計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)（第5版）課件 工作單元4　規(guī)劃與分配IP地址

工作單元4規(guī)劃與分配IP地址不同類(lèi)型的局域網(wǎng)之間是不能直接通信的，主要原因是其所傳送的數(shù)據(jù)幀的格式不同。IP協(xié)議可以把各種不同格式的數(shù)據(jù)幀統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)包，從而實(shí)現(xiàn)了各種局域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)層的互通。TCP/IP給網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備都規(guī)定了一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)層地址，以識(shí)別主機(jī)，方便通信。TCP/IP目前有Internet協(xié)議版本4（TCP/IPv4）和Internet協(xié)議版本6（TCP/IPv6）兩個(gè)版本，其分別規(guī)定了IPv4和IPv6兩種版本的網(wǎng)絡(luò)層地址。本單元的主要目標(biāo)是熟悉IPv4地址的相關(guān)知識(shí)，掌握規(guī)劃和分配IPv4地址的方法；了解IPv6地址的基本知識(shí)和設(shè)置方法。本單元主要內(nèi)容任務(wù)4.1規(guī)劃和分配IPv4地址任務(wù)4.2設(shè)置IPv6地址任務(wù)4.1規(guī)劃和分配IPv4地址【任務(wù)目的】（1）理解IPv4地址的概念和分類(lèi)；（2）理解子網(wǎng)掩碼的作用；（3）理解IPv4地址的分配原則；（4）掌握在網(wǎng)絡(luò)中規(guī)劃與分配IPv4地址的方法?！竟ぷ鳝h(huán)境與條件】

（1）安裝好Windows操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)；（2）網(wǎng)絡(luò)模擬和建模工具CiscoPacketTracer。4.1.1

IPv4地址的結(jié)構(gòu)和分類(lèi)1.IPv4地址的結(jié)構(gòu)

IPv4地址在網(wǎng)絡(luò)層提供了一種統(tǒng)一的地址格式，在統(tǒng)一管理下進(jìn)行分配，保證每一個(gè)地址對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)上的一臺(tái)主機(jī)，屏蔽了MAC地址之間的差異，保證網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。根據(jù)TCP/IPv4協(xié)議的規(guī)定，IPv4地址由32位二進(jìn)制數(shù)組成，而且在網(wǎng)絡(luò)上是唯一的。例如，某臺(tái)計(jì)算機(jī)的IPv4地址為：11001010011001101000011001000100。很明顯，這些數(shù)字對(duì)于人來(lái)說(shuō)不太好記憶。人們?yōu)榱朔奖阌洃洠蛯⒔M成IPv4地址的32位二進(jìn)制數(shù)分成四段，每段8位，中間用小數(shù)點(diǎn)隔開(kāi)，然后將每八位二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，這樣上述計(jì)算機(jī)的IPv4地址就變成了：8。顯然這里每一個(gè)十進(jìn)制數(shù)不會(huì)超過(guò)255。4.1.1

IPv4地址的結(jié)構(gòu)和分類(lèi)2.IPv4地址的分類(lèi)

IPv4地址也可以分成兩部分，一部分用以標(biāo)明具體的網(wǎng)絡(luò)段，即網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)（net-id）；另一部分用以標(biāo)明具體的主機(jī)，即主機(jī)標(biāo)識(shí)（host-id）。同一個(gè)網(wǎng)段上的所有主機(jī)都使用相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)，網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)主機(jī)都有一個(gè)主機(jī)標(biāo)識(shí)與其對(duì)應(yīng)。由于網(wǎng)絡(luò)中包含的主機(jī)數(shù)量不同，于是人們根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小，把IPv4地址的32位地址信息設(shè)成五種定位的劃分方式，分別對(duì)應(yīng)為A類(lèi)、B類(lèi)、C類(lèi)、D類(lèi)、E類(lèi)地址。4.1.1

IPv4地址的結(jié)構(gòu)和分類(lèi)4.1.2特殊的IPv4地址1.特殊用途的IPv4地址4.1.2特殊的IPv4地址2.私有IPv4地址私有IPv4地址是和公有IPv4地址相對(duì)的，是只能在局域網(wǎng)中使用的IPv4地址，當(dāng)局域網(wǎng)通過(guò)路由設(shè)備與廣域網(wǎng)連接時(shí)，路由設(shè)備會(huì)自動(dòng)將該地址段的信號(hào)隔離在局域網(wǎng)內(nèi)部，而不會(huì)將其路由到公有網(wǎng)絡(luò)中，所以即使在兩個(gè)局域網(wǎng)中使用相同的私有IPv4地址，彼此之間也不會(huì)發(fā)生沖突。當(dāng)然，使用私有IPv4地址的計(jì)算機(jī)也可以通過(guò)局域網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)Internet，不過(guò)需要借助地址映射或代理服務(wù)器才能完成。4.1.2特殊的IPv4地址（1）/8

