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第 6 章 Internet 网际层

第 6 章 Internet 网际层. 2005 年 8 月 计算机系网络教研室 田华. （ 1 ） IP 地址 了解： IP 地址作用 IP 地址长度、表示方法、分类 特殊和保留 IP 地址 ARP 、 RARP 协议 掌握： arp 命令的使用. （ 2 ） IP 地址分配 了解： IP 地址的申请与管理 动态 IP 地址分配 VLSM 、 CIDR 掌握： IP 地址分配方法 子网划分方法. 学习目标. 1 ． IP 地址与 ARP. TCP/IP 体系结构. 应用层. TELNET. FTP. HTTP. DNS. STMP.

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第 6 章 Internet 网际层

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  1. 第6章Internet网际层 2005年8月 计算机系网络教研室 田华

  2. （1）IP地址 了解： IP地址作用 IP地址长度、表示方法、分类 特殊和保留IP地址 ARP、RARP协议 掌握： arp命令的使用 （2）IP地址分配 了解： IP地址的申请与管理 动态IP地址分配 VLSM、CIDR 掌握： IP地址分配方法 子网划分方法 学习目标 1．IP地址与ARP

  3. TCP/IP体系结构 应用层 TELNET FTP HTTP DNS STMP POP3 SNMP … TCP/UDP 传输层 IP ICMP 网际层 ARP RARP Ethernet Token ring … 网络接口层

  4. IP地址的作用 • 屏蔽低层其他各种不同地址编制方式，将地址统一起来，便于网络上寻址的实现。 • IP地址指定的不是一个计算机，而是计算机到网络上的一个通信连接。 • 因此一台计算机可以配有多个IP地址

  5. IP地址的长度 • IPv4 • 地址长度：32bit • IPv6 • 地址长度：128bit

  6. IP地址的组成 • IP地址的层次结构 • IP地址的分类 • IP地址的表示方法

  7. 互联网的层次结构 互联网 网络1 网络2 网络3 网络n 主机 主机 主机 主机 主机 主机 主机 主机

  8. IP地址的层次结构 网络号 主机号 • IP地址：网络号+主机号 • 网络号 • 互联网中的一个特定网络 • 在一个网络中的所有主机，其IP地址的网络号部分相同。 • 主机号 • 网络中主机的一个特定连接。 • IP地址的修改 • 网络改变，IP地址要修改

  9. IPv4地址表示法 • 32 bit 二进制 • 点分十进制表示法 • 32bit -> 4字节（每个字节8bit） • 每字节8bit 二进制-> 十进制0—255 • 字节间用“.”分割

  10. 二-十进制转换

  11. IP地址练习 • 下列哪些是IPv4地址 • 1.0.0.1 • 2.256.123.4 • 129.0.0.0 • 233.125.0.9

  12. IP地址的分类 IP地址国际标准 • IP地址分类的原因 • 网络规模不同 • IP地址总长度固定，网络号和主机号如何划分长度固定的地址资源，有不同方法。 • IP地址的分类 • 按网络号和主机号所占地址长度不同分为不同5类

  13. 5类IP范围

  14. IP地址分类计算

  15. 网络地址 网络地址 主机地址 主机地址 网络地址 网络地址 网络地址 主机地址 IP地址的范围 网络地址 主机地址 主机地址 主机地址 • A类地址 • 0nnnnnnn.hhhhhhhh.hhhhhhhh.hhhhhhhh • B类地址 • 10nnnnnn. nnnnnnnn. hhhhhhhh.hhhhhhhh • C类地址 • 110nnnnn. nnnnnnnn. nnnnnnnn .hhhhhhhh • D类地址--多播地址 • 1110 • E类地址 • 1111

  16. 3类 IP

  17. 3类主要的IP地址 • A类地址： 1.H.H.H~126. H.H.H • B类地址：128.1.H.H~191.254.H.H • C类地址：192.0.1.H~223.255.254.H

  18. IP地址分类练习 • 下列IP地址分别为哪类IP？其网络号分别为多少？ • 1.0.0.1 • 0.0.1.255 • 127.0.0.1 • 128.1.0.24 • 191.234.2.2 • 192.1.0.0 • 202.207.124.3 • 233.2.2.2

  19. 当前主机 0.0.0.0 网络地址 网络号+全“0”主机号 202.207.125.0 网络号为全“0”，表示本地网络 0.0.0.h 广播地址 直接广播地址 网络号+全“1”的主机号 N.N.255.255 目的网络广播 有限广播地址 全“1”的网络号+全“1”的主机号 255.255.255.255 本网广播 回送地址 127.0.0.0 特殊IP地址

