计算机网络规划与设计ip地址篇.docx
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计算机网络规划与设计ip地址篇
教案
课程名称：
计算机网络规划与设计
课程名称
计算机网络规划与设计（第8讲）
选用教材
《网络系统集成与工程设计》和《计算机网络》
授课对象
班级
0204341/0204342
人数33＋31
64
总学时
32
讲课学时
32
实验学时
0
时间：
2005-10-21
4.3.3IP地址分配
1．IP地址的作用
在基于TCP/IP协议的网络中，IP地址是用来分配给一个网络、一个LAN、一个VLAN、一台数据终端设备（如服务器、PC机以及机顶盒）的网络接口卡、路由器的一个端口等等的唯一标识。
IP地址长度为32bit，即4个字节，书写时以每个字节的十进制数中间加“.”构成。
例如：
192.168.0.44（读作“192点168点0点44”）。
由于每个字节的二进制值为0到255，所以192.168.290.5肯定是非法IP地址。
为了使得任何带路由选择能力的协议都能够提供高效路由，TCP/IP协议中把IP地址分为2个部分：
网络地址和主机地址。
左侧为网络地址，右侧为主机地址。
其中网络地址标识一个物理的网络，同一个网络上所有主机需要同一个网络号，该号在互联网中是唯一的；而主机地址用来确定网络中的一个工作站、服务器、路由器其它TCP/IP主机。
2．IP地址的类别
网络地址和主机地址的位数不是一成不变的。
网络的规模不同，小到十几个节点（如一个办公室），大到上万个节点（如CHINANET）。
为有效利用地址空间，IP地址被划分成A、B、C三类。
如图4.9和表4.4所示：
3．IP地址利用
看起来不易理解，其实很简单。
比如：
你的办公室有一个网络，202.99.160.0（注意：
这是一个C类地址，而且主机地址为空，说明是用来标识一个网络的）。
那么，你办公室的机器地址只能在202.99.160.1至202.99.160.255之间，否则便不能互通。
如果与你相邻建筑中的网络地址为16.10.165.0，如果你们之间要互通，就必须采用路由器来连接。
值得注意的是，IP地址不是与主机绑定，而是与主机上安装的网络接口卡绑定。
一台服务器可能有1-4块网卡，最多可分配4个IP地址。
（1）公有IP地址
IP地址在全球是唯一的。
网络地址是由Internet权力机构（InterNIC）统一分配的，目的是为了保证网络地址的全球唯一性。
主机地址是由各个网络的系统管理员分配。
因此，网络地址的唯一性与网络内主机地址的唯一性确保了IP地址的全球唯一性。
令人遗憾的是，由于当初的挥霍无度，绝大多数A、B类地址被美国和少数发达国家占有。
使得目前世界上IP地址资源已十分匮乏。
因此，在新的IPv6标准实施之前，国内绝大多数网络方案中均采用Intranet环境下的私有IP地址分配方式。
私有地址只能在内部网络中使用，只有通过代理服务器才能与Internet通信。
（2）私有IP地址
IP地址中专门保留了三个区域作为私有地址，其地址范围如下：
◆10.0.0.0/8：
10.0.0.0～10.255.255.255
◆172.16.0.0/12：
172.16.0.0～172.31.255.255
◆192.168.0.0/16：
192.168.0.0～192.168.255.255
使用私有地址的网络只能在内部进行通信，而不能与其他网络互连。
因为本网络中的保留地址同样也可能被其他网络使用，如果进行网络互连，那么寻找路由时就会因为地址的不唯一而出现问题。
但是这些使用保留地址的网络可以通过将本网络内的保留地址翻译转换成公共地址的方式实现与外部网络的互连。
这也是保证网络安全的重要方法之一。
IP地址分配指南
（3）保留IP地址
在分配网络地址和主机地址时，不能分配下述保留地址：
1全0（0.0.0.0）：
用来表示当前网络的当前主机
2主机位全0：
表示当前网络
3网络位全0：
表示当前网络的某一主机
4全1（255.255.255.255）：
有限广播（只对本网主机）
5主机位全1：
定向广播（对另一网络的所有主机）
6第一字节位127：
内部主机环状返回地址（即主机的环回地址）
4.3.4子网掩码和IP地址复用
1.子网和子网编址
子网编址（subnetaddressing）技术，又叫子网路由（subnetrouting），英文简称subnetting，是最广泛使用的IP网络地址复用方式，目前已经标准化，并成为IP地址模式的一部分。
