數(shù)據(jù)通信技術(shù) 課件 任務(wù)3.1 IP地址規(guī)劃與計(jì)算

數(shù)據(jù)通信技術(shù)任務(wù)3.1IP地址規(guī)劃與計(jì)算一、IP地址的結(jié)構(gòu)與分類

它是IP協(xié)議提供的一種互聯(lián)網(wǎng)通用的地址格式，該地址由32位的二進(jìn)制數(shù)表示，由IP地址管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一管理和分配，保證互聯(lián)網(wǎng)上運(yùn)行的設(shè)備（如主機(jī)、路由器等）不會產(chǎn)生地址沖突。什么是IP地址利用IP地址作為主機(jī)的標(biāo)志指定計(jì)算機(jī)到一個網(wǎng)絡(luò)的連接具有多個網(wǎng)絡(luò)連接的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備就應(yīng)具有多個IP地址IP地址的作用一、IP地址的結(jié)構(gòu)與分類網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)絡(luò)1202.113.101.80202.113.100.8202.113.101.81202.113.100.82202.113.100.81IP地址的組成一、IP地址的結(jié)構(gòu)與分類

互聯(lián)網(wǎng)包括了多個網(wǎng)絡(luò)，而一個網(wǎng)絡(luò)又包括了多臺主機(jī)，與互聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)對應(yīng)，互聯(lián)網(wǎng)使用的IP地址也采用了層次結(jié)構(gòu)?；ヂ?lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)3主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)…………IP地址的組成一、IP地址的結(jié)構(gòu)與分類

IP地址的編址方式明顯地?cái)y帶了位置信息。如果給出一個具體的IP地址，馬上就能知道它位于哪個網(wǎng)絡(luò)，這給IP互聯(lián)網(wǎng)的路由選擇帶來很大好處。網(wǎng)絡(luò)號（netid）主機(jī)號（hostid）標(biāo)志互聯(lián)網(wǎng)中的一個特定網(wǎng)絡(luò)表示該網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的一個特定連接網(wǎng)絡(luò)號主機(jī)號IP地址的層次結(jié)構(gòu)IP地址的組成一、IP地址的結(jié)構(gòu)與分類

IP地址包含主機(jī)本身的地址信息和主機(jī)所在網(wǎng)絡(luò)的地址信息，因此，在將主機(jī)從一個網(wǎng)絡(luò)移到另一個網(wǎng)絡(luò)時，主機(jī)IP地址必須進(jìn)行修改以正確地反映這個變化。網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)絡(luò)1202.113.101.80202.113.100.8202.113.101.81202.113.100.82202.113.100.81網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)絡(luò)1202.113.101.80202.113.100.8202.113.101.81202.113.100.82202.113.101.66主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)間的移動IP地址的分類一、IP地址的結(jié)構(gòu)與分類

為了適應(yīng)各種規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，IP協(xié)議將IP地址分成A、B、C、D和E五類，分別使用IP地址的前幾位加以區(qū)分。

每類地址所包含的網(wǎng)絡(luò)數(shù)與主機(jī)數(shù)不同，用戶可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模進(jìn)行選擇。IP地址的分類一、IP地址的結(jié)構(gòu)與分類A類網(wǎng)絡(luò)：8位，主機(jī)：24位用于大型網(wǎng)絡(luò)B類網(wǎng)絡(luò)：16位，主機(jī)：16位用于中型規(guī)模網(wǎng)絡(luò)C類網(wǎng)絡(luò)：24位，主機(jī)：8位用于小型網(wǎng)絡(luò)D類提供網(wǎng)絡(luò)組播服務(wù)E類保留給實(shí)驗(yàn)和未來擴(kuò)充使用IP地址的分類一、IP地址的結(jié)構(gòu)與分類IP地址的分類是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的，它能適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，具有一定的靈活性類別第一字節(jié)范圍網(wǎng)絡(luò)地址長度最大主機(jī)數(shù)適用網(wǎng)絡(luò)規(guī)模A1~1261B16777214大型網(wǎng)絡(luò)B128~1912B65534中型網(wǎng)絡(luò)C192~2233B254小型網(wǎng)絡(luò)IP地址的表示：點(diǎn)分十進(jìn)制一、IP地址的結(jié)構(gòu)與分類