  20. 特殊IP地址

  21. IP地址练习 • 下列哪些地址一般不会出现在Internet 上的IP数据报的目的地址中？哪些可以出现在内部网络IP数据报的目的地址中？ • 0.0.234.1 • 255.255.255.255 • 0.0.0.0 • 127.0.1.1

  22. 私有地址 • 解决IP地址不足的方法 • 利用专用网的地址分配方案（RFC1918) • 全局IP地址：用于因特网 • 专用(私有)IP地址：仅用于组织的专用网内部 • 公共主机和本地主机可以共存于同一网络和进行互访 • 大多数路由器不转发携带本地IP地址的分组 • 本地主机必须经网络地址迁移服务器（NAT或代理服务器）才能访问因特网 • 私有IP地址 • 10.0.0.0--10.255.255.255.255 • 172.16.0.0--172.31.255.255 • 192.168.0.0--192.168.255.255

  23. IP地址练习 • 下列哪些为可分配给连接到Internet上主机的IP地址？哪些可分配给内网主机使用？ • 192.0.0.0 • 1.255.255.255 • 10.2.0.1 • 127.0.1.1 • 172.16.1.1 • 192.168.0.1 • 224.0.0.1 • 0.1.1.1 • 128.0.0.1 • 191.255.254.123

  24. IP地址的转换—ARP • 如何实现： 硬件地址（网卡上集成的MAC地址）和逻辑地址（IP地址）的对应？ • ARP协议（地址解析协议） • Address Resolution Protocol • RFC0826 • An Ethernet Address Resolution Protocol or Converting Network Protocol Addresses to 48.bit Ethernet Address for Transmission on Ethernet Hardware • 通过广播发送ARP解析请求，获取目标主机的MAC地址。

  25. 用于IP到以太网地址转换的ARP/RARP报文格式 硬件类型 1=Ethernet 协议类型 0X0800=IP 硬件长度 6(对于Ethernet) 协议长度 4(对于IP) 操作 1=ARP请求 2=ARP回复 发送方硬件地址8位组0-3 发送方硬件地址8位组4-5 发送方IP地址8位组0-1 发送方IP地址8位组2-3 目标硬件地址8位组0-1 目标硬件地址8位组2-5

  26. 路由器 路由器 文件服务器 ARP解析过程—局域网内部 202.207.124.1 00-90-4B-0A-8A-83 60.10.124.1 02-00-4C-4F-4F-50 集线器 集线器 202.207.124.216 00-02-3F-BE-3F-6D Host A Host B 60.10.124.3 02-00-4C-3F-4F-80 202.207.124.218 00-02-3F-AE-0F-6D • A->文件服务器 • A发送ARP请求包，目的IP地址为202.207.124.126，目的MAC地址FF.FF.FF.FF.FF.FF • 广播域中所有其它主机将收到ARP报文中A的MAC和A的IP对应关系记入本机ARP缓存。 • 然后对比目的IP地址，如果发现是对自己IP的请求，则发送响应包，在源地址中填上自己的MAC地址，目的地址填上A的MAC地址。

  27. 路由器 路由器 文件服务器 ARP解析过程—远程网络主机 202.207.124.1 00-90-4B-0A-8A-83 60.10.124.1 02-00-4C-4F-4F-50 集线器 集线器 202.207.124.216 00-02-3F-BE-3F-6D Host A Host B 60.10.124.3 02-00-4C-3F-4F-80 202.207.124.218 00-02-3F-AE-0F-6D • A->B • A准备发送信息给B，发现B和自己不在一个网段上，则将信息发送给本机所配默认网关。 • 如果不知道默认网关的MAC，则采用和本地网络同样的方法，发送ARP请求报文。 • 路由器收到解析请求，则将自己的MAC地址返回主机A。 • 在对端，路由器收到数据报后，同样要根据IP地址查找对应的主机B。

  28. 监听软件截获的windows启动网络连接时使用arp查询IP地址的包监听软件截获的windows启动网络连接时使用arp查询IP地址的包

  29. RARP-反向地址解析协议 • 将MAC地址绑定到IP地址。 • 发送数据的源设备（主机或者网络设备）知道自己的MAC地址，可是不知道自己的IP地址。 • 源设备发送RARP请求：目的MAC为全1，源MAC为自己的MAC。 • 网络上的RARP服务器接收到该请求，从映射表中查出该设备的IP地址，然后将该IP写入RARP响应分组返回。

  30. 自举协议（BOOTP）动态获得IP • 功能：可以获得IP，还可以获得默认网关地址等信息。 • 实现原理： • 每个工作站，在网卡上安装有一个保存着一段BOOTP程序的ROM芯片。 • BOOTP服务器中为每个工作站保留一份配置文件，该配置文件中保留有IP地址和MAC地址的对应关系。 • 当工作站加电启动时，会先运行该芯片中的程序，向提供BOOTP服务的服务器发送请求。请求分组的目的IP=255.255.255.255。 • BOOTP服务器收到请求后，发回一个广播。 • 工作站收到数据帧后，如果发现目的mac为自己的mac，目的IP为广播IP，则存储该回应中的IP（该IP保存在高层数据报中）。

