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1、第3章 IP地址及其规划本章要点本章要点: 3.1 IP地址的概念 3.2 IP地址划分技术研究与发展 3.3 IP地址规划 第1页，共49页。3.1 IP地址的概念 3.1.1 IPv4地址概念3.1.2 IP地址的标准分类第2页，共49页。3.1.1 IPv4地址概念 IP地址只是32位二进制数字。在二进制中，数码只有0和1。一个32位数码有32个0和1。 为了方便，一般把IP地址分为4个8位字段，或者称作8位字节。 第3页，共49页。3.1.2 IP地址的标准分类 基本的IP地址是分成8位一个单元的32位二进制数。一般用点分十进制表示。IP地址中的每一个8位位段用0255之间的一个十进制
2、数表示。这些数之间用点（.）隔开，格式为x.x.x.x。 IP地址分成五类，分别为：A 类地址、B 类地址、C 类地址与特殊地址。每一个IP地址包括两部分：网络地址和主机地址，上面五类地址对所支持的网络数和主机数有不同的组合。第4页，共49页。（1）A 类地址 一个A 类IP地址仅使用第一个8位位段表示网络地址。剩下的3个8位位组表示主机地址。 （2）B类地址 一个B类IP地址使用两个8位位段表示网络号，另外两个8位位段表示主机号。 （3）C 类地址 而C类地址使用三个8位位段表示网络地址，仅用一个8位位段表示主机号。第5页，共49页。图3-1 IP地址的标准分类第6页，共49页。（4）特殊地
3、址直接广播地址 直接广播地址与广播地址相同，是一个Internet协议地址，指定了在某特定网络中的“所有主机”。受限广播地址受限的广播地址是255.255.255.255。在任何情况下，路由器都不转发目的地址为受限的广播地址的数据报，这样的数据报仅出现在本地网络中。 “这个网络上的特定主机”地址 具有全0 网络号的IP地址代表了这个网络上的特定主机 当某个主机想同一网络上的其他主机发送报文的时候就会用到它。它的格式为：网络号为0，主号为确定的数值。 回送地址 127.x.x.x是本机回送地址，即主机IP堆栈内部的IP地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，无论什么程序使用回送地址发送数据，
4、协议软件立即返回之，从进行任何网络传输。 第7页，共49页。3.2 IP地址划分技术研究与发展3.2.1 划分子网的三级地址结构3.2.2 CIDR技术3.2.3 NAT技术第8页，共49页。IP地址的划分共分为四个阶段。 （1）第一阶段 1981年，IPv4协议制定初期，IP地址设计的目的是希望每个IP地址都能唯一地、确定地识别一个网络与一台主机。这时的IP地址是由网络号与主机号组成，长32位，用点分十进制方法表示，即现在的标准分类的IP地址。 （2）第二阶段 在1991年起，在原来的标准分类的IP地址上，加入了子网号的三级址结构。将一个网络划分为子网，采用借位的方式，从主机位最高位开始借位
5、变为新的子网位，所剩余的部分则仍为主机位。这使得IP地址的结构分为：网络号、子网号和主机号。第9页，共49页。（3）第三阶段 1993年提出其出了CIDR（Classless Inter Domain Routing，无类域间路由）技术。CIDR有效地提供了一种更为灵活的在路由器中指定网络地址的方法。使用CIDR时，每个IP地址都有网络前缀，它标识了网络的总数或单独一个网络。（4）第四阶段 1996年提出了NAT（Network Address Translation，网络地址转换）技术，允许一个整体机构以一个公用IP地址形式出现在Internet上。即是一种把内部私有IP地址翻译成合法网络I
6、P地址的技术。第10页，共49页。图3-2 划分IP地址技术的发展阶段示意图第11页，共49页。3.2.1 划分子网的三级地址结构 地址有效利用率的问题 ： （1）A类地址的主机号长度为24位，即可以分配给1600多万个结点，这即是对一个大型的网络来说，也不可能使用到这么多的结点，即使有这样的大型网络，网络中的路由表也太大了。 （2）B类地址的主机长度为16位，即一个网络中可以允许有6万多个结点，由经验得到，一般使用B类地址的网络中大多数的网络主机数都不超过50台。 （3）C类地址的主机号长度为8位，即一个网络中可以只能分配256个主机和路由器的地址，这个数量又远远不够。第12页，共49页。1
