數據通信與計算機網絡8課件

第8章網際互聯：IP.本章重點內容掌握IP地址及其分配方法了解IP數據報的格式及其分段和重組掌握IP數據報的轉發(fā)方式了解ARP協(xié)議和物理地址與IP地址的關系了解ICMP協(xié)議.8.1IP地址Internet上的主機可以通過IP地址來標識和區(qū)分數據被分組為一個個IP數據報，并由主機和路由器中的IP協(xié)議（InternetProtocol，網際互聯協(xié)議）模塊負責，將IP數據報通過Internet上一個個網絡最終傳送到目的主機

IP網絡中每臺主機都必須有一個惟一的IP地址；

IP地址是一個邏輯地址；(與MAC地址比較一下)因特網上的IP地址具有全球唯一性；32位，4個字節(jié)，常用點分的十進制標記法：如00001010

00000010

00000000

00000001

記為8.1.1IP地址分類及其表示.IP地址有固定的格式：32位二進制數，分成4段（每段8位），中間用“.”分隔，常用4個十進制數表示。如：10101100.00010000.00000000.000010100.IP地址的結構：網絡號（netid）+主機號（hostid）網絡號標識了該主機（網絡設備）所屬的物理網絡主機號則是該主機在所屬網絡中的具體地址IP地址劃分為五類：A-E類，常用的為A、B、C類，D類地址為組播地址，E類地址為將來使用的保留地址。主機號的所有位全為“0”或全為“1”的IP地址不用于表示單個主機主機號的所有位全為“0”是網絡地址，用于標識一個網絡，如指明網絡號為106的一個A類網絡。主機號的所有位全為“1”是廣播地址，如55用于向位于網絡上的所有主機廣播。.IP地址由“網絡號”+“主機號”組成一個人的身份證號碼：340125801012233地區(qū)代碼個人標識代碼一個主機的IP地址：192.168.0.10網絡號主機號.IP地址由“網絡號”+“主機號”組成網絡號：用于表示該機所在的網絡標識主機號：用于表示該機在該網絡中區(qū)別其他主機的標識應用原則：網絡號相同的主機，處于同一網段中；同一網段中，不允許有主機號相同的主機.IP地址由“網絡號”+“主機號”組成一般情況下A、B、C三類IP地址中的網絡號和主機號的劃分網絡號主機號例A類第1字節(jié)第2、3、4字節(jié)B類第1、2字節(jié)第3、4字節(jié)1C類第1、2、3字節(jié)第4字節(jié).IP地址的分類：第一字節(jié)范圍用殊A類1~126可供用戶分配B類128~191可供用戶分配C類192~223可供用戶分配D類224~239有特殊之用，不可供用戶自由分配E類240~254保留，也不可供用戶自由分配另外：默認為任何主機的IP地址，不可供用戶分配。.A類地址A類地址：最高位必須是“0”；0網絡號主機號7bits24bitsA類：A類地址的網絡范圍：0～127，0和127保留，所以實際使用的只是1～126，共126（27）個A類網絡；A類地址的每個網絡的主機范圍：0.0.0~255.255.255，主機號全0即0.0.0屬于該網絡的網絡地址，主機號全1即255.255.255屬于該網絡的廣播地址，所以實際能使用的主機地址是0.0.1~255.255.254，即224-2個主機，大約1600萬臺，所以單個A類地址構成的網絡是非常巨大的；A類地址的范圍：1.0.0.0～126.255.255.2550xxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.B類地址B類地址：最高位必須是“10”；10網絡號主機號14bits16bitsB類：B類地址的網絡范圍：128.0～191.255，共214個B類網絡；B類地址的每個網絡的主機范圍：0.0~255.255，主機號全0即0.0屬于該網絡的網絡地址，主機號全1即255.255屬于該網絡的廣播地址，所以實際能使用的主機地址是0.1~255.254，即216-2個主機，大約65000臺；B類地址的范圍：128.0.0.0～191.255.255.25510xxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.C類地址C類地址：最高位必須是“110”；110網絡號主機號21bits8bitsC類：C類地址的網絡范圍：192.0.0～223.255.255，共221個C類網絡，大約200萬個；C類地址的每個網絡的主機范圍：0~255，主機號全0即0屬于該網絡的網絡地址，主機號全1即255屬于該網絡的廣播地址，所以實際能使用的主機地址是1~254，即28-2個主機，即254臺，所以單個C類地址構成的局域網絡大小是比較合適的；C類地址的范圍：192.0.0.0～223.255.255.255110xxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.D類和E類地址D類地址E類地址1110組播地址28bitsD類：1110xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx即~5511110保留地址27bitsE類：11110xxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx即~55..保留的IP地址（表8.2）00...000000...000011...111111...1111本機本網中的主機局域網中的廣播對指定網絡的廣播回路00...00主機號1111...1111網絡號127任意值以下這些IP地址具有特殊的含義:一般來說，主機號部分為全“1”的IP地址保留用作廣播地址；主機號部分為全“0”的IP地址保留用作網絡地址。0000...0000網絡號網絡地址.私有地址規(guī)定：只能用于內聯網A-55B-55–55C–55.例子1．找出不能分配給主機的IP地址，并說明原因。A．B．1C．D．55E．2..8.1.2IP地址分配與子網劃分因特網規(guī)模的急劇增長，對IP地址的需求激增，帶來的問題是：IP地址資源的嚴重匱乏路由表規(guī)模的急速增長解決辦法：從主機號部分拿出幾位作為子網號這種在原來IP地址結構的基礎上增加一級結構的方法稱為子網劃分。前提：網絡規(guī)模較小，IP地址空間沒有全部利用。例如：三個LAN，主機數為30，60，80，均少于C類地址允許的主機數。為這三個LAN申請3個C類IP地址顯然有點浪費。.子網號10

