ip和子网掩码相关知识.ppt

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1、ip地址和子网掩码相关知识,IP地址与子网掩码,图2-1-1 不同的层使用不同的名字,IP地址的格式,图2-1-2 IP地址的格式,数制之间的转换,二进制-十进制 十进制-二进制 数制之类的运算（与、或、非） 进制表请查看附带的WORD文档 注：可使用windows的计算器进行转换,IP地址的种类,32比特的IP地址被划分为两个部分： 网络号（Network ID，NID 主机号（Host ID，HID） IPv4定义了5类IP地址，即： A、B、C、D、E类地址。,1A类,图2-1-3 A类地址 可以用于分配的A类IP地址范围： 1.x.y.z126.x.y.z，其中x、y、z的各个二进制位

2、不能全为0或全为1。,2B类,图2-1-4 B类地址 可以用于分配的B类IP地址范围： 128.0.y.z191.255.y.z，其中y、z的各个二进制位不能全为0或全为1。,3C类,图2-1-5 C类地址 可以用于分配的C类IP地址范围： 192.0.0.z223.255.255.z，其中z的各个二进制位不能全为0或全为1。,4D类,图2-1-6 D类地址 D类地址主要用于多播（multi-casting）,5E类,图2-1-7 E类地址 E类地址被保留作为实验用,6其他,第1个位域的取值范围在248254之间的IP地址保留不用。,私有地址(RFC1918),A类:10.0.0.0至10.2

3、55.255.255 B类:172.16.0.0至172.31.255.255 C类:192.168.0.0至192.168.255.255,IP网络中主机数的计算方法,2N-2,公式:,“N”代表主机位数 主机位全“0”表示网络编号 主机位全“1”表示该网络中的广播,216-2=65534,172.16.0.0,172.16.0.1,172.16.0.2,172.16.0.3,.,172.16.255.253,172.16.255.254,B类网络可容纳的主机数量,IP地址的分配注意事项,网络号不能为127（127是被保护的与码，是本机IP地址测试回路） 主机号不能全为0或255（网络号或广

4、播地址） 0.0.0.0（是default路由的目标位置）,子网掩码,1子网（subnetwork） 2子网掩码（subnetwork mask） IPv4规定了A类、B类、C类的标准子网掩码： A类：255.0.0.0 B类：255.255.0.0 C类：255.255.255.0,图2-1-10 子网掩码的应用-1（主机号=子网掩码的反码*IP地址）,图2-1-11 子网掩码的应用-2,VLSM,非标准子网划分 图2-2-1 非标准子网划分,1对C类网络进行非标准子网划分,图2-2-2 借用2比特的主机号来充当子网络号,图2-2-3 01子网计算过程,表 C类IP地址子网划分,2对B类网络

5、进行非标准子网划分,图2-2-4 借用2比特的主机号来充当子网络号,图2-2-5 01子网计算过程,表 B类IP地址子网划分,3对A类网络进行非标准子网划分,表2-2-3 A类IP地址子网划分,全0和全1网段,例，标准C类网络201.15.66.0划分成8个子网，采用了非标准子网掩码255.255.255.224。该子网掩码将C类网络201.15.66.0划分成如下8个子网（假设允许子网号全为0或1）。 子网1：网络号201.15.66.0，可以IP地址范围：201.15.66.1201.15.66.30，子网广播地址：201.15.66.31 (2的5次方-2) 子网8：网络号201.15.

6、66.224，可以IP地址范围：201.15.66.225201.15.66.254，子网广播地址：201.15.66.255。,专用地址空间,RFC 1918中定义了在企业网络内部使用的专用（私有）地址空间，如下： A类：10.0.0.0-10.255.255.255 B类：172.16.0.0-172.31.255.255 C类：192.168.0.0-192.168.255.255 LinkLocal网络地址空间：169.254.0.0169.254.255.255也属于专用内部地址。,VLSM和CIDR,1VLSM RFC 1878中定义了可变长子网掩码（Variable Length

7、 Subnet Mask，VLSM）。 VLSM规定了如何在一个进行了子网划分的网络中的不同部分使用不同的子网掩码。,图2-2-7 VLSM应用,2CIDR,无类域间路由（Classless Inter-Domain Routing，CIDR）在RFC 1517RFC 1520中都有描述。,图2-2-8 CIDR应用,IP地址,IP地址 为了能把多个物理网络在逻辑上抽象成一个互连网，IP协议为每台主机分配了一个唯一的32位地址，称为IP地址(记录在主机的硬盘中)。 IP地址不仅用来识别网络中的主机，而且隐含着网际间的路径信息。,IP地址与MAC地址,MAC地址是物理设备的接口地址，记录在网络设