7、子网的概念 在一个IP网络中划分子网使我们能将一个逻辑上单一的大型网络分成若干个较小的网络，即允许将网络划分成许多个部分供内部使用，但是对于外部网络仍像一个网络一样。 2子网的划分 它将IPv4地址分为三部分：网络部分、子网部分和主机部分。 3子网掩码的概念 它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网以及哪些位标识的是主机的位掩码。 第13页，共49页。图3-3 A类、B类和C类地址掩码图3-4 B类地址分为128个子网第14页，共49页。3.2.2 CIDR无间域内路由技术1CIDR提出的背景 随着Internet的迅速发展，标准地址分类法带来了两个问题，最大一个问题就是这些
8、类别无法体现顾客的需求。A类地址实在过大，以至浪费了大部分空间。另一方面，C类网络对大多数组织来说实在太小，这意味着大多数组织会请求B类地址，但又没有足够的B类地址可以满足需求。 1993年，CIDR技术被提出，RFC1517、1518和1519对其进行了定义并且形成了Inernet的建议标准。CIDR利用表示用来识别网络的比特数量的“网络前缀”，取代了A类、B类和C地址。 第15页，共49页。2CIDR的概念 CIDR是一个在Internet上创建附加地址的方法，这些地址提供给服务提供商ISP，再由ISP分配给客户。 3CIDR的工作原理 CIDR地址包括标准的32位IP地址和用正斜线“/”
9、标记的前缀。 第16页，共49页。4CIDR的技术特点 （1）它区别于一般的标准分类IP地址概念的“网络前缀”，代替的原来的“网络号+主机号”的结构，形成了无分类的结构，即表示为“网络前缀+主机号”的二级地址结构，也不再使用“子网”的概念。 （2）网络前缀相同的连续的IP地址形成了一个“CIDR地址块”。它是由块起始地址与块地址数来表示的。 5CIDR的优点 CIDR的优点是解决了困扰传统IP寻址方法的两个问题。 第17页，共49页。表3-1 为CIDR及其对应的掩码CIDR掩码CIDR掩码/8255.0.0.0/20255.255.240.0/9255.128.0.0/21255.255.2
10、48.0/10255.192.0.0/22255.255.252.0/11255.224.0.0/23255.255.254.0/12255.240.0.0/24255.255.255.0/13255.248.0.0/25255.255.255.128/14255.252.0.0/26255.255.255.192/15255.254.0.0/27255.255.255.224/16255.255.0.0/28255.255.255.240/17255.255.128.0/29255.255.255.248/18255.255.192.0/30255.255.255.252/19255.255
11、.224.0第18页，共49页。3.2.3 NAT 网络地址转换技术1NAT的概念 NAT即网络地址转换，它的基本思路是为每个公司分配少量的IP地址用于传输Internet的流量，而在公司内部的每一台主机分配一个不能够在Internet上使用的保留的专用IP地址。这些专用的地址都是管理机构预留的，它们不需要向Internet管理机构申请，但是在Internet中并不唯一。它们就用于公司的内部网络通信，如果要访问外部的Internet主机，要运行NAT的主机或路由器将内部的专用IP地址转换为全局的IP地址。 第19页，共49页。图3-5 NAT在ISP服务中应用的网络结构图第20页，共49页。2
12、NAT的工作原理 （1）内部地址翻译 将内部IP一对一的翻译成外部地址。 （2）内部全局地址复用 使用地址和端口将多个内部地址映射到比较少的外部地址。 （3）TCP负载重分配 NAT路由器接受外部主机的请求并依据NAT表建立与内部主机的连接，把内部目的地址翻译成内部局部地址并转发数据包到内部主机，内部主机接受包并作出响应。NAT路由器再使用内部局部地址和端口查询数据表做出响应。如果此时，同一主机再做第二个连接，NAT路由器建立与另一虚拟主机的连接，并转发数据。 第21页，共49页。（4）处理重叠网络 主机A要求向主机C建立连接， DNS服务器做地址查询。 NAT路由器截获DNS的响应，如果地址
