TCPIP—协议分析与应用编程 IP地址

1、1 1TCPIPTCPIP协议分析与应用编程第二章协议分析与应用编程第二章 IPIP地址地址第第2 2章章 IPIP地址地址2 2主要内容主要内容IPIP地址概述地址概述IPIP地址分类与寻址规则地址分类与寻址规则子网与掩码子网与掩码超网超网无分类编址无分类编址地址解析地址解析第第2 2章章 IPIP地址地址3 3学习目标学习目标掌握掌握IPv4IPv4地址的分类和寻址规则。地址的分类和寻址规则。理解子网、超网的概念，进而掌握掩码的概念及理解子网、超网的概念，进而掌握掩码的概念及其配置方法。其配置方法。理解地址解析的概念，掌握理解地址解析的概念，掌握ARPARP和和RARPRARP的工作的工作

2、原理，了解它们的数据报格式，了解代理原理，了解它们的数据报格式，了解代理ARPARP的的概念。概念。第第2 2章章 IPIP地址地址4 4IPIP地址概述地址概述由于不同物理网络的硬件地址编码方法不同、编由于不同物理网络的硬件地址编码方法不同、编址空间也不同，当不同物理网络组织在一起时，址空间也不同，当不同物理网络组织在一起时，整个互联网络中的物理设备就无法用统一的编址整个互联网络中的物理设备就无法用统一的编址方法和编址空间对其进行唯一标识。为此，在方法和编址空间对其进行唯一标识。为此，在TCP/IPTCP/IP协议族中引入了协议族中引入了IPIP地址来统一因特网中地址来统一因特网中所有物理设

3、备的编址，进而确保每个物理设备在所有物理设备的编址，进而确保每个物理设备在因特网中都有一个唯一的标识。因特网中都有一个唯一的标识。第第2 2章章 IPIP地址地址5 5IPIP地址概述地址概述在在IPv4IPv4中，中，IPIP地址是由地址是由3232位二进制数组成，其位二进制数组成，其地址空间是地址空间是0 02 2323211。一般将组成一般将组成IPIP地址的地址的3232位二进制分成位二进制分成4 4段，每段段，每段8 8位，中间用小数点隔开，然后将每八位二进制位，中间用小数点隔开，然后将每八位二进制转换成十进制数，这样转换成十进制数，这样IPIP地址就可表示成：地址就可表示成：210

4、.73.140.2210.73.140.2这种表示方法通常称为点分十进制表示法。这种表示方法通常称为点分十进制表示法。第第2 2章章 IPIP地址地址6 6IPIP地址分类与寻址规则地址分类与寻址规则为了便于管理，一般把为了便于管理，一般把IPIP地址也分成两部分，即地址也分成两部分，即网络地址和主机地址。网络地址和主机地址。第第2 2章章 IPIP地址地址7 7IPIP地址分类与寻址规则地址分类与寻址规则在因特网中，考虑到每个网络中包含的计算机数在因特网中，考虑到每个网络中包含的计算机数量可能不同，量可能不同，TCP/IPTCP/IP中采用了分类编址的思想中采用了分类编址的思想进行进行IPI

5、P地址进行分类，以适应不同的网络规模的地址进行分类，以适应不同的网络规模的需要。整个需要。整个IPIP地址空间分为地址空间分为5 5类：类：A A类、类、B B类、类、C C类、类、DD类和类和E E类。类。A A类类IPIP地址地址第第2 2章章 IPIP地址地址8 8IPIP地址分类与寻址规则地址分类与寻址规则B B类类IPIP地址地址C C类类IPIP地址地址DD类类IPIP地址地址 第第2 2章章 IPIP地址地址9 9IPIP地址分类与寻址规则地址分类与寻址规则E E类类IPIP地址地址一些有特殊用途的一些有特殊用途的IPIP地址地址网络地址：在网络地址：在IPIP地址编码方案中，全