IP地址由32位二進(jìn)制數(shù)值組成（4B），但為了方便用戶的理解和記憶，它采用了點(diǎn)分十進(jìn)制標(biāo)記法，即將4字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)值轉(zhuǎn)換成4個十進(jìn)制數(shù)值，每個數(shù)值小于等于255，數(shù)值中間用“.”隔開，表示成w.x.y.z的形式。特殊IP地址及其作用一、IP地址的結(jié)構(gòu)與分類01網(wǎng)絡(luò)地址02廣播地址03回送地址04私有地址網(wǎng)絡(luò)地址一、IP地址的結(jié)構(gòu)與分類

用來標(biāo)識一個具體的網(wǎng)絡(luò)。IP地址方案規(guī)定，網(wǎng)絡(luò)地址包含了一個有效的網(wǎng)絡(luò)號和一個全“0”的主機(jī)號。舉例113.0.0.0表示一個A類網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址地址202.93.120.44網(wǎng)絡(luò)為202.93.120.0,主機(jī)號為44的主機(jī)廣播地址一、IP地址的結(jié)構(gòu)與分類如果廣播地址包含一個有效的網(wǎng)絡(luò)號和一個全“1”的主機(jī)號，那么技術(shù)上稱之為直接廣播（directedbroadcasting）地址。在IP互聯(lián)網(wǎng)中，任意一臺主機(jī)均可向其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行直接廣播。01直接廣播02有限廣播廣播地址一、IP地址的結(jié)構(gòu)與分類

32位全為“1”的IP地址（255.255.255.255）用于本網(wǎng)廣播，該地址叫做有限廣播（limitedbroadcasting）地址。實(shí)際上，有限廣播將廣播限制在最小的范圍內(nèi)。如果采用標(biāo)準(zhǔn)的IP編址，那么有限廣播將被限制在本網(wǎng)絡(luò)之中；如果采用子網(wǎng)編址，那么有限廣播將被限制在本子網(wǎng)之中。01直接廣播02有限廣播回送地址一、IP地址的結(jié)構(gòu)與分類

用于網(wǎng)絡(luò)軟件測試以及本地進(jìn)程之間的通信。在A類網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)號部分為127、主機(jī)部分為任意值時的地址被稱為回送地址。ping工具命令發(fā)送一個以回送地址為目標(biāo)地址的IP分組：ping127.0.0.1，可以以測試本地IP軟件能否正常工作一個本地進(jìn)程可以將回送地址作為目標(biāo)地址發(fā)送分組給另一個本地進(jìn)程，以測試本地進(jìn)程之間能否正常通信私有地址一、IP地址的結(jié)構(gòu)與分類

為解決IPv4地址不夠用而產(chǎn)生的。它可以供企業(yè)、公司或組織機(jī)構(gòu)內(nèi)部組建IP網(wǎng)絡(luò)時重復(fù)使用。私有地址包含了A類、B類和C類地址空間中的3個小部分。根據(jù)規(guī)定，這些以私有地址作為邏輯標(biāo)識的主機(jī)若要訪問外面的Internet，必須采用NAT技術(shù)。地址類型IP地址范圍1個A類10.0.0.0–10.255.255.25516個B類172.16.0.0–172.31.255.255256個C類192.168.0.0–192.168.255.255二、IP地址的規(guī)劃基本方法01分析網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，明確網(wǎng)絡(luò)中所擁有的獨(dú)立網(wǎng)段數(shù)量以及每個網(wǎng)段中所可能擁有的最大主機(jī)數(shù)。通常，路由設(shè)備的每一個接口所連的網(wǎng)段都被認(rèn)為是一個獨(dú)立的IP網(wǎng)段。02根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模確定所需要的網(wǎng)絡(luò)類別和每類網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量，如B類網(wǎng)絡(luò)幾個、C類網(wǎng)絡(luò)幾個等。二、IP地址的規(guī)劃基本方法03確定使用公用地址、私有地址還是兩者混用。若采用公有地址，需要向Internet賦號管理局（IANA）提出申請，并獲得相應(yīng)的地址使用權(quán)。04根據(jù)可用的地址資源為每臺主機(jī)指定IP地址并在主機(jī)上進(jìn)行相應(yīng)的配置，在配置地址之前，還要考慮地址分配的方式。二、IP地址的規(guī)劃案例分析網(wǎng)絡(luò)1202.113.27.0202.113.27.8A202.113.27.82B202.113.28.0202.113.28.91202.113.28.90R202.113.27.66202.113.28.88128.211.4.1202.113.29.0202.113.29.100202.113.29.90128.211.0.0128.211.2.33128.211.200.112128.211.25.6202.113.29.98128.211.3.16