13、有重叠，将翻译返回的地址。它将创建一个简单入口把重 叠的外部全局地址翻译成外部局部地址。 路由器转发DNS响应到主机A，它已经把主机C 的外部全局地址翻译成外部局部地址。 当路由器接受到主机C的数据包时，它将建立内 部局部、全局，外部全局、局部地址间的转换， 主机A将由内部局部地址翻译成内部全局地址， 主机C将由外部全局地址翻译成外部局部地址。 主机C接受数据包并继续通讯。第22页，共49页。图3-6 为NAT工作原理示意图3NAT的技术类型（1）静态NAT（2）动态地址NAT（3）网络地址端口转换NAPT 第23页，共49页。4NAT技术的局限性（1）违反了IP地址的设计原则（2）使IP协议
14、从面向无连接变成面向连接（3）与其他协议工作时经常需要修改（4）破坏了各层独立的原则 第24页，共49页。3.3 IP地址规划3.3.1 基本步骤与方法3.3.2 子网地址的规划3.3.3 VLSM地址的规划3.3.4 CIDR地址规划3.3.5 内部网络专用IP地址规划3.3.6 IPv6地址规划第25页，共49页。3.3.1 基本步骤与方法 1IP地址规划的步骤（1）获得网络最大子网数量与最大主机数（2）设计基本网络地址结构（3）计算子网络掩码（4）计算网络地址、广播地址与主机地址2IP地址规划详细方法 详见表3-2、3-3第26页，共49页。192.168.1.0192.168.1.64
15、192.168.1.128192.168.1.192192.168.1.8192.168.1.72192.168.1.136192.168.1.200192.168.1.16192.168.1.80192.168.1.144192.168.1.208192.168.1.24192.168.1.88192.168.1.152192.168.1.216192.168.1.32192.168.1.96192.168.1.160192.168.1.224192.168.1.40192.168.1.104192.168.1.168192.168.1.232192.168.1.48192.168.1.11
16、2192.168.1.176192.168.1.240192.168.1.56192.168.1.120192.168.1.184192.168.1.248表3-2 32个子网的网络号第27页，共49页。子网地址广播地址子网地址广播地址192.168.1.0192.168.1.7192.168.1.128192.168.1.135192.168.1.8192.168.1.15192.168.1.136192.168.1.143192.168.1.16192.168.1.23192.168.1.144192.168.1.151192.168.1.24192.168.1.31192.168.1.1
17、52192.168.1.159192.168.1.32192.168.1.39192.168.1.160192.168.1.167192.168.1.40192.168.1.47192.168.1.168192.168.1.175192.168.1.48192.168.1.55192.168.1.176192.168.1.183192.168.1.56192.168.1.63192.168.1.184192.168.1.191192.168.1.64192.168.1.71192.168.1.192192.168.1.199192.168.1.72192.168.1.79192.168.1.2
18、00192.168.1.207192.168.1.80192.168.1.87192.168.1.208192.168.1.215192.168.1.88192.168.1.95192.168.1.216192.168.1.223192.168.1.96192.168.1.103192.168.1.224192.168.1.231192.168.1.104192.168.1.111192.168.1.232192.168.1.239192.168.1.112192.168.1.119192.168.1.240192.168.1.247192.168.1.120192.168.1.127192.