8、备（网卡）的ROM中； IP地址是逻辑地址，记录在主机的硬盘中。 MAC地址是平面地址，仅用于标识设备，与网络无关；IP地址是层次地址，既包含网络标识，又包含主机标识。 MAC地址的分配是基于制造厂商；而IP地址的分配是基于网络拓扑。,IP地址,物理地址MAC 00-60-97-CO-9F-67 IP地址 166.111.3.19,物理地址MAC 00-3d-87-14-3a-d9 IP地址 166.111.4.1,物理地址MAC 00-0c-1b-00-5a-f6 IP地址 166.111.3.18,IP地址 166.111.3.97,IP地址的格式,IP 地址用来标识一个网络和与该网络连接

9、的一台主机。 实际上IP地址是分配给网卡的。一个IP地址表示一条网络连接。,XXX.XXX.XXX.XXX,166.111.4.118,网络标识号+主机标识号,Net-ID+Host-ID,IP地址的分类,Net-id,Host-id,A类,Net-id,Host-id,B类,Net-id,Host-id,C类,0,组播地址,D类,保留地址,E类,IP地址的分类及特征,特殊的IP地址,内部网络的保留地址,在ABC三类IP地址中，都保留了一些地址作为私有网络的虚拟IP地址： A类：10. 0. 0, 0 10.255.255.255 B类：172.16.0.0 172.31.255.255 C类

10、：192.168.0.0 192.168.255.255,IP地址的转换,IP地址的转换 无论网络层使用什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终必须使用硬件MAC地址，因此IP寻址要实现IP地址到硬件地址的转换。,ARP与RARP,TCP/IP internet layer,IP地址的转换,每台主机都有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。 从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，高层的用户对这种地址解析过程是不知道的。 当主机或路由器要和本网络上的另一个已知 IP 地址的主机或路由器进行通信时，ARP 协议会

11、自动地将该 IP 地址解析为链路层所需要的硬件地址。,地址解析协议ARP,ARP协议(Address Resolution Protocol)的功能： IP地址映射 Ethernet MAC地址 基本思想： 在本地高速缓存中建立一个动态的ARP映射表； 通过查表进行地址变换； 当查表失败时，向全网广播ARP查询分组； 目标节点自动响应； 源节点根据响应信息修改ARP表。,举例：子网内的ARP解析,当两台主机在同一网段上时，ARP协议的工作过程如下：,172.16.3.1,172.16.3.2,IP: 172.16.3.2 = ?,IP: 172.16.3.2 = Ethernet: 0800.

12、0020.1111,我需要172.16.3.2.的以太网地址。,请注意，这是我的以太网地址,代理ARP,如果目的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要以本网络上的某个路由器作为远程主机的代理，通过ARP找到该路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。 路由器在转发包时会改变帧的MAC地址，但不改变IP地址。,反向地址解析协议RARP,Reverse ARP协议的功能： 为Ethernet MAC地址分配一个IP地址。 基本思想： 网上至少有一台RARP服务器，其中维持着一个本网的IP地址分配表，包含IP地址与MAC地址的映射信息。 无盘站点启动时向全网

13、广播 RARP分组，以求获得一个IP地址； RARP服务器自动响应，为无盘站点分配IP地址； 无盘站点收到响应分组后，将IP地址记入内存。,举例：通过RARP获得IP地址,无盘站点通过MAC地址获得IP地址的过程如下：,Ethernet=0800.0020.1111 IP = ?,Ethernet=0800.0020.1111 IP=172.16.3.5,这是我的以太网地址，请给我一个IP地址？,请注意： 这是给你的IP地址：172.16.3.25.,ARP/RARP分组格式,ARP/RARP原本是为以太网制定的，但可推广到具有广播机制的其它网络。以下是基于以太网的TCP/IP网络上的ARP/