網絡號主機號011631824(a)劃分子網前10

網絡號

主機號01163182422(b)劃分子網后圖8.2B類地址子網劃分B類7位9位B類.子網劃分舉例例如：C類網絡，主機號部分的前三位用于標識子網號，即：110000001010100000000001xxxyyyyy網絡號+子網號新的主機號部分子網號為全“0”全“1”不能使用，于是劃分出23-2=6個子網，子網地址分別為：

11000000101010000000000100100000--211000000101010000000000101000000--411000000101010000000000101100000--611000000101010000000000110000000--2811000000101010000000000110100000--6011000000101010000000000111000000--92網絡號+子網號新的主機號部分.子網劃分的方法：例子：萬里學院，一個C類網段，把這塊地址均分給四個學院，構成四個子網：電信學院，～63計院，4～127商學院，28～191外語學院，92～255顯然，每個學院分到64個地址主機號只需6位原主機號中的高2位就用作子網號2位子網號可確定4個子網，3位就是8個，4位就是24個子網.因此，根據子網的大小確定新的主機號位數，再根據IP地址的標準分類，剩下的就是子網號位數；或者，根據子網的數目確定子網號的位數，那么剩下的位數就是新的主機號；問題進行子網劃分后，網絡地址和廣播地址怎么變化？給定一個IP地址怎么確定該地址屬于哪個子網？.子網掩碼（SubnetMask）子網劃分后，如何識別不同的子網？解決：采用子網掩碼來分離網絡號和主機號。子網掩碼格式：32比特，網絡號＋子網號部分全為“1”，主機號部分全為“0”?！熬W絡號+子網號”部分“主機號”部分11……1100….00.子網掩碼計算前面的例子中：網絡號24位，子網號2位，總共26位。所以子網掩碼為：

11111111

11111111

11111111

11000000即255.255.255.192缺省子網掩碼：A類： B類： C類：.子網地址計算子網掩碼∧IP地址，結果就是該IP地址的網絡號。例如：IP地址07，子網掩碼2411001010011101010000000111001111∧11111111111111111111111111100000