19、168.1.248192.168.1.255表3-3 子网的广播地址第28页，共49页。3.3.2 子网地址的规划1子网地址规划的步骤 （1）获得所需的网络号个数 从网络设计的需求分析中，每个子网必须分配一个网络号，而每个广域网的连接也需要分配一个网络号。 （2）获得所需的主机号个数 从网络设计的需求分析中，每个主机分配一个主机号；同时路由器的每一个连接也需要分配一个主机号。 （3）网络地址整体规划 计算出整个网络的子网掩码 为不同的物理段设置不同的子网号第29页，共49页。子网地址主机地址子网地址主机地址192.168.1.0192.168.1.1192.168.1.6192.168.1.1
20、28192.168.1.129192.168.1.134192.168.1.8192.168.1.9192.168.1.14192.168.1.136192.168.1.137192.168.1.142192.168.1.16192.168.1.17192.168.1.22192.168.1.144192.168.1.145192.168.1.150192.168.1.24192.168.1.25192.168.1.30192.168.1.152192.168.1.153192.168.1.158192.168.1.32192.168.1.33192.168.1.38192.168.1.160
21、192.168.1.161192.168.1.166192.168.1.40192.168.1.41192.168.1.46192.168.1.168192.168.1.169192.168.1.174192.168.1.48192.168.1.49192.168.1.54192.168.1.176192.168.1.177192.168.1.182192.168.1.56192.168.1.57192.168.1.62192.168.1.184192.168.1.185192.168.1.190192.168.1.64192.168.1.65192.168.1.70192.168.1.192
22、192.168.1.193192.168.1.198192.168.1.72192.168.1.73192.168.1.78192.168.1.200192.168.1.201192.168.1.206192.168.1.80192.168.1.81192.168.1.86192.168.1.208192.168.1.209192.168.1.214192.168.1.88192.168.1.89192.168.1.94192.168.1.216192.168.1.217192.168.1.222192.168.1.96192.168.1.97192.168.1.102192.168.1.22
23、4192.168.1.225192.168.1.230192.168.1.104192.168.1.105192.168.1.110192.168.1.232192.168.1.233192.168.1.238192.168.1.112192.168.1.113192.168.1.118192.168.1.240192.168.1.241192.168.1.246192.168.1.120192.168.1.121192.168.1.126192.168.1.248192.168.1.249192.168.1.254表3-4 主机的IP地址第30页，共49页。2子网地址规划的详细方法 （1）计
24、算子网号的长度（2）确定子网的地址子网号主机地址182.33.0.0182.33.0.1182.33.1.254182.33.2.0182.33.2.1182.33.3.254182.33.4.0182.33.4.1182.33.5.254.182.33.250.0182.33.250.1182.33.251.254182.33.252.0182.33.252.1182.33.253.254 表3-5 子网的主机地址 第31页，共49页。3.3.3 VLSM地址的规划1VLSM的概念 VLSM（Variable Length Subnet Mask，可变长度子网掩码），是在标准的掩码上面再划分
25、的子网的网络号码，无类路由选择网络可以使用VLSM，而有类路由选择网络中不能使用VLSM。2案例分析 （1）需求 （2）选择可变长度的子网掩码（3）三个子网IP的地址空间 第32页，共49页。图3-7 使用VLSM技术的子网划分结构 第33页，共49页。3.3.4 CIDR地址规划 设一个公司获得的了202.122.128.0/18的地址块，要将其分成16个大小相等的较的地址块，规划步骤如下： （1）计算出所要占用的主机号中的位数 由于，所以对于这个地址块的划分需要占用后14位主机号中的前4位，可以实现将其16等分为大小相等的地址块。 （2）地址块的划分 16块较小地址块的划分情况如表3-6所
26、示，其中每一个地址块所能分配的地址数为个。 第34页，共49页。地址块1202.122.128.0/2211001010 01111010 10000000 00000000地址块2202.122.132.0/2211001010 01111010 10000100 00000000地址块3202.122.136.0/2211001010 01111010 10001000 00000000地址块4202.122.140.0/2211001010 01111010 10001100 00000000地址块5202.122.144.0/2211001010 01111010 10010000 0
27、0000000地址块6202.122.148.0/2211001010 01111010 10010100 00000000地址块7202.122.152.0/2211001010 01111010 10011000 00000000地址块8202.122.156.0/2211001010 01111010 10011100 00000000地址块9202.122.160.0/2211001010 01111010 10100000 00000000地址块10202.122.164.0/2211001010 01111010 10100100 00000000地址块11202.122.168.