6、地址编码方案中，全0 0主机地址不指主机地址不指派给任何主机，这个地址保留用来定义本网络的地址。派给任何主机，这个地址保留用来定义本网络的地址。在路由选择中用网络地址标识一个网络。在路由选择中用网络地址标识一个网络。直接广播地址：在直接广播地址：在A A类、类、B B类和类和C C类地址中，如果主机类地址中，如果主机地址全是地址全是“1”1”，则该地址为直接广播地址，即可以，则该地址为直接广播地址，即可以同时向指定网络的所有主机发送数据报。同时向指定网络的所有主机发送数据报。第第2 2章章 IPIP地址地址1010IPIP地址分类与寻址规则地址分类与寻址规则一些有特殊用途的一些有特殊用途的IP

7、IP地址（续）地址（续） 受限广播地址：如果受限广播地址：如果IPIP地址的地址的3232位全是位全是“1”1”，则该地址表示在，则该地址表示在当前网络中的一个广播地址，可以通过该地址实现对本网络广播当前网络中的一个广播地址，可以通过该地址实现对本网络广播通信。通信。 本网络本主机地址：如果本网络本主机地址：如果IPIP地址的地址的3232位全是位全是“0”0”，则该地址表，则该地址表示在当前网络中的本主机地址。示在当前网络中的本主机地址。 本网络上特定主机地址：网络地址为全本网络上特定主机地址：网络地址为全“0”0”的的IPIP地址，表示在地址，表示在本网络中的某台特定主机。本网络中的某台特

8、定主机。 环回地址：在环回地址：在IPIP地址中，首字节数值为地址中，首字节数值为“127”127”的地址是一个保的地址是一个保留地址，用于网络测试或本机进程间通信。发送到这种地址的数留地址，用于网络测试或本机进程间通信。发送到这种地址的数据报不输出到线路上，而是立即被返回，又当作输入数据报在本据报不输出到线路上，而是立即被返回，又当作输入数据报在本机内部进行处理，又称为机内部进行处理，又称为“回送回送”地址。地址。 私有地址：在私有地址：在A A类、类、B B类和类和C C类类IPIP地址中，有一部分地址被保留，地址中，有一部分地址被保留，没有分配给任何因特网用户，这些地址任何用户都可以使用

9、，但没有分配给任何因特网用户，这些地址任何用户都可以使用，但使用这些地址的设备不能直接连接到因特网上。使用这些地址的设备不能直接连接到因特网上。第第2 2章章 IPIP地址地址1111子网与掩码子网与掩码针对针对B B类和类和A A类地址可能造成浪费的现象，在两类地址可能造成浪费的现象，在两级地址结构的基础上提出了级地址结构的基础上提出了3 3级结构，即把每个级结构，即把每个网络的主机地址空间根据需要进一步划分成若干网络的主机地址空间根据需要进一步划分成若干个子网。因此子网内主机的个子网。因此子网内主机的IPIP地址就由地址就由3 3部分来部分来构成：网络地址、子网地址和主机地址构成：网络地址

10、、子网地址和主机地址第第2 2章章 IPIP地址地址1212子网与掩码子网与掩码子网掩码的概念子网掩码的概念如何来确定哪些地址位是子网地址，哪些地址位是主如何来确定哪些地址位是子网地址，哪些地址位是主机地址呢？机地址呢？在在IPIP编码方案中引入了子网掩码的概念。子网掩码是编码方案中引入了子网掩码的概念。子网掩码是一个一个3232位地址掩码，对应于网络地址和子网地址的地位地址掩码，对应于网络地址和子网地址的地址掩码位设置为址掩码位设置为“1”1”，而对应于主机地址的地址掩，而对应于主机地址的地址掩码位设置位码位设置位“0”0”。第第2 2章章 IPIP地址地址1313子网与掩码子网与掩码子网划