一個大型企業(yè)，建有4個物理網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)需要通過路由器將這4個物理網(wǎng)絡(luò)組成專用的IP互聯(lián)網(wǎng)。二、IP地址的規(guī)劃案例分析連接到同一網(wǎng)絡(luò)中所有的IP地址共享同一網(wǎng)絡(luò)號路由器可以連接多個物理網(wǎng)絡(luò)，每個連接都應(yīng)該擁有自己的IP地址，而且該IP地址的網(wǎng)絡(luò)號應(yīng)與分配給這個網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)號相同注意事項(xiàng)：三、劃分子網(wǎng)子網(wǎng)劃分的概念將IP地址的主機(jī)號部分進(jìn)一步劃分成子網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號的操作，避免IP地址浪費(fèi)劃分前劃分后網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識主機(jī)標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識主機(jī)標(biāo)識子網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識三、劃分子網(wǎng)子網(wǎng)劃分的方法：借位從主機(jī)號借用若干個比特作為子網(wǎng)號子網(wǎng)劃分時至少要從主機(jī)位的高位中選擇一位作為子網(wǎng)位，且要能保證保留兩位作為主機(jī)位當(dāng)所借出的子網(wǎng)位數(shù)不同時，可以得到的子網(wǎng)數(shù)量及每個子網(wǎng)中所能容納的主機(jī)數(shù)也不同子網(wǎng)絡(luò)位數(shù)子網(wǎng)數(shù)量有效子網(wǎng)數(shù)量121=22-2=0222=44-2=2323=88-2=6424=1616-2=14525=3232-2=30626=6464-2=62727=128128-2=126828=256256-2=254929=512512-2=510………三、劃分子網(wǎng)子網(wǎng)掩碼通常與IP地址配對出現(xiàn)告知主機(jī)或路由設(shè)備IP地址的代表采用與IP地址相同的位格式子網(wǎng)絡(luò)位部分對應(yīng)的二進(jìn)制位取值為1，主機(jī)位部分對應(yīng)的位取值為0三、劃分子網(wǎng)子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以通過將子網(wǎng)掩碼與相應(yīng)的IP地址進(jìn)行求“與”操作，來提取出給定IP地址所屬的網(wǎng)絡(luò)號（包括子網(wǎng)絡(luò)號）信息主機(jī)路由器三、劃分子網(wǎng)子網(wǎng)掩碼主機(jī)

在發(fā)送一個IP數(shù)據(jù)報之前，通過將本機(jī)IP地址的子網(wǎng)掩碼分別與源IP地址和目標(biāo)IP地址進(jìn)行求“與”操作，提取出相應(yīng)的源網(wǎng)絡(luò)號和目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)號以判斷源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)是否在同一網(wǎng)絡(luò)中。三、劃分子網(wǎng)子網(wǎng)掩碼