14、RARP分组格式。,IP分组交付和路由选择,IP分组交付和路由选择 一个TCP/IP网络通常由多个网络在网络层互连而成。连接这些网络的设备可能是专用的路由器，也可能是多宿主机。 TCP/IP网络中的计算机节点分为两类： 端节点仅有一条线路连接到一个网络。 路由节点有两条或两条以上的线路分别连接到多个网络。 在因特网中，认为路由节点是出网的关口，故称之为网关。 所谓路由选择就是为报文分组选择一条到达目标网络的输出路径。,分组交付的形式,直接交付 收发双方在同一IP网络内部无需其它路由器进行分组转发。源主机直接将IP数据报封装在物理帧内交付目的主机。 间接交付 收发双方位于不同的IP网络中时，源主

15、机必须通过至少一个路由器的转发才能将分组交付给目标主机。,直接交付和间接交付,A,B,C,直接交付不通过路由器 间接交付必须通过路由器,注意,路由器是对网络选择路由，而不是对主机选择路由； 路由器并不知道到达目标主机的完整路径，只知道要到达目标网络，下一跳应走哪一个路由器。 每个路由器中都维持着一组目标网络到下一跳路由器的映射表，称为路由表。,路由表,一个路由表是一组对偶 的集合。其中N为目标网络号，R为到达网络N的路径上的“下一个”路由器的入口的IP地址。 路由表中有以下三种类型的映射： 直接路由： 目标网与本路由器的某个端口直接连接，其对偶形为 ； 间接路由： 目标网与本路由器之间还间隔有

16、其它的路由器，其对偶形为 ； 缺省路由： 其它情形，对偶形为 。,IP地址的分配,IP地址的分配原则： 为同一网络内的所有主机分配相同的网络号和不同的主机号； 为不同网络内的所有主机分配不同的网络号。,静态路由表之例,R1的路由表,128.10.0.0,172.15.0.0,192. 68.15.0,8.1.1.2,8.1.1.1,128.10.1.1,128.10.1.9,192.68.15.1,172.15.1.1,R1,R2,R2的路由表,IP主机路选算法,IP协议在主机上执行的分组交付算法： 从IP数据报首部取出目标IP地址 D，计算目标网号N ； if N=本主机的IP网号 then

17、 将IP数据报封装成帧直接传给目标主机 else 将IP数据报封装成帧传给指定的路由器（缺省网关）。,IP路由器的路选算法,从IP数据报首部取出目标IP地址 D，计算目标网号N ； 根据N（D）查找路由表， 确定下一跳路由器入口的IP地址R； if R=“direct” then 将IP数据报封装成帧直接从相应端口发送给D else if 路由表中包含到达N的间接路由R then 将IP数据报封装成帧从相应端口传给指定的下一跳路由器 else if 路由表中包含“default”的缺省路由R then 将IP数据报封装成帧从缺省路由传给下一跳路由器 else 路选失败，报告目标主机不可到达 。

18、,子网划分和超级网络聚合,子网划分 为什么要进行子网划分？ IP地址被设计为由网络号和主机号构成的两级结构。它存在以下问题： IP地址空间的利用率不高 IP地址的分配不够灵活,子网和子网掩码,为了有效地利用IP地址空间，改善地址分配的灵活性，引入了三级地址结构的概念，将IP网络进一步划分为几个部分，每个部分就称为子网。 从一个IP地址中无法直接判断它所属的网络是否进行了子网的划分。 为了有效区分IP地址中的网络ID和主机ID，引入了子网掩码的概念。,掩码的形式与表示方法,掩码是一个32位的数，与网络ID（子网ID）对应的比特均为“1”，与主机ID对应的比特均为“0” 掩码的表示方法： 点分十进

19、制表示法：255.255.255.0 网络前缀表示法：/24,掩码将网络ID与主机ID分离,使用掩码(mask)可以找出IP地址中的网络部分及子网部分。,IP地址 (逻辑位与) 掩码,主机号 IP地址IP网号,自然掩码和无子网编址,掩码同样适用于未划分子网的A、B、C类IP地址。 我们把这三类未划分子网IP地址对应的掩码称为自然掩码或标准掩码 使用自然掩码，不对网段进行细分就称为无子网编址。如B类网段172.16.0.0，采用255.255.0.0作为掩码。,子网化的掩码,使用子网化的掩码可以从主机地址中析出一部分作为子网号，将网络细分为若干个逻辑子网，使IP地址从两极结构变为三级结构。,11