/8私有網(wǎng)絡(luò)是A類(lèi)網(wǎng)絡(luò)，24位可分配的地址空間（24位主機(jī)標(biāo)識(shí)），允許的有效地址范圍從

至54。（2）/12

/12私有網(wǎng)絡(luò)可以被認(rèn)為是B類(lèi)網(wǎng)絡(luò)，20位可分配的地址空間（20位主機(jī)標(biāo)識(shí)），允許的有效地址范圍從

至54。（3）/16

/16私有網(wǎng)絡(luò)可以被認(rèn)為是C類(lèi)網(wǎng)絡(luò)，16位可分配的地址空間（16位主機(jī)標(biāo)識(shí)），允許的有效地址范圍從

至54。4.1.3子網(wǎng)掩碼1.子網(wǎng)掩碼的作用通常在設(shè)置IPv4地址的時(shí)候，必須同時(shí)設(shè)置子網(wǎng)掩碼，子網(wǎng)掩碼不能單獨(dú)存在，它必須結(jié)合IPv4地址一起使用。子網(wǎng)掩碼只有一個(gè)作用，就是將某個(gè)IPv4地址劃分成網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)和主機(jī)標(biāo)識(shí)兩部分。這對(duì)于采用TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)非常重要，只有通過(guò)子網(wǎng)掩碼，才能表明一臺(tái)主機(jī)所在的網(wǎng)段（廣播域）與其他網(wǎng)段的關(guān)系，使網(wǎng)絡(luò)正常工作。4.1.3子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼是用來(lái)判斷任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的IPv4地址是否屬于同一網(wǎng)段（廣播域）的根據(jù)。最為簡(jiǎn)單的理解就是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)各自的IPv4地址與子網(wǎng)掩碼進(jìn)行AND運(yùn)算后，如果得出的結(jié)果是相同的，則說(shuō)明這兩臺(tái)計(jì)算機(jī)是處于同一個(gè)網(wǎng)段的，可以直接進(jìn)行通信。4.1.3子網(wǎng)掩碼2.劃分子網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的IPv4地址分為兩極結(jié)構(gòu)，即每個(gè)IPv4地址都分為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)和主機(jī)標(biāo)識(shí)兩部分，但這種結(jié)構(gòu)在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中存在著以下不足：

IPv4地址空間的利用率有時(shí)很低，如某網(wǎng)段有10臺(tái)主機(jī)，要分配IPv4地址，必須選擇C類(lèi)的地址，而一個(gè)C類(lèi)地址段一共有254個(gè)可以分配的IPv4地址，這樣有244個(gè)地址就被浪費(fèi)掉了。給每一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)會(huì)使路由表變得太大，影響網(wǎng)絡(luò)性能。兩級(jí)的IPv4地址不夠靈活，很難針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)需求進(jìn)行規(guī)劃和管理。4.1.3子網(wǎng)掩碼解決這些問(wèn)題的辦法是，在IPv4地址中就增加了一個(gè)“子網(wǎng)標(biāo)識(shí)字段”，使兩級(jí)的IPv4地址變成三級(jí)的IPv4地址。這種做法叫做劃分子網(wǎng)，或子網(wǎng)尋址或子網(wǎng)路由選擇。也可以使用下面的等式來(lái)表示三級(jí)IPv4地址：

IPv4地址::={<網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)>,<子網(wǎng)標(biāo)識(shí)>,<主機(jī)標(biāo)識(shí)>}。4.1.3子網(wǎng)掩碼下面通過(guò)一個(gè)B類(lèi)地址子網(wǎng)劃分的實(shí)例來(lái)說(shuō)明劃分子網(wǎng)的方法。例如某區(qū)域網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)到了B類(lèi)地址如/16，該地址中的前16位是固定的，后16位可供用戶(hù)自己支配。網(wǎng)絡(luò)管理員可以將這16位分成兩部分，一部分作為子網(wǎng)標(biāo)識(shí)，另一部分作為主機(jī)標(biāo)識(shí)，作為子網(wǎng)標(biāo)識(shí)的位數(shù)可以從1到14，如果子網(wǎng)標(biāo)識(shí)的位數(shù)為m，則該網(wǎng)絡(luò)一共可以劃分為2m個(gè)子網(wǎng)，與之對(duì)應(yīng)主機(jī)標(biāo)識(shí)的位數(shù)為16－m，每個(gè)子網(wǎng)中可以容納216-m－2個(gè)主機(jī)（注意主機(jī)標(biāo)識(shí)不能全為“1”，也不能全為“0”）。表4-3列出了B類(lèi)地址的子網(wǎng)劃分選擇。4.1.3子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)標(biāo)識(shí)的位數(shù)子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)數(shù)主機(jī)數(shù)/子網(wǎng)123276624163823881904164094532204666410227128510825625492851212610921024621124204830124040961413488192614521638224.1.4