11、分子网划分通常在规划一个网络时划分子网的步骤如下：通常在规划一个网络时划分子网的步骤如下：根据需要确认子网的个数；根据需要确认子网的个数；根据需要确认每个子网的主机数量；根据需要确认每个子网的主机数量；根据子网数量和主机数量，确定子网掩码；根据子网数量和主机数量，确定子网掩码；确定每个子网的网络地址；确定每个子网的网络地址；确定每个子网上可以使用的主机地址范围。确定每个子网上可以使用的主机地址范围。第第2 2章章 IPIP地址地址1414超网超网超网的概念超网的概念把几个把几个C C类地址段合并成为一个大型网络，即构成超类地址段合并成为一个大型网络，即构成超网，因此超网是借用一部分网络地址位作

12、为主机位，网，因此超网是借用一部分网络地址位作为主机位，从而达到减小因特网路由表的目的。从而达到减小因特网路由表的目的。第第2 2章章 IPIP地址地址1515超网超网将几个将几个C C类地址段合并成一个超网时，必须符合类地址段合并成一个超网时，必须符合以下条件：以下条件：地址段数必须是地址段数必须是2 2的幂，如的幂，如1 1、2 2、4 4、8 8等。等。被合并的地址段在地址空间中必须是连续的。被合并的地址段在地址空间中必须是连续的。超网的第一个地址的第超网的第一个地址的第3 3个字节必须能被段数整除。个字节必须能被段数整除。第第2 2章章 IPIP地址地址1616超网超网超网掩码超网掩码

13、超网掩码来指定超网地址和主机地址的分界点。超网超网掩码来指定超网地址和主机地址的分界点。超网掩码也是一个掩码也是一个3232位地址掩码，它对应于超网地址的所位地址掩码，它对应于超网地址的所有掩码位都被设置为有掩码位都被设置为“1”1”，而对应于主机地址的所，而对应于主机地址的所有掩码位都被设置为有掩码位都被设置为“0”0”。与子网掩码类似，获取。与子网掩码类似，获取超网地址的方法是将超网掩码和超网地址的方法是将超网掩码和IPIP地址进行按位地址进行按位“与与”运算。运算。第第2 2章章 IPIP地址地址1717超网超网通常超网合并的步骤如下：通常超网合并的步骤如下：被合并的地址段是否满足合并成

14、超网的条件；被合并的地址段是否满足合并成超网的条件；如果满足合并条件，则根据被合并的地址段数量和第如果满足合并条件，则根据被合并的地址段数量和第一个地址段的地址确定超网掩码；一个地址段的地址确定超网掩码；确定合并后的超网地址和主机地址范围。确定合并后的超网地址和主机地址范围。第第2 2章章 IPIP地址地址1818无分类编址无分类编址为了方便为了方便IPIP地址分配和提高地址分配和提高IPIP地址的利用率，地址的利用率，19961996年因特网组织机构发布了无类别域间路由年因特网组织机构发布了无类别域间路由（Classless InterDomain RoutingClassless Inte

15、rDomain Routing，CIDRCIDR）选择。选择。在在CIDRCIDR中，去掉了中，去掉了A A类、类、B B类和类和C C类地址的概念，类地址的概念，采用了无类地址的概念。每个地址仅仅包含网络采用了无类地址的概念。每个地址仅仅包含网络地址和主机地址两部分。地址和主机地址两部分。第第2 2章章 IPIP地址地址1919无分类编址无分类编址与子网和超网类似，无类地址也是利用掩码来划与子网和超网类似，无类地址也是利用掩码来划分网络地址和主机地址的分界点。分网络地址和主机地址的分界点。无类地址常常采用斜线表示法，将地址和掩码一无类地址常常采用斜线表示法，将地址和掩码一起表示出来，其格式为