11001010011101010000000111000000∴子網地址為：92主機號為：15主機之間要能夠通信，它們必須在同一子網內，否則需要使用路由器（或網關）實現互聯。推論：若兩個IP地址具有完全相同的子網地址，則它們在同一子網中。.子網規(guī)劃舉例網絡分配了一個C類地址：。假設需要20個子網，每個子網有5臺主機。試確定各子網地址和子網掩碼。1）對C類地址，要從最后8位中分出幾位作為子網地址：∵24＜20＜25，∴選擇5位作為子網地址，共可提供32個子網地址。2）檢查剩余的位數能否滿足每個子網中主機臺數的要求：∵子網地址為5位，故還剩3位可以用作主機地址。而23＞5+2，所以可以滿足每子網5臺主機的要求。3）子網掩碼為48。（11111000B=248）4）子網地址可在8、16、24、32、……、240共30個地址中任意選擇20個。.C類地址均衡子網劃分總結給定一個C類地址：24位網絡號＋8位主機號進行子網劃分：網絡號不變：24位原主機號＝子網號＋新的主機號＝8位假設子網號n位，則新的主機號（8-n）位，則對應的子網數目為：2n個，每個子網的IP地址數為2（8-n），每個子網可用的IP地址數為2（8-n）－2原C類地址空間=子網數×每個子網的IP地址數，即256＝2n×2（8-n）＝256原C類地址空間＝256＝子網掩碼的最后一字節(jié)的值＋子網的IP地址數.非均衡劃分子網例：某公司從電信申請到一個C類地址，在公司內部部門之間進行IP地址分配，需求如下：市場部91人，總經辦7人，工程部34人，財務部4人，后勤部22人，人事處3人。請給出合理的IP地址分配方案，滿足所有部門的需求并盡量節(jié)約IP地址資源，給出每個部門子網的子網地址和子網掩碼。(討論).91+7+34+4+22+3=161<255，地址是能夠滿足需求的。①市場部：91人，新主機號：7位，子網號：1位②總經辦：7人，新主機號：4位，子網號：4位③工程部：34人，新主機號：6位，子網號：2位④財務部：4人，新主機號：3位，子網號：5位⑤后勤部：22人，新主機號：5位，子網號：3位⑥人事部：3人，新主機號：3位，子網號：5位需避免分配時地址重復。一個簡單的方法：從大到小分配IP地址。子網號主機號00000000~11111111市場部1

0000000~111111工程部1

1

000000~11111后勤部1

1

1

00000~1111總經辦1

1

1

1

0000~111財務部1

1

1

1

1000~111人事部.假設這個C類地址為：

默認子網掩碼：

地址空間：~55

可分配地址：~54

網絡地址：

廣播地址：55市場部：~27子網地址：子網掩碼：28工程部：28~91子網地址：28子網掩碼：92后勤部：92~23子網地址：2子網掩碼：24總經辦：24~39子網地址：24子網掩碼：40財務部：40~47子網地址：40子網掩碼：48人事部：48~55子網地址：48子網掩碼：48.IP網絡的另一種表示法：網絡地址/前綴（1的位數）市場部：~27子網地址：子網掩碼：28

工程部：28~91子網地址：28子網掩碼：92后勤部：92~23子網地址：92子網掩碼：24總經辦：24~39子網地址：24子網掩碼：40財務部：40~47子網地址：40子網掩碼：48/2528/2692/2724/2840/29表示法：網絡地址/前綴.1987年，RFC1009就指明了在一個劃分子網的網絡中可同時使用幾個不同的子網掩碼。使用變長子網掩碼VLSM(VariableLengthSubnetMask)可進一步提高IP地址資源的利用率。在VLSM的基礎上又進一步研究出無分類編址方法，它的正式名字是無分類域間路由選擇CIDR(ClasslessInter-DomainRouting)。IP編址問題的演進

.8.1.3可變長子網掩碼VLSM劃分子網方法是對IP地址結構有價值的擴充，但一旦選擇了一個子網掩碼，所劃分的子網大小也就固定了。這樣在子網分配時就可能出現兩種情況：其一，子網太大，其中的IP地址沒有得到充分利用；其二，子網太小，同一個部門的主機需要兩個以上的子網容納。針對這一問題，提出對同一個網絡可以同時使用不同大小的子網掩碼劃分，也就是可變長子網掩碼（VariableLengthSubnetMask）.標識一個子網，也必須同時給出子網地址和子網掩碼為簡單起見，通常表示成如/23的形式，其中/23表示掩碼中“1”位的長度為23，也就是16位B類網絡地址加上7位子網地址的長度。例：一個C類網絡地址:如果利用掩碼92(11000000=192)可將該網絡劃分為4個子網：/26(=26)、4/26、28/26、92/26；如果利用掩碼28(1000000=128)，則可以劃分為兩個子網：/25(=25)、28/25。可以看到相同的子網IP地址因子網掩碼不同而代表兩個不同大小的子網。