28、0/2211001010 01111010 10101000 00000000地址块12202.122.172.0/2211001010 01111010 10101100 00000000地址块13202.122.176.0/2211001010 01111010 10110000 00000000地址块14202.122.180.0/2211001010 01111010 10110100 00000000地址块15202.122.184.0/2211001010 01111010 10111000 00000000地址块16202.122.188.0/2211001010 0111101
29、0 10111100 00000000表3-6 划分CIDR地址块第35页，共49页。图3-8 CIDR地址块划分后的网络结构图第36页，共49页。3.3.5 内部网络专用IP地址规划 1需求分析 （1）公司分为总部、销售与配送部门、零售店3层结构。 （2）总部的主干网上有10个LAN，总共有120台计算机及其联网设备，其在30个城市和地区都有销售与配送部门，每个部门通过2条链路与总部的主干路由器连接。 （3）各个销售与配送部门有2个LAN，一个用于销售管理，其连接的计算等设备最多为90台；一个用于配送管理；另外还有一个用来连接2个LAN与公司总部级下属零售店 （4）每个零售店1个LAN，最多
30、连接14台计算机。第37页，共49页。 2总体设计 （1）采用“总部分部零售店”的3级地址结 构。 （2）采用A类地址的CIDR地址块，可分配的地址 总长度为24位。 （3）采用定长子网掩码255.255.255.0。 （4）从需求分析已知，该公司网络系统中的子网 数多于其主机数，所以32位标准地址结构为：8位网络号、16位子网号与8位主机号。 第38页，共49页。图3-9 该公司的网络结构图 第39页，共49页。3地址规划 （1）公司总部的LAN地址公司总部有10个LAN，D=0时表示公司的主干网，此时S=110，H=1254。如表3-7所示。表3-7 公司总部的LAN地址 LAN110.0
31、.1.110.0.1.254LAN610.0.6.110.0.6.254LAN210.0.2.110.0.2.254LAN710.0.7.110.0.7.254LAN310.0.3.110.0.3.254LAN810.0.8.110.0.8.254LAN410.0.4.110.0.4.254LAN910.0.9.110.0.9.254LAN510.0.5.110.0.5.254.LAN1010.0.10.110.0.10.254第40页，共49页。（2）公司总部到销售与配送部门的连接地址 表3-8 总部与分部连接的地址信息总部地区110.101.0.110.101.0.210.201.1.11
32、0.201.1.2总部地区210.102.0.110.102.0.210.202.1.110.202.1.2总部地区2910.129.0.110.129.0.210.229.1.110.229.1.2总部地区3010.130.0.110.130.0.210.230.1.110.230.1.2（3）销售与配送部门的LAN地址 各个地区的销售与配送部门的D不同，其中三个LAN（两个分别用于销售管理和配送管理，还有一个连接公司总部及零售店）。其分部的可分配地址空间如表3-9所示。第41页，共49页。表3-9 分部的地址信息地区1LAN1LAN2LAN310.1.255.110.1.255.1.254
33、10.1.254.110. 1. 254.25410. 1.253.110. 1.253.254地区2LAN1LAN2LAN310.2. 255.110.2.255.25410.2.254.110.2.254.25410.2.253.110.2.253.254地区29LAN1LAN2LAN310.29.255.110.29.255.25410.29.254.110.29. 254.25410.29.253.110.29.1.254地区30LAN1LAN2LAN310.30.255.110.30.255.25410.30.254.110.30.254.25410.30.253.110.30.25
34、3.254（4）销售与配送部门到相应零售店的连接地址 销售与配送部门分别到相应零售店的连接地址为10.100+D.S.1与10.100+D.S.2。如表3-10所示。第42页，共49页。表3-10 销售与配送部门到相应零售店的连接地址地区零售店分部到零售店连接地址地区1零售店1零售店2零售店239零售店24010.101.1.110.101.1.210.101.2.110.101.2.210.101.239.110.101.239.210.101.240.110.101.240.1.2地区2零售店1零售店2零售店239零售店24010.102.1.110.102.1.210.102.2.110