我们一般把IP地址的网络地址和主机地址分别称为“互联网部分”和“本地部分”。
子网编址技术将本地部分进一步划分为“物理网络”部分和“主机”部分。
其中“物理网络”用于标识同一IP网络地址下的不同物理网络，即是“子网”。
2.子网掩码的书写规定
3.子网掩码的作用
（1）区分网络ID和主机ID
子网掩码与IP地址结合使用，可以区分出一个网络地址的网络地址和主机地址。
（2）划分子网
（3）IP地址和子网掩码的书写方法
方法一：
IP协议标准规定的子网掩码的书写方法：
每一个使用子网的网点都选择一个32位的位模式，若位模式中的某位置1，则对应IP地址中的某位为网络地址（包括互联网部分和物理网络地址）中的一位；若位模式中的某位置0，则对应IP地址中的某位为主机地址中的一位。
为了使用的方便，常常使用“点分整数表示法”来表示一个IP地址和子网掩码，一般，前面是连续的1；后边是连续的0，例如，为了使用的方便，常常使用“点分整数表示法”来表示一个IP地址和子网掩码，例如：
A类地址子网掩码255.0.0.0对应的二进制为“11111111.00000000.00000000.00000000”。
B类地址子网掩码（11111111111111111111111100000000）为：
255.255.0.0。
4.CIDR，ClasslessInternetDomainRouting：
不分类的网际路由
（1）使用CIDR的目的
网络更好地利用IP地址的空间，提出的一种网络ID的一种表示方法。
（2）CIDR下的子网掩码
1子网掩码组成：
由“前面多个连续的1，以及后面多个连续的0”组成。
2写法二：
写法为IP地址/子网掩码中1的个数。
3示例1：
标准IP地址和掩码的写法：
◆标准的A类地址可以表示为w.0.0.1/8~w.255.255.254/8
◆标准的B类地址可以表示为w.x.0.1/16~w.x.255.254/16
◆标准的C类地址可以表示为w.x.y.（1~254）/24
4示例2：
无分类的IP地址和掩码的写法：
◆131.1.130.68/18
网络IP地址为：
131.1.128.0（100000011.00000001.10000000.00000000）
主机IP地址为：
131.1.130.68，主机编号为2.68（1000001001000100）
◆200.200.200.129/26表示的：
网络IP地址为：
200.200.200.128
主机地址为：
200.200.200.129
主机编号为：
1。
（3）CIDR的应用
CIDR常用在路由器的路由表中，来表示子网掩码。
说明：
Windows2000中不支持这种表示方法。
（4）CIDR最主要的特点有两个：
◆CIDR消除了传统的A类、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，并且可以在新的IPv6使用之前容许因特网的规模继续增长。
◆CIDR将网络前缀都相同的连续的IP地址组成“CIDR地址块”。
表7-6给出了最常用的CIDR地址块。
表7-6常用的CIDR地址块
CIDR前缀长度
点分十进制
包含的地址数
包含的分类的网络数
/13
255.248.0.0
512K＝219
8个B类或2048个C类
/14
255.252.0.0
256K＝218
4个B类或1024个C类
/15
255.254.0.0
128K＝217
2个B类或512个C类
/16
255.255.0.0
64K＝216
1个B类或256个C类
/17
255.255.128.0
32K＝215
128个C类
/18
255.255.192.0
16K＝214
64个C类
/19
255.255.224.0
8K＝213
32个C类
/20
255.255.240.0
4K＝212
16个C类
/21
255.255.248.0
2K＝211
8个C类
/22
255.255.252.0
1K＝210
4个C类
/23
255.255.254.0
512＝29
2个C类
/24
255.255.255.0
256＝28
1个C类
/25
255.255.255.128
128＝27
1/2个C类
/26
255.255.255.192
64＝26
1/4个C类
/27
255.255.255.224
32＝25
1/8个C类
4.3.6IP路由技术路由器（Router）和路由表
1.路由器综述
（1）路由器（Router）
