计算机网络技术基础（第5版）课件 工作单元4　规划与分配IP地址

工作单元4规划与分配IP地址不同类型的局域网之间是不能直接通信的，主要原因是其所传送的数据帧的格式不同。IP协议可以把各种不同格式的数据帧统一转换成IP数据包，从而实现了各种局域网在网络层的互通。TCP/IP给网络中的每台计算机及相关设备都规定了一个唯一的网络层地址，以识别主机，方便通信。TCP/IP目前有Internet协议版本4（TCP/IPv4）和Internet协议版本6（TCP/IPv6）两个版本，其分别规定了IPv4和IPv6两种版本的网络层地址。本单元的主要目标是熟悉IPv4地址的相关知识，掌握规划和分配IPv4地址的方法；了解IPv6地址的基本知识和设置方法。本单元主要内容任务4.1规划和分配IPv4地址任务4.2设置IPv6地址任务4.1规划和分配IPv4地址【任务目的】（1）理解IPv4地址的概念和分类；（2）理解子网掩码的作用；（3）理解IPv4地址的分配原则；（4）掌握在网络中规划与分配IPv4地址的方法。【工作环境与条件】

（1）安装好Windows操作系统的计算机；（2）网络模拟和建模工具CiscoPacketTracer。4.1.1

IPv4地址的结构和分类1.IPv4地址的结构

IPv4地址在网络层提供了一种统一的地址格式，在统一管理下进行分配，保证每一个地址对应于网络上的一台主机，屏蔽了MAC地址之间的差异，保证网络的互联互通。根据TCP/IPv4协议的规定，IPv4地址由32位二进制数组成，而且在网络上是唯一的。例如，某台计算机的IPv4地址为：11001010011001101000011001000100。很明显，这些数字对于人来说不太好记忆。人们为了方便记忆，就将组成IPv4地址的32位二进制数分成四段，每段8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，这样上述计算机的IPv4地址就变成了：8。显然这里每一个十进制数不会超过255。4.1.1

IPv4地址的结构和分类2.IPv4地址的分类

IPv4地址也可以分成两部分，一部分用以标明具体的网络段，即网络标识（net-id）；另一部分用以标明具体的主机，即主机标识（host-id）。同一个网段上的所有主机都使用相同的网络标识，网络上的每个主机都有一个主机标识与其对应。由于网络中包含的主机数量不同，于是人们根据网络规模的大小，把IPv4地址的32位地址信息设成五种定位的划分方式，分别对应为A类、B类、C类、D类、E类地址。4.1.1

IPv4地址的结构和分类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地址相对的，是只能在局域网中使用的IPv4地址，当局域网通过路由设备与广域网连接时，路由设备会自动将该地址段的信号隔离在局域网内部，而不会将其路由到公有网络中，所以即使在两个局域网中使用相同的私有IPv4地址，彼此之间也不会发生冲突。当然，使用私有IPv4地址的计算机也可以通过局域网访问Internet，不过需要借助地址映射或代理服务器才能完成。4.1.2特殊的IPv4地址（1）/8

/8私有网络是A类网络，24位可分配的地址空间（24位主机标识），允许的有效地址范围从

至54。（2）/12

/12私有网络可以被认为是B类网络，20位可分配的地址空间（20位主机标识），允许的有效地址范围从

至54。（3）/16

/16私有网络可以被认为是C类网络，16位可分配的地址空间（16位主机标识），允许的有效地址范围从

至54。4.1.3子网掩码1.子网掩码的作用通常在设置IPv4地址的时候，必须同时设置子网掩码，子网掩码不能单独存在，它必须结合IPv4地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IPv4地址划分成网络标识和主机标识两部分。这对于采用TCP/IP协议的网络来说非常重要，只有通过子网掩码，才能表明一台主机所在的网段（广播域）与其他网段的关系，使网络正常工作。4.1.3子网掩码子网掩码是用来判断任意两台计算机的IPv4地址是否属于同一网段（广播域）的根据。最为简单的理解就是两台计算机各自的IPv4地址与子网掩码进行AND运算后，如果得出的结果是相同的，则说明这两台计算机是处于同一个网段的，可以直接进行通信。4.1.3子网掩码2.划分子网标准的IPv4地址分为两极结构，即每个IPv4地址都分为网络标识和主机标识两部分，但这种结构在实际网络应用中存在着以下不足：

IPv4地址空间的利用率有时很低，如某网段有10台主机，要分配IPv4地址，必须选择C类的地址，而一个C类地址段一共有254个可以分配的IPv4地址，这样有244个地址就被浪费掉了。给每一个物理网络分配一个网络标识会使路由表变得太大，影响网络性能。两级的IPv4地址不够灵活，很难针对不同的网络需求进行规划和管理。4.1.3子网掩码解决这些问题的办法是，在IPv4地址中就增加了一个“子网标识字段”，使两级的IPv4地址变成三级的IPv4地址。这种做法叫做划分子网，或子网寻址或子网路由选择。也可以使用下面的等式来表示三级IPv4地址：

IPv4地址::={<网络标识>,<子网标识>,<主机标识>}。4.1.3子网掩码下面通过