20、111111,对标准掩码增加相应数目的1就成为子网化的掩码。,掩码的作用,如果没有划分子网，掩码就从IP地址中的提取网络号； 如果进行了子网划分，掩码就从IP地址中提取子网号。 掩码的作用： 区分网络号和主机号 划分IP子网,子网的概念的解析,所谓子网就是在一个IP地址块上生成的逻辑网络，它用掩码从IP地址的主机部分析出一些字节作为子网的地址。,外部网络,172.16.0.0,标准掩码和子网化的掩码,标准的掩码 IP地址 网络号 A类：255. 0. 0. 0 28.12.2.9 28.0.0.0 B类：255.255. 0. 0 128.12.3.8 128.12.0.0 C类：255.25

21、5.255. 0 196.56.2.66 196.56.2.0 子网化的掩码 IP地址 网络号 A类：255.255. 0. 0 28.12.2.9 28.12.0.0 B类：255.255.255. 0 128.12.3.8 128.12.3.0 C类：255.255.255. 192 196.56.2.66 196.56.2.64,子网划分示例,例如：使用掩码255.255.255.224进一步划分IP网络202.112.10.0。,子网地址 主机的IP地址范围 202.112. 10. 32(00100000) 202.112. 10. 3362 202.112. 10. 64(0100

22、0000) 202.112. 10. 6594 202.112. 10. 96(01100000) 202.112. 10. 97126 202.112. 10.128(10000000) 202.112. 10. 129158 202.112. 10. 160(10100000) 202.112. 10. 161190 202.112. 10. 192(11000000) 202.112. 10. 193222,22411100000B 二进制数xxx有八种组合，去掉全0和全1的，剩下6种。,子网的计算方法,首先判断给定的IP地址的类别，然后结合给定的子网掩码求出主机地址位数n1和子网地址位

23、数n2；,计算有效子网数(2n2 -2) 和每个子网中的有效主机数(2n1 -2)；,11111111,C类子网的简便算法,计算第一个有效子网的Subnet-id1： 用256与子网掩码中最右端的非零十进制数相减，得到的商即为Subnet-id1，这也是一个子网中的IP地址总数。 计算子网中的有效主机地址： 子网中的第一台有效主机地址=Subnet-id1 +1； 该子网的广播地址= Subnet-id1 +S-1； 子网中的最后一台有效主机地址= Subnet-id1 +B-2,子网划分示例,给定C类网段201.222.5.0，假定需要20个子网，其中每个子网5台主机。 选择掩码为255.2

24、55.255.248，第一个子网ID为201.222.5.8，子网间距为8。,C类子网实例,常用的C类子网化掩码,子网位数 子网掩码 子网数 每一子网主机数 2 255.255.255.192 2 62 3 255.255.255.224 6 30 4 255.255.255.240 14 14 5 255.255.255.248 30 6 6 255.255.255.252 62 2 作业1：使用掩码255.255.224.0进一步划分B类网络168.112.0.0。 写出子网数、每一子网主机数 各子网网号、子网广播地址、子网中的主机地址范围,B类子网实例,可变长度的子网掩码（VLSM）,对

25、于不同的子网选择不同的掩码长度： VLSM (Variable Length Subnet Mask),作业2,给定一个IP网段地址202.11.10.0/24，将其划分后分配给图中的各个子网，其中LAN1和LAN2各需要10台PC机、LAN3和LAN4各需要56台PC机。为了尽量节约IP地址资源，请设计一个合理的地址分配方案（给出各子网的子网号和子网掩码），分配各端口的IP地址和子网掩码，写出RouterA和RouterB两个路由器的路由表。,S0,S0,E0,E1,RouterB,RouterA,LAN1,E1,LAN2,LAN3,Internet,S1:12.1.1.1,12.1.1.2

26、,E0,LAN4,划分子网的好处,更有效地利用地址空间 易于管理网络： 划分管理职责 减少网络拥塞 提供额外的安全性,8.3.2 超网 到上世纪90年代初，因特网面临三个必须尽早解决的问题： B类地址在1992年已分配了近一半，眼看就要在 1994 年 3 月全部分配完毕！ 因特网主干网上的路由表中的项目数急剧增长（从几千个增长到几万个）。 整个 IPv4 的地址空间最终将全部耗尽。 因此，在 VLSM 的基础上又进一步研究出无分类的编址方法，即： 无类域间路由 CIDR (Classless Inter-Domain Routing)。,无类域间路由CIDR,CIDR 消除了传统的 A 类、