路由器是从一个物理网络向另一个物理网络之间转发数据包的设备。
IP路由器是从一个IP子网向另一个IP子网转发数据包的设备。
（2）OSI层：
路由器工作在OSI模型的第3层，即网络层。
（3）路由器是如何工作的？
在网络上，各个主机发送的数据包，通过网线传输到路由器上。
路由器能够读懂和检查第三层数据包的包头，第三层的包头中包含有目标网络的IP地址和源网卡的物理地址。
路由器读出目标主机的网络地址，根据目标网络的地址（不是MAC地址来转发数据）进行路径选择，并转发数据。
路由器转发分组的步骤是：
1先按所要找的IP地址（即目的IP地址）中的网络号net-id把目的网络找到。
2当分组到达目的网络后，再利用主机号host-id将数据报直接交付给目的主机。
3从IP地址的结构来看，IP地址并不只是一个主机的号，而是指出了连接到某个网络上的某个主机。
说明：
在主机或路由器中存放的IP地址都是32bit的二进制代码。
（4）任务：
路由器负责IP子网之间的数据包的转发。
（5）理论上的作用：
在决定路由时，IP协议查询位于内存中的路由表。
路由器接收来自各个网络入口的分组，并依据网络标识把分组从相应的端口转发出去。
即路由器根据所收到信息包上的目的地址选择一个合适的路径，通过某个网络将数据包传送到下一个路由器。
路径上的最后一个路由器将数据包交给目的主机。
（6）路由器在实际中的功能
◆网络互连：
支持各种广域网和局域网接口，因此主要用于连接WAN和LAN。
◆数据处理：
提供分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等处理功能。
◆网络管理：
支持配置管理、性能管理、流量控制和容错处理等功能。
（7）路由器的特点
1转发依据：
目标IP地址中网络号进行路由。
2广播信息的处理：
路由器丢弃广播帧，因此，可以隔离广播信息。
3结构成环：
路由器连接的多个网络可以成环，而集线器和交换机均不行。
请大家思考原因。
4选择路径：
由于网络可以成环，因此，两点之间的路径不止一条，因此，需要进行路由选择。
这是在WAN和Internet上最需要的功能。
路由器概述
（8）路由协议
路由器只能在使用可路由协议的子网之间转发数据。
理由是不可路由协议不支持N.H的的地址格式，没有网络号的概念，不能给网络起名子。
仅支持主机名称，因此，只能是面对主机，不能面对网络。
示例1：
两边都是可路由协议时，网络1的数据是否可以转发到网络2？
答案：
不行。
因为路由器所做的不是协议之间的转换工作，而是相同可路由协议的不同网段之间的数据包的转发工作，因此，两边都应当是。
例如，Internet仅使用了一个TCP/IP协议，并通过路由器将各种网络和计算机联系到一起。
示例2：
两边是相同的不可路由协议时，网络1的数据是否可以转发到网络2？
答案：
不行。
因为路由器所做的是可路由协议不同网段之间的数据转发工作。
示例2：
使用网桥连接时，两边是相同的不可路由协议，网络1的数据是否可以转发到网络2？
答案：
行，通畅。
NetBEUI工作在OSI模型的第三层，由于网桥工作在第二层，因此，它只关心第二层的地址，即网卡的物理地址。
但是，如果要实现高层的互联、互操作还需要互联网络的高层兼容。
否则，低层虽然联通了，但是不能进行互操作。
（9）路由器与网桥或交换机的区别
结论：
除了以前讲过的内容外，还应注意：
两种设备都能进行网络分段，都是路由器按照第三层地址分段，而网桥和交换机按照第二层的MAC地址分段。
应当注意到：
◆在同一个局域网上的主机或路由器的IP地址中的网络号必须是一样的。
◆用网桥（它只在链路层工作）互连的网段仍然是一个局域网，只能有一个网络号。
◆路由器总是具有两个或两个以上的IP地址。
◆当两个路由器直接相连时，在连线两端的接口处，可以指明也可以不指明IP地址。
2.IP路由
（1）什么是路由？
路由：
就是选择一条数据包传输路径的过程。
当TCP/IP主机发送IP数据包时，便出现了路由，且当到达IP路由器还会再次出现。
路由器是从一个物理网向另一个物理网发送数据包的装置，路由器也被称为网关。
对于发送的主机和路由器而言，必须决定向哪里转发数据包。
在决定路由时，IP层查询位于内存中的路由表。
1当一个主机试图与另一个主机通信时，IP首先决定目的主机是一个本地网还是远程网。
2如果目的主机是远程网，IP将查询路由表来为远程主机或远程网选择一个路由。
3若未找到明确的路由，IP用缺省的网关地址将一个数据传送给另一个路由器。