一旦從某一個接口接收到一個數(shù)據(jù)包，則會以該接口IP地址所對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼與所收到的IP數(shù)據(jù)包中給出的目標(biāo)IP地址進(jìn)行求“與”操作，提取出目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)號后再作為下一步路徑選擇的依據(jù)。路由器三、劃分子網(wǎng)可變長子網(wǎng)掩碼VSLM總部60臺主機(jī)，子網(wǎng)號為：218.75.16.0/26218.75.16.112/30218.75.16.116/30辦事處110臺主機(jī)，子網(wǎng)號為：218.75.16.96/28分公司30臺主機(jī)，子網(wǎng)號為：218.75.16.64/27

為提高地址利用率，必須根據(jù)不同子網(wǎng)的主機(jī)規(guī)模來進(jìn)行不同位數(shù)的子網(wǎng)劃分，從而會在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)出現(xiàn)不同長度的子網(wǎng)掩碼長度并存的情況。通常將這種允許在同一網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)使用不同長度子網(wǎng)掩碼的情況稱為可變長子網(wǎng)掩碼（VariableLengthSubnetMask，VLSM）。三、劃分子網(wǎng)無類域間路由CIDR

VLSM技術(shù)的逆向操作就是CIDR無類別域間路由，它允許將若干個較小的網(wǎng)絡(luò)合并成一個較大的網(wǎng)絡(luò)，以可變長子網(wǎng)掩碼的方式重新分配網(wǎng)絡(luò)號，其目的是為了將多個IP網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)合起來使用。192.56.0.0/24192.56.1.0/24192.56.2.0/24192.56.3.0/24192.56.4.0/24192.56.5.0/24192.56.6.0/24192.56.7.0/24外部網(wǎng)192.56.0.0/22192.56.4.0/22192.56.0.0/21三、劃分子網(wǎng)無類域間路由CIDR

Classless表示CIDR借鑒了子網(wǎng)劃分技術(shù)中取消IP地址分類結(jié)構(gòu)的思想，使IP地址成為無類別的地址。但是，與子網(wǎng)劃分將一個較大的網(wǎng)絡(luò)分成若干個較小的子網(wǎng)相反，CIDR是將若干個較小的網(wǎng)絡(luò)合并成了一個較大的網(wǎng)絡(luò)，因此又被稱為超網(wǎng)。192.56.0.0/24192.56.1.0/24192.56.2.0/24192.56.3.0/24192.56.4.0/24192.56.5.0/24192.56.6.0/24192.56.7.0/24外部網(wǎng)192.56.0.0/22192.56.4.0/22192.56.0.0/21四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6

為了解決IPv4協(xié)議在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中遇到的問題，IETF于1992年6月提出要制定下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPng（IP一thenextgeneration），即人們現(xiàn)在所說的IPv6協(xié)議。1998年，IETF正式發(fā)布了IPv6的系列草案標(biāo)準(zhǔn)。四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6新特性01巨大的地址空間02全新的報文結(jié)構(gòu)

IPv6地址長度為128位，可用地址數(shù)是3.4×1038，意味著世界上的每個人都可以擁有5.7×1028個地址。

報文頭包括固定頭部和擴(kuò)展頭部，一些可選擇的字段被移到了IPv6協(xié)議頭之后的擴(kuò)展協(xié)議頭中，加快路由查詢過程。四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6新特性03全新的地址配置方式04允許對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行預(yù)分配

除了支持手工地址配置和有狀態(tài)自動地址配置，還支持一種無狀態(tài)地址配置技術(shù)。

用新定義的流標(biāo)簽，路由器可以不打開傳送的內(nèi)層數(shù)據(jù)包就可以識別流，從而加速業(yè)務(wù)處理過程。四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6新特性05內(nèi)置的安全性06全新的鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議

集成了IPSec以用于網(wǎng)絡(luò)層的認(rèn)證與加密，為用戶提供端到端的安全特性。

用來管理相鄰節(jié)點(diǎn)的交互。該協(xié)議用更加有效的單播和組播報文，取代了IPv4中的廣播。四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6新特性07高可擴(kuò)展性08高移動性

IPv6報頭之后添加了擴(kuò)展報頭，可按照不同協(xié)議要求增加擴(kuò)展頭的種類，IPv6可以很方便地實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。