27、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间。 CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。 CIDR 将网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR地址块”。 IP 地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。,CIDR消除了地址分类,CIDR的斜线记法,CIDR 使用“斜线记法”(slash notation)，即在IP地址后面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的比特数。 斜线记法中的数字就是掩码中1的个数。对于/20的地址块，它的掩码是20个连续的1。,内部网络的保留地址,CID

28、R在原A、B、C三类IP地址中确定了三个地址块作为内部私有网络的保留地址： A类：10. 0. 0.0 10.255.255.255 记为： 10. 0. 0.0 /8 B类：172.16.0.0 172.31.255.255 记为： 172.16.0.0/12 C类：192.168.0.0 192.168.255.255 记为： 192.168.0.0/16,一个 CIDR 地址块可以表示很多地址，将一系列连续的小的地址块聚合起来，构成一个具有共同的网络前缀的地址块，就称为构成超网(supernetting)。 这种地址块的聚合常称为路由聚合。 CIDR 虽然不使用子网了，但仍然使用“掩码”

29、这一名词（但不叫子网掩码）。,路由聚合(route aggregation),路由聚合示例,路由聚合使得路由表中原来的很多个分类地址的表项合并为一个表项，缩小了路由表的规模，增加了网络的可扩展性。,CIDR 地址块,CIDR 地址块中的地址数一定是 2 的整数次幂。 84.16.32.0/20 表示的地址块共有 212 个地址 （因为斜线后面的20是网络前缀的位数，所以主机号的位数是 12）。 这个地址块的起始地址是 84.16.32.0，结束地址是 84.16.47.255 。 全0和全1的主机地址一般不使用。,84.16.32.0/20 的地址范围,01010100 00010000 00

30、100000 00000000 01010100 00010000 00100000 00000001 01010100 00010000 00100000 00000010 01010100 00010000 00100000 00000011 01010100 00010000 00100000 00000100 01010100 00010000 00101111 11111011 01010100 00010000 00101111 11111100 01010100 00010000 00101111 11111101 01010100 00010000 00101111 11111

31、110 01010100 00010000 00101111 11111111,84 84,16 16,32 47,0 1 2 3 4 251 252 253 254 255,/20相当于掩码是：11111111 11111111 11110000 00000000 255 . 255 . 240 . 0,CIDR 记法的其他形式,可将点分十进制中低位连续的0省略，如： 10.0.0.0/10可简写为10/10 10.0.0.0/10 隐含地指出IP 地址10.0.0.0 的掩码是 255.192.0.0。此掩码的二进制表示为： 11111111 11 000000 00000000 0000

32、0000,可以将星号“*” 放在网络前缀比特序列之后代表主机号，如：00001010 00*表示网络前缀为00001010 00 的CIDR地址块。,掩码中有 10 个连续的 1,网络聚合与划分子网,网络前缀越短，地址块所包含的地址数就越多；反之网络前缀越长，地址块所包含的地址数就越少。 因此，网络聚合是使网络前缀变短，而划分子网是使网络前缀变长。 例如：前缀长度不超过 23 bit 的 CIDR 地址块都包含了多个 C 类地址。这些 C 类地址合起来就构成了超网。,常用的CIDR地址块,206.0.70.0/26 206.0.70.64/26 206.0.70.128/26 206.0.70

33、.192/26,206.0.71.0/26 206.0.71.64/26,206.0.71.128/26 206.0.71.192/26,CIDR 地址块划分举例,一系：512,二系：256,三系：128,四系：128,206.0.70.0/24,206.0.71.0/25,206.0.71.128/25,学院206.0.68.0/22,206.0.68.0/25 206.0.68.128/25 206.0.69.0/25 206.0.69.128/25,206.0.68.0/23,ISP：16384 64个C类网络,学院：1024,作业3,请对下列CIDR地址块进行最大可能的聚合: 211.

34、80.132.0/24 211.80.133.0/24 211.80.134.0/24 211.80.135.0/24 请说明以下两个地址块中，是否存在包含关系；若是请说明理由。 202.128/11和202.130.28/22,作业4,一个自治系统有5个局域网，其连接图如下所示，LAN2至LAN5上的主机数分别为：91、150、3和15，该自治系统分配到的IP地址块为30.138.118/23。问题： 为了使LAN1可获得的IP地址最多，请给出每一个局域网的地址块。 在此基础上分别写出三个路由器的路由表。,IPv6,在IPv6中，IP地址由十六个八位域，共128位二进制数组成，用点号每八位一分割。,