  31. 动态主机配置协议（DHCP）动态获得IP • Dynamic Host Configuration Protocol • DHCP服务器不使用配置文件，而是动态分配IP • 操作步骤类似于BOOTP

  32. IP地址分配与管理 • IP地址的申请与管理 • 全球IP地址管理：ICANN • 亚洲IP地址管理：APNIC • 我国IP地址管理：CNNIC

  33. ICANN

  34. APNIC

  35. CNNIC

  36. 我校校园网IP地址 • 8个C • 202.207.120.0 ---- 202.207.127.0 • 可用IP地址：？ • 254 * 8 = 2032

  37. IP地址分配问题 • IP地址按类A/B/C规定整段分配 • A类：16777214个 • B类：65534个 • C类：254个 • 如果单位含有4个部门，而每个部门主机数不超过40台，按照传统IP分类，则需要4个C

  38. 子网划分 • 子网编址的原因 • IP地址资源不足 • 标准IP地址分类，网络规模大，在小规模网络当中使用时造成了IP地址的浪费 • 子网编址方法 网络号 主机号 标准IP 10. 0. 0. 0 网络号 子网号 主机号 子网IP 10. 1. 0. 0 10. 2. 0. 0

  39. 子网编址方法 • 零号子网 • 由于： • 202.207.125.0为标准C类IP地址202.207.125.h的网络地址。 • 202.207.125.255为标准C类IP地址202.207.125.h的广播地址。 • 为了和标准IP兼容 • 子网号为“000”，即202.207.125.0--202.207.125.31这部分地址空出。这部分在路由器当中被称为“零号子网”，在有些路由器中通过配置也可以被利用。

  40. 子网表示法 • 标准IP地址区分网络号和主机号的方法： • 有类地址：通过IP地址头几位的数值区分网络号和主机号，这种地址使用方式称为有类地址。 • 1.0.0.1 • 203.0.0.1 • 196.0.0.1 • 无类地址：classless，打破ABC3类地址规定，不再通过IP头几位区分网络号和主机号。 • 子网编址后区分网络号和主机号的方法： • 子网掩码：与IP地址的网络号和子网号对应的位用“1”表示；与IP地址的主机号对应的位用“0”表示

  41. 子网掩码计算举例 • 255.255.255.0 • 255.255.255.128 • 255.255.255.224 • 255.128.0.0

  42. A类地址划分子网举例 • 已知某公司获得一个A类IP地址121.0.0.0。该公司至少需要1000个子网组成。 传统A类子网掩码：255.0.0.0 1111 1111. 0000 0000. 0000 0000. 0000 0000 1000个子网=210，=>需要10bit表示子网号 划分子网后子网掩码：255.255.192.0 1111 1111. 1111 1111. 1100 0000. 0000 0000

  43. 子网划分后每个子网的地址 A类地址划分子网举例

  44. B类子网划分举例 • 一个校园网获得一个B类地址：156.26.0.0，该校园网由近210个子网组成。 传统B类子网掩码：255.255.0.0 1111 1111. 1111 1111. 0000 0000. 0000 0000 210个子网<28，=>需要8bit表示子网号 划分子网后子网掩码：255.255.192.0 1111 1111. 1111 1111. 1111 1111. 0000 0000

  45. 子网划分后每个子网的地址 B类地址划分子网举例

  46. C类子网划分举例 • 1个机关网管获得1个C，该机关网络由5个网络组成 传统C类子网掩码：255.255.255.0 1111 1111. 1111 1111. 0000 0000. 0000 0000 5个子网<23，=>需要3bit表示子网号 划分子网后子网掩码：255.255.255.224 1111 1111. 1111 1111. 1111 1111. 1110 0000

  47. 子网划分后每个子网的地址 C类地址划分子网举例

  48. 子网编址方法 • 子网网络地址： • 202.207.125.0划分6个子网

  49. 如何根据主机的IP地址判断是否属于同一个子网如何根据主机的IP地址判断是否属于同一个子网 • 主机1 ：156.26.27.71 • 主机2 ：156.26.27.110 • 子网掩码：255.255.255.192 • 用掩码按位相与计算主机1的网络号和子网号

  50. 子网掩码计算技巧 • 以C类掩码计算为例： • 如果需要3bit子网号，则剩余5bit为网络内主机号。 1111 1111. 1111 1111. 1111 1111. 1110 0000 以 256 – 25 =224， 即：1 0000 0000 - 0010 0000 0 0001 1111 即可得出最后一段子网掩码值

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