.子網劃分一個固定掩碼多個掩碼（VLSM）子網地址子網主機數子網地址子網主機數總部子網/2626-2=62/2527-2=126市場部子網4/2626-2=6228/2626-2=62財務部子網28/2626-2=6292/2727-2=30技術部子網92/2626-2=6224/2727-2=30.8.1.4無類別域間路由（CIDR）對一個主機數超過254個的網絡，就得分配兩個或更多的C類網絡號?？墒沁@樣也就把一個網絡變成了多個網絡，原本一個網絡內部的數據傳送也就變成不同網絡間的通信，還需要增加路由器連接不同網絡。針對這種情況，提出無類別域間路由

.CIDR對IP地址分配方法進行了徹底的改革，其特點是不再區(qū)分A、B、C類網絡，而是將IP網絡地址空間看成是一個整體，劃分成大小不同的連續(xù)的地址塊分配

.假設一個網絡有1000個主機，如果不能通過在A、B類網絡中劃分一個子網分配IP地址，則需要分配給該網絡4個C類網絡，例如/24到/24。采用CIDR，可以同樣分配這些IP地址，但是做為一個連續(xù)的地址塊/22分配的，表示前22位是網絡號（叫做CIDR前綴），整個地址塊被認為屬于同一個網絡

.這樣做的好處在于：同一企業(yè)網內部的計算機即使在不同C網中，也被認為屬于同一網絡，無需通過路由器通信。路由器不需要為每個C網提供一個網絡接口，減少了路由器的復雜度和配置，降低購買成本。在Internet中都是通過網絡地址進行尋址的，因此有4個C網，就得在每個路由器的地址表（路由表）中放置4條地址信息。通過CIDR變成一個網絡后，只需要一個地址信息就可以了。這樣就既可以減小地址表占用的內存，也可以加快查表速度。

..CIDR還具有地址匯總功能。由于Internet上網絡數量的飛速增加，如果沒有CIDR技術，每個路由器的路由表都得為每個網絡放置一條地址信息，這樣地址信息就達到數萬乃至數十萬條，使路由器的內存需求加大，尋址速度變慢，建立路由表的開銷也非常大。而采用CIDR，則可以做IP地址匯總（或稱超網，Supernetting）。超網是指將多個小型網絡匯總為一個較大的網絡

..利用CIDR實現地址匯總有兩個基本條件：首先，待匯總地址的網絡號擁有相同的高位，如圖中8個待匯總的網絡地址的第3個位域的前5位完全相等，均為11100；其次，待匯總的網絡地址數目必須是2n，如2個、4個、8個、16個等等，否則，可能會導致路由黑洞（匯總后的網絡可能包含實際中并不存在的子網）。

./25/2692/2724/2840/29/24/22/21/20/18/16/23這是什么？超網合并CIDR子網劃分VLSMVLSM可變長子網掩碼和CIDR無分類域間路由選擇:前23為是網絡號1的位數是24為.作業(yè)

1.以下IP地址各屬于哪一類?(a)39(b)39(c)392.已知子網掩碼為92，下面各組IP地址是否屬于同一子網?(a)24與08(b)24與60(c)24與223.假設一個主機的IP地址為21，而子網掩碼為48，那么該IP地址的網絡號為多少？4.某單位為管理方便，擬將網絡劃分為5個子網，每個子網中的計算機數不超過15臺，請規(guī)劃該子網。寫出子網掩碼和每個子網的子網地址。5.試說明MAC地址與IP地址的區(qū)別。.作業(yè)以組為單位，以企業(yè)信息網、小區(qū)寬帶網、宿舍網及校園網等LAN網絡為設計對象，進行建網，包括：物理網絡的搭建（交換機構成的網絡）VLAN的分配（安全隔離策略）IP地址的分配成果：建網方案參考書本第12章：企業(yè)網絡設計.8.2IP數據報

在Internet上數據被封裝在IP數據報中，在IP數據報的頭部有源主機和目的主機的IP地址等信息，由IP協(xié)議軟件模塊根據目的主機的IP地址傳送IP數據報。

.8.2.1IP數據報的格式

IP數據報中除了源IP地址和目的IP地址外，還有其他一些傳送服務需要的控制信息

.012345678910111213141516171819202122232425262728293031版本號頭部長度服務類型總長度標識標志位分段偏移生存時間協(xié)議頭部校驗和源IP地址目的IP地址選項（可以省略）填充域數據區(qū).8.2.2IP數據報的分段和重組

IP數據報跨越不同的網絡，在傳送過程中就有可能碰到數據報的大小超過所要通過的網絡的最大傳輸單元（MTU）值的情況。這樣就需要將一個數據報分割為兩個或更多的數據報分別傳送