IPv4地址的分配方法1.靜態(tài)分配IPv4地址靜態(tài)分配IPv4地址就是將IPv4地址及相關(guān)信息設(shè)置到每臺(tái)計(jì)算機(jī)和相關(guān)設(shè)備中，計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備在每次啟動(dòng)時(shí)從自己的存儲(chǔ)設(shè)備獲得的IPv4地址及相關(guān)信息始終不變。2.使用DHCP分配IPv4地址

DHCP（DynamicHostConfigurationProtocol，動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議）專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于使客戶(hù)機(jī)可以從服務(wù)器接收IPv4地址及相關(guān)信息。DHCP采用客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器模式，網(wǎng)絡(luò)中有一臺(tái)DHCP服務(wù)器，每個(gè)客戶(hù)機(jī)選擇“自動(dòng)獲得IPv4地址”，就可以得到DHCP提供的IPv4地址。通?？蛻?hù)機(jī)與DHCP服務(wù)器要在同一個(gè)廣播域中。要實(shí)現(xiàn)DHCP服務(wù)，必須分別完成DHCP服務(wù)器和客戶(hù)機(jī)的設(shè)置。4.1.4

IPv4地址的分配方法3.自動(dòng)專(zhuān)用尋址如果網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有DHCP服務(wù)器，但是客戶(hù)機(jī)還選擇了“自動(dòng)獲得IPv4地址”，那么操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)為客戶(hù)機(jī)分配一個(gè)IPv4地址，該地址為/16（地址范圍至55）中的一個(gè)地址。【任務(wù)實(shí)施】

在圖4-3所示的網(wǎng)絡(luò)中，公司總部的PC通過(guò)交換機(jī)連接到路由器R1的快速以太網(wǎng)接口F0/0，分支機(jī)構(gòu)的PC通過(guò)交換機(jī)連接到路由器R2的快速以太網(wǎng)接口F0/0，路由器R1、R2通過(guò)各自的串行接口S1/0直接相連。請(qǐng)根據(jù)實(shí)際需求，為該網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)設(shè)備規(guī)劃與分配IPv4地址?！救蝿?wù)實(shí)施】

實(shí)訓(xùn)1無(wú)子網(wǎng)的IPv4地址分配實(shí)訓(xùn)2用子網(wǎng)掩碼劃分子網(wǎng)實(shí)訓(xùn)3使用VLSM細(xì)分子網(wǎng)任務(wù)4.2設(shè)置IPv6地址【任務(wù)目的】（1）了解IPv6的特點(diǎn)；（2）了解IPv6地址表示方法和類(lèi)型；（3）了解IPv6地址的配置方法?！竟ぷ鳝h(huán)境與條件】

（1）安裝好Windows操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)；（2）能夠正常運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（也可使用CiscoPacketTracer網(wǎng)絡(luò)模擬和建模工具）。4.2.1

IPv6的新特性 巨大的地址空間 數(shù)據(jù)處理效率提高 良好的擴(kuò)展性 路由選擇效率提高 支持自動(dòng)配置和即插即用 更好的服務(wù)質(zhì)量 內(nèi)在的安全機(jī)制 全新的鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議 增強(qiáng)了對(duì)移動(dòng)IP的支持 增強(qiáng)的組播支持4.2.2

IPv6地址的表示 1.IPv6地址的文本格式

IPv6地址的長(zhǎng)度是128位，可以使用以下3種格式將其表示為文本字符串。（1）冒號(hào)十六進(jìn)制格式。這是IPv6地址的首選格式，格式為n:n:n:n:n:n:n:n。每個(gè)n由4位十六進(jìn)制數(shù)組成，對(duì)應(yīng)16位二進(jìn)制數(shù)。例如：3FFE:FFFF:7654:FEDA:1245:0098:3210:0002。4.2.2

IPv6地址的表示（2）壓縮格式在IPv6地址的冒號(hào)十六進(jìn)制格式中，常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)段內(nèi)的各位全為0的情況，為了簡(jiǎn)化對(duì)這些地址的寫(xiě)入，可以使用壓縮格式。在壓縮格式中，一個(gè)或多個(gè)各位全為0的段可以用雙冒號(hào)符號(hào)（::）表示。此符號(hào)只能在地址中出現(xiàn)一次。例如，未指定地址0:0:0:0:0:0:0:0的壓縮形式為::；環(huán)回地址0:0:0:0:0:0:0:1的壓縮形式為::1；單播地址3FFE:FFFF:0:0:8:800:20C4:0的壓縮形式為3FFE:FFFF::8:800:20C4:0。4.2.2