由于采用了路由擴(kuò)展報頭和目的地址擴(kuò)展報頭，使得IPv6提供了內(nèi)置的移動性。四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6頭部結(jié)構(gòu)4位版本號8位通信類型20位流標(biāo)簽16位凈荷長度8位下一個包頭128位源端IP地址8位跳數(shù)限制128位目的端IP地址0151631版本號字段：長度為4位，表示數(shù)據(jù)報協(xié)議的版本，對于IPv6，該字段為6四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6頭部結(jié)構(gòu)4位版本號8位通信類型20位流標(biāo)簽16位凈荷長度8位下一個包頭128位源端IP地址8位跳數(shù)限制128位目的端IP地址0151631流量類別字段：長度為8位，用以標(biāo)識IPv6分組的類別和優(yōu)先級四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6頭部結(jié)構(gòu)4位版本號8位通信類型20位流標(biāo)簽16位凈荷長度8位下一個包頭128位源端IP地址8位跳數(shù)限制128位目的端IP地址0151631流標(biāo)簽字段：長度為20位，用以支持資源預(yù)定四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6頭部結(jié)構(gòu)4位版本號8位通信類型20位流標(biāo)簽16位凈荷長度8位下一個包頭128位源端IP地址8位跳數(shù)限制128位目的端IP地址0151631有效載荷長度字段：長度為16位，表示IPv6數(shù)據(jù)報除基本頭部以外的字節(jié)數(shù)四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6頭部結(jié)構(gòu)4位版本號8位通信類型20位流標(biāo)簽16位凈荷長度8位下一個包頭128位源端IP地址8位跳數(shù)限制128位目的端IP地址0151631長度下一個報頭字段：長度為8位、相當(dāng)于IPv4中的協(xié)議字段或可選字段四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6頭部結(jié)構(gòu)4位版本號8位通信類型20位流標(biāo)簽16位凈荷長度8位下一個包頭128位源端IP地址8位跳數(shù)限制128位目的端IP地址0151631長度為4位跳限制字段：長度為8位，用以保證分組不會無限期地在網(wǎng)絡(luò)中存在四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6頭部結(jié)構(gòu)4位版本號8位通信類型20位流標(biāo)簽16位凈荷長度8位下一個包頭128位源端IP地址8位跳數(shù)限制128位目的端IP地址0151631源地址與目的地址：長度分別為128位，標(biāo)識發(fā)送分組的源主機(jī)和接收分組的目標(biāo)主機(jī)四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6擴(kuò)展頭部

在IPv6中，為提高轉(zhuǎn)發(fā)效率，可選項(xiàng)被移到了擴(kuò)展報頭中。在典型的IPv6數(shù)據(jù)包中，并不是每一個數(shù)據(jù)包都包括所有的擴(kuò)展報頭。在中間路由器或目標(biāo)需要一些特殊處理時，發(fā)送主機(jī)才會添加相應(yīng)擴(kuò)展報頭。01有逐跳選項(xiàng)報頭02目標(biāo)選項(xiàng)報頭03路由報頭04分段報頭05認(rèn)證報頭06封裝安全有效載荷報頭四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6地址格式01首選格式02壓縮格式2001：0410：0000：0001：0000：0000：0000：45ff

IPv6的128位地址是按照每16位劃分為一段，每段被轉(zhuǎn)換為一個4位十六進(jìn)制數(shù)，并用冒號隔開。01四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6地址格式01首選格式02壓縮格式2001:410:0:1::45ff

RFC2373中規(guī)定：當(dāng)一個或多個連續(xù)的16比特為0字符時，為了縮短地址長度，用∷（兩個冒號）表示，但一個IPv6地址中只允許一個∷。02四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6地址前綴

IPv6地址也有地址前綴，屬于128位地址空間范圍之中。這部分或者有固定的值，或者是路由或子網(wǎng)的標(biāo)識。12AB:0:0:CD30::/60四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv601單播02組播03任播IPv6地址類型四、下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6地址類型01單播地址：

IPv6和IPv4中的單播概念是類似的，即唯一地標(biāo)識一