..被分割出來的數據報被稱為分段（fragment）。分割的方法如圖8.10所示。每個分段都有與原數據報基本相同的頭部，包括相同的源和目的IP地址，特別是要具有與原始數據報相同的標識字段值

..當目的主機接收到這些分段時，由IP根據offset字段值將分段重組（reassembly）

由于每個分段都是一個獨立的IP數據報，因此可能沿不同的路徑傳輸，也可能在傳送過程中被損壞或丟失。只有最終目的主機才能對分段進行重組，得到完整的數據。如果一個分段在傳輸過程中損壞或丟失，則將所有其他分段也一并丟棄

.8.3IP數據報的傳送

8.3.1IP的數據傳送服務

IP為連接到Internet上的主機提供了數據傳送的服務：源主機生成IP數據報，并將數據交給離自己最近的路由器（網關），傳送路徑上的每個路由器負責將IP數據報傳送給下一個路由器，由最后一個路由器將IP數據報傳送給目的主機

.IP的數據傳送服務有兩大特點：首先它是無連接（Connectionless）的，也就是說IP數據報在傳送之前不需要先在源主機和目的主機間建立好傳送路徑，而是由每個路由器根據接收到的每個數據報的目的IP地址臨時確定當時最佳的傳送路徑，對每個數據報的傳送是相互獨立的；其次它是盡最大努力（besteffort）的，更確切的說是盡量做到最好，但卻是不可靠（Unreliable）的

....8.3.2IP數據報的轉發(fā)

轉發(fā)是指沿尋徑好的最佳路徑傳送IP數據報。轉發(fā)過程是由路由器根據IP數據報中的目的IP地址在路由表中查找傳送路徑上的下一跳（下一個路由器或主機），并通過網絡接口層連接發(fā)送給下一跳的路由器。如果目的主機所在的目的網絡直接與該路由器相連，路由器就把數據報直接送到目的主機

.在WidnowsXP的命令窗口中鍵入“routePRINT”命令，則可以顯示出你的計算機的路由表?？梢钥吹铰酚杀淼膬热莅ǎ篋estination：目的網絡的IP地址，目的網絡是指目的主機所屬的網絡或者CIDR技術中的超網。Mask：掩碼，是指目的網絡的子網掩碼。Interface：接口，是指通往該目的地的本主機（路由器）的網絡端口IP地址。路由器或主機與不同網絡的連接端口（網卡）具有不同的IP地址Gateway：網關，是指下一跳路由器的IP地址。Metric：跳數，是代表該條路徑質量的參數。一般情況下，如果有多條到達相同目的地的路由記錄，路由器會采用metric值小的那條路由

..用ipconfig命令查看主機IP地址/掩碼和網關的設置

.IP數據報傳送過程.

8.3.3IP與網絡接口層主機和路由器、路由器和路由器之間是如何通過網絡接口傳送IP數據報的封裝解封由此每經過一個路由器都經過解封、路由和封裝的過程，直至到達目的主機

.8.3.4地址解析協(xié)議（ARP—AddressResolutionProtocol）

硬件地址和IP地址間進行轉換也就是所謂地址解析

地址解析協(xié)議其實有兩種：ARP（地址解析協(xié)議）和RARP（逆地址解析協(xié)議）

ARP為IP地址到對應的硬件地址之間提供動態(tài)映射。我們之所以用動態(tài)這個詞是因為這個過程是自動完成的，一般應用程序用戶或系統(tǒng)管理員不必關心。RARP被那些沒有磁盤驅動器的系統(tǒng)使用（一般是無盤工作站或X終端），通過它為無盤工作站申請IP地址

..8.4ICMPICMP（InternetControlMessageProtocol）提供控制和傳遞消息的功能；(IP協(xié)議不保證可靠性。因此，導致由于網絡故障，數據包不能到達，中途路由器或目標主機緩沖器發(fā)生溢出而造成數據包被拋棄等事故的發(fā)生。這時，有必要將數據包未到達的情況由信宿通知信源。ICMP把這樣的信息由發(fā)現錯誤的主機或路由器發(fā)回信源。另外進行發(fā)送前，可以確認目標（接收地址）是否存在或查看路由器的狀態(tài)。.“ping”和“tracert”命令

ping程序則利用ICMP協(xié)議包來偵測另一個主機是否可達

.靈活使用ping命令可以判斷網絡是否有問題以及何處出現問