35、.102.2.210.102.239.110.102.239.210.102.240.110.102.240.2地区29零售店1零售店2零售店239零售店24010.129.1.110.129.1.210.129.2.110.129.2.2.10.129.239.110.129.239.210.129.240.110.129.240.地区30零售店1零售店2零售店239零售店24010.130.1.110.130.1.210.130.2.110.130.2.210.130.239.110.130.239.210.130.240.110.130.240.第43页，共49页。（5）零售店地址 表3
36、-11 零售店地址信息地区零售店零售店地址地区1零售店1零售店2零售店239零售店24010.1.1.110.1.1.25410.1.2.110.1.2.25410.1.239.110.1.239.25410.1.240.110.1.240.254地区2零售店1零售店2零售店239零售店24010.2.1.110.2.1.25410.2.2.110.2.2.25410.2.239.110.2.239.25410.2.240.110.2.240.254地区29零售店1零售店2零售店239零售店24010.29.1.110.29.1.25410.29.2.110.29.2.25410.29.239
37、.110.29.239.25410.29.240.110.29.240.254地区30零售店1零售店2零售店239零售店24010.30.1.110.30.1.25410.30.2.110.30.2.25410.30.239.110.30.239.25410.30.240.110.30.240.254第44页，共49页。（6）案例总结该公司地址结构规划为： 总部的LAN：10.0.1.010.0.10.0。 总部到分部的连接：10.100+10.D.0与、 10.200+10.D.0，其中D=130。 分部的LAN：10.D.255.0、10.D.254.0、 10.D.253.0。地址空间为
38、10.D.255.110.D.255.254、10.D.254.110.D.254.254、10.D.253.110.D.253.254。其中D=130 分部到零售店的连接：10.100+D.S.1与10.100+D.S.2，D=130，S=1240。 零售店的LAN：10.D.S.0，其可分配的地址空间为10.D.S.110.D.S.254，其中D=130，S=1240。第45页，共49页。3.3.6 IPv6地址规划1什么是IPv6地址 IPv6采用128 位的地址长度，可以有 个地址几乎可以不受限制地提供地址。 IPv6的地址分为：单播地址、组播地址、多播地址与特殊地址等基本的四类地址，
39、同时它还加入了对自动配置的支持 。2IPv6地址表示方法 （1）IPv6的128 位地址用 16 位边界划分，每个 16 位段转换成 4 位十六进制数字，用冒号“：”分隔。结果表示被称为冒号十六进制。 第46页，共49页。（2）压缩零 某些地址类型中包含一系列的零。要进一步简化 IPv6 地址的表示，冒号十六进制格式中被设置为0的连续16位块可以被压缩为“:”例如，链接本地地址 FE80:0:0:0:2AA:FF:FE9A:4CA2 可以压缩为FE80:2AA:FF:FE9A:4CA2。多播地址 FF02:0:0:0:0:0:0:2 可以压缩为 FF02:2。零压缩只能用于压缩冒号十六进制符号
40、中一个连续的 16 位段。不能使用零压缩来包括某个 16 位信息块的一部分。 （3）IPv6前缀是地址的一部分，指出有固定值的地址位，或者属于网络标识符的地址位。 第47页，共49页。3IPv6的优势（1）丰富的地址资源（2）移动IP （3）服务质量 （4）较高的安全性4IPv6的发展前景 现在并没有找到从IPv4到IPv6的平稳过渡策略。IPv6在中国的发展也是不容易的，运营商比较看重眼前的利益，一般会采用技术成熟的产品来组网，所以IPv6的商业发展前景并不明朗。但是从长远的利益和IPv6的优势来看，以发展的眼光来看IPv6是势在必行的。第48页，共49页。演讲完毕，谢谢观看！第49页，共49页。
