要求的惟一性，在IP地址管理中，会存在IP地址
15、非法盗用或是IP地址冲突等现象。为了避免以上情况的发生，增加网络的安全性，可以采用IP地址与MAC地址的绑定,arp s IP地址 MAC地址,28,8、NAT技术,网络地址转换 NAT 方法于1994年提出。 需要在专用网连接到因特网的路由器上安装 NAT 软件。装有 NAT 软件的路由器叫做 NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球地址 IPG。 所有使用本地地址的主机在和外界通信时都要在 NAT 路由器上将其本地地址转换成 IPG 才能和因特网连接。 NAT有三种类型：静态NAT(Static NAT)、动态地址NAT(Pooled NAT)、网络地址端口转换NAPT（Network Address Port Translation）。,29,