IPv6地址的表示（3）內(nèi)嵌IPv4地址的格式這種格式組合了IPv4和IPv6地址，是IPv4向IPv6過(guò)渡過(guò)程中使用的一種特殊表示方法。具體地址格式為n:n:n:n:n:n:d.d.d.d，其中每個(gè)n由4位十六進(jìn)制數(shù)組成，對(duì)應(yīng)16位二進(jìn)制數(shù)；每個(gè)d都表示IPv4地址的十進(jìn)制值，對(duì)應(yīng)8位二進(jìn)制數(shù)。4.2.2

IPv6地址的表示2.IPv6地址前綴

IPv6中的地址前綴（FormatPrefix，F(xiàn)P）類(lèi)似于IPv4中的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)。IPv6前綴通常用來(lái)作為路由和子網(wǎng)的標(biāo)識(shí)，但在某些情況下僅僅用來(lái)表示IPv6地址的類(lèi)型，例如IPv6地址前綴“FE80::”表示該地址是一個(gè)鏈路本地地址。在IPv6地址表示中，表示地址前綴的方法是用“IPv6地址/前綴長(zhǎng)度”來(lái)表示，例如，若某IPv6地址為3FFE:FFFF:0:CD30:0:0:0:5/64，則該地址的前綴是3FFE:FFFF:0:CD30。4.2.2

IPv6地址的表示3.URL中的IPv6地址表示在IPv4中，對(duì)于一個(gè)URL，當(dāng)需要使用IP地址加端口號(hào)的方式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)資源時(shí)，可以采用形如“3:8080/cn/index.asp”的表示形式。由于IPv6地址中含有“:”，因此為了避免歧義，當(dāng)URL中含有IPv6地址時(shí)應(yīng)使用“[]”將其包含起來(lái)，表示形式為“http://[2000:1::1234:EF]:8080/cn/index.asp”。4.2.3

IPv6地址的類(lèi)型1.單播地址單播地址是只能分配給一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的一個(gè)接口的地址，也就是說(shuō)尋址到單播地址的數(shù)據(jù)包最終會(huì)被發(fā)送到唯一的接口。和IPv4單播地址類(lèi)似，IPv6單播地址通?？煞譃樽泳W(wǎng)前綴和接口標(biāo)識(shí)兩部分，子網(wǎng)前綴用于表示接口所屬的網(wǎng)段，接口標(biāo)識(shí)用以區(qū)分連接在同一鏈路的不同接口。（1）可聚合全球單播地址可聚合全球單播地址類(lèi)似于IPv4中可以應(yīng)用于Internet的公有地址，該類(lèi)地址由IANA（互聯(lián)網(wǎng)地址分配機(jī)構(gòu)）統(tǒng)一分配，可以在Internet中使用。4.2.3

IPv6地址的類(lèi)型（2）鏈路本地地址當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)啟用IPv6協(xié)議時(shí)，該節(jié)點(diǎn)的每個(gè)接口會(huì)自動(dòng)配置一個(gè)鏈路本地地址。這種機(jī)制可以使得連接到同一鏈路的IPv6節(jié)點(diǎn)不需要做任何配置就可以通信。鏈路本地地址使用了特定的鏈路本地前綴FE80::/64，其接口ID的長(zhǎng)度為固定64位。4.2.3

IPv6地址的類(lèi)型（3）站點(diǎn)本地地址站點(diǎn)本地地址是另一種應(yīng)用范圍受到限制的地址，只能在一個(gè)站點(diǎn)（由某些鏈路組成的網(wǎng)絡(luò)）內(nèi)使用。站點(diǎn)本地地址類(lèi)似于IPv4中的私有地址，任何沒(méi)有申請(qǐng)到可聚合全球單播地址的機(jī)構(gòu)都可以使用站點(diǎn)本地地址。（4）唯一本地地址為了替代站點(diǎn)本地地址的功能，又使這樣的地址具有唯一性，避免產(chǎn)生像IPv4私有地址泄漏到公網(wǎng)而造成的問(wèn)題，4.2.3

IPv6地址的類(lèi)型（5）特殊地址特殊地址主要包括未指定地址和環(huán)回地址。未指定地址：該地址為0:0:0:0:0:0:0:0（::），主要用來(lái)表示某個(gè)地址不可用，主要在數(shù)據(jù)包未指定源地址時(shí)使用，該地址不能用于目的地址。環(huán)回地址：該地址為0:0:0:0:0:0:0:1（::1），與IPv4地址中的的功能相同，只在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部有效。4