4在该路由器中，路由表再次为远程主机或网络查询路由，若还未找到路由，该数据包将发送到该路由器的缺省网关地址。
5路由器根据目的网络地址找出下一跳（即下一个路由器）。
6每发现一条路由，数据包被转送下一级路由器，称为一次“跳步”，并最终发送至目的主机。
若未发现任何一个路由，源主机将收到一个出错信息。
（2）主机通信的过程
图7-11（b）特别强调了IP地址与硬件地址的区别。
表7-2归纳了这种区别。
表7-2图7-11（b）中不同层次、不同区间的源地址和目的地址
在网络层写入IP数据报首部的
在数据链路层写入MAC帧首部的
源地址
目的地址
源地址
目的地址
从H1到R1
IP1
IP2
HA1
HA3
从R1到R2
IP1
IP2
HA4
HA5
从R2到H2
IP1
IP2
HA6
HA2
结论：
由图7-11可知，在不同网段的主机之间通信时，第三层的包头不动。
经过的路由器不停地修改第二层帧头的物理地址。
这是因为第三层报头负责子网之间的传输，而第二层报头否则子网内的传输。
比喻：
就像发送信件一样，邮政部门不停地更改直接发送到的地址信息。
例如，发送到机场发送到指定航班发送到指定的邮局。
3.路由表：
RoutingTable
（1）路由和路由段
通俗地讲路由器就相当于路标。
它通过网络的标识，决定数据包如何转发。
我们将路由器的数据包在某个网络中走过的通道（从进入到离开网络为止）称为逻辑上的一个路由单位，并将此路由单位称为一个路由段（Hop）。
在Internet中进行路由选择需要使用路由器，路由器根据收到的数据包中的目的地址选择一个合适的路径，并通过某个网络将数据包传送到下一个路由器。
路径上的最后一个路由器负责将数据包交给目的主机。
相邻的路由器是指这两个路由器都连接在同一个网络上，某个路由器到本网络中的某个主机的路由段数计为“0”。
（2）Internet中的路由选择
Internet将网络中的路由器看成是网络中的结点，因此，在Internet中路由段就是连接结点的链路。
这样Internet中的路由选择就与简单网络（2～3个远程局域网的连接）中的路由选择十分相似了。
（3）路由表中的信息
1路由（Internet选路）表：
Internetroutingtable，其中存储了可能的目的地和如何到达目的地的信息。
例如：
路由表中的某一路由项表明的信息是：
将数据包转发到某子网（或某主机）应通过路由器的某个物理端口发送时，即可到达该路径的下一个路由器。
或者，不通过其他路由器而传送代直接相连的网络中的目标主机。
2通常每台计算机或路由器需要为数据包选路，它们中的IP选路算法正是利用的每台设备的选路表。
当主机或路由器需要传递数据报时，它们首先查询其选路表，然后再决定把数据报发送到何处。
3当表中没有路由时，则选路程序将数据报发送到一个默认的路由器上。
4.按采用的路由方式分类
路由器采用的路由方式决定它如何获得路由信息。
静态路由是IP协议的函数实现，它需要创建路由表并进行人工刷新。
若路由改变，则静态方式的路由器并不通知彼此的变化，也不会与动态方式的路由器进行交换。
而动态路由是路由协议的函数实现，相关的协议如：
路由信息协议RIP和开放式最短路径协议OSPF等。
这些协议周期性地在采用动态方式的路由器之间进行交换彼此已知的路由信息，包括信息的变化也能自动通知。
1静态IP路由
静态路由器只能与有已知接口并正常工作的网络通信。
此时可以在每一个网络上增加一个路由表，或者为另一个路由器的本地接口增加缺省网关地址。
配置静态IP路由器：
一个主机要与网络上的其它主机通信，缺省网关地址的配置，就要与路由器在本地接口上的IP地址相匹配。
一个不需要手工增加路由的静态路由配置方法，是把每一个有多接口主机的缺省网关地址，配置成公用网络上其它多接口主机的本地接口，当然这种方法只有在两个静态路由器的情况下才可行。
2动态IP路由
动态路由器：
使用动态路由协议（RIP或OSPF）在已知网络间自动交换彼此的路由数据。
如果数据变化的话，路由协议会自动更新路由表，同时将更新通知网络上其它的路由器。
一个主机与网络上的其它主机通信时，缺省网关地址必须与本地路由器的接IP地址匹配，也就是说这个主机对外的通信都是通过缺省网关即本地路由器对本地的接口代理的。
◆RIP：
路由信息传输协议RIP帮助网络交换传输信息，所有的RIP信息数据都是用UDP端口520传输的。
使用RIP的路由器会互相交换网络号和到达这些网络的路由距离。
这个距离用来被路由器选择到达网络的最少路由。
（上学期P232：
6.5.2）