16、：起表示出来，其格式为：W.X.Y.Z/nW.X.Y.Z/n。斜线前面是斜线前面是IPIP地址，斜线后面是地址，斜线后面是IPIP地址的网络地址部地址的网络地址部分的长度，也称为前缀长度，即掩码中连续分的长度，也称为前缀长度，即掩码中连续“1”1”的的位数。位数。例如，例如，“195.160.0.1/24”195.160.0.1/24”所对应的掩码是所对应的掩码是“255.255.255.0”255.255.255.0”。第第2 2章章 IPIP地址地址2020地址解析地址解析因特网在网络层使用因特网在网络层使用IPIP地址的同时，在物理网络地址的同时，在物理网络中仍然在使用物理地址，两套地址

17、之间的转换过中仍然在使用物理地址，两套地址之间的转换过程称为地址解析。解析方法：程称为地址解析。解析方法：静态映射主要采用地址映射表来实现静态映射主要采用地址映射表来实现IPIP地址和物理地地址和物理地址之间的映射，即在主机中利用地址映射表来记录网址之间的映射，即在主机中利用地址映射表来记录网络上其他主机或网络设备的络上其他主机或网络设备的IPIP地址和物理地址对应关地址和物理地址对应关系。系。动态映射是在需要获得地址映射关系时利用网络通信动态映射是在需要获得地址映射关系时利用网络通信协议直接从其他主机上获得协议直接从其他主机上获得IPIP地址和物理地址的映射地址和物理地址的映射关系。在因特网

18、上采用了动态映射方法进行地址映射，关系。在因特网上采用了动态映射方法进行地址映射，包括地址解析协议（包括地址解析协议（ARPARP）和反向地址解析协议）和反向地址解析协议（RARPRARP）第第2 2章章 IPIP地址地址2121地址解析地址解析地址解析协议（地址解析协议（ARPARP）是根据给定的）是根据给定的IPIP地址获取地址获取对应的物理地址对应的物理地址第第2 2章章 IPIP地址地址2222地址解析地址解析地址解析协议（地址解析协议（ARPARP）工作过程）工作过程广播请求获取目的主机的物理地址的数据报广播请求获取目的主机的物理地址的数据报目的主机以单播方式向发送请求物理地址的主机

19、回送目的主机以单播方式向发送请求物理地址的主机回送解析结果解析结果第第2 2章章 IPIP地址地址2323地址解析地址解析ARPARP数据报格式与封装数据报格式与封装第第2 2章章 IPIP地址地址2424地址解析地址解析ARPARP中需要注意的两点：中需要注意的两点：ARPARP请求报文和响应报文使用相同的报文格式，它们请求报文和响应报文使用相同的报文格式，它们的协议类型都是的协议类型都是0 x08000 x0800，通过操作类型来区分请求，通过操作类型来区分请求报文和响应报文，其中报文和响应报文，其中ARPARP请求报文的操作类型为请求报文的操作类型为0 x00010 x0001，ARPA

20、RP响应报文的操作类型为响应报文的操作类型为0 x00020 x0002。ARPARP主要解决同一局域网上的主机或路由器的主要解决同一局域网上的主机或路由器的IPIP地址地址和物理地址的映射问题，如果目的主机位于远程网络和物理地址的映射问题，如果目的主机位于远程网络中时，中时，ARPARP请求数据报将先发送给路由器，然后由路请求数据报将先发送给路由器，然后由路由器进行逐级转发，最后发送到目的主机。由器进行逐级转发，最后发送到目的主机。第第2 2章章 IPIP地址地址2525地址解析地址解析ARPARP的改进的改进引入了引入了ARPARP高速缓存技术，即将某台主机或网络设备高速缓存技术，即将某台主机或网络设备上经常使用的目的主机的上经常使用的目的主机的IPIP地址和物理地址直接记录地址和物理地址直接记录在本机的内存中，以减少广播在本机的内存中，以减少广播ARPARP请求帧的次数，进请求帧的次数，进而提高网络工作效率。而提高网络工作效率。第第2 2章章 IPIP地址地址2626地址解析地址解析反向地址解析协议反向地