（4）路由分类：
1按目的地：
◆子网路由：
目的地为子网。
◆主机路由：
目的地为主机。
2按与路由器的连接：
◆直接路由：
目的地所在网络与路由器直接相连。
◆间接路由：
目的地所在网络与路由器不是直接相连。
3按配置方式：
◆静态路由：
经手工配置的路由称为静态路由。
◆动态路由：
经路由协议产生的路由称为动态路由。
常见的动态路由协议有OSPF、RIP、IGRP和BGP。
5.路由器的路选过程
示例1：
示例2：
4个网络和3个路由器的工作示例如下：
路由器R1的选路表路由器R2的选路表路由器R3的选路表
目的主机的
网络地址
到该地址的
路由器地址
距离
目的主机的
网络地址
到该地址的
路由器地址
距离
目的主机的
网络地址
到该地址的
路由器地址
距离
101.1.0.0
直接传递
0
101.2.0.0
直接传递
0
101.3.0.0
直接传递
0
101.2.0.0
直接传递
0
101.3.0.0
直接传递
0
101.4.0.0
直接传递
0
101.3.0.0
101.2.0.2
1
101.1.0.0
101.2.0.1
1
101.2.0.0
101.3.0.1
1
101.4.0.0
101.2.0.2
2
101.4.0.0
101.3.0.2
1
101.1.0.0
101.3.0.1
2
示例2：
2个路由器的工作示例如下：
（1）应用题：
图中A、B、C表示该站地址，集线器连在交换机的端口3上，工作站C连在端口7上。
（2）要求：
不使用子网划分技术，为工作站A、C和路由器2分配合法的IP地址，请写出全部的IP地址和相应的子网掩码。
设备
IP地址
子网掩码
工作站A
202.110.168.[1..254]
A和B不同
255.255.255.0
工作站C
202.110.168.[2..254]
255.255.255.0
路由器2端口1
202.119.168.[1..254]
255.255.255.0
路由器2端口2
202.114.168.[1..254]
255.255.255.0
（3）写出交换机1的站表
端口
地址
3
3
7
注：
路由器可以省略
MAC-A
MAC-B
MAC-C
（4）写出路由器1的路由表。
网络号
下个路由地址
202.110.168.0
202.119.168.0
202.114.168.0
直接
直接
202.119.168.1
注：
应是路由器2端口1
4.3.7补充：
局域网使用路由器接入Internet的配置过程
（1）一条静态路由有5个要素
◆目标IP地址。
◆网络掩码：
常用CIDR方法表示。
◆输出端口：
说明数据包从哪一个端口输出。
◆下一跳IP地址：
说明数据包所经由的下一个IP地址。
◆本条静态路由加入到IP核心路由表的优先级：
针对同一个目的地，可能存在不同下一跳的若干路由，这些不同的路由可能是由不同的路由协议发现的，也可以是手工配置的静态路由。
优先级高（数值小）的路由总是被先加入到核心路由表中去。
IP接口上直接相连的路由优先级最高，总是0。
用户可以配置多条到同一目的地的，但优先级不同的路由，这些路由按照优先级的顺序选取惟一的一条加入到核心路由表中。
路由协议及其发现路由的优先级
路由协议
优先级
（值越小优先级越高）
注释
DIRECT（直接）
0
OSPF
10
支持负载分担
STATIC（静态）
60
支持负载分担
IGRP
80
RIP
100
OSPFASE
150
说明：
除了直接路由（DIRECT）外，各个动态路由协议的优先级可以由用户根据自己的爱好手工配置；此外，每一条静态路由都可以有一个不同的优先级。
到系统目的地的有效路由最多可达4条。
（2）局域网路由器的配置要素
◆配置串（serial）口：
包括：
进入接口配置模式、配置接口IP地址（10.0.1.1255.0.0.0）、接口封装为“帧中继”、指定路由器的工作方式在DTE方式等多项参数。
◆配置局域网（如Ethernet）端口：
确定路由器LAN口的IP地址。
◆设置路由器的参数和路由表：
如：
配置静态路由表192.168.01255.255.255.010.0.1.2。
◆配置网络中的各台主机：
在网络中的每台计算机上，设置默认网关为路由器的局域网端口地址。
本节重点：
路由器的任务、路由器的路选过程、一条静态路由有5个要素、路由表和局域网路由器的配置要素
本节难点：
路由器与交换机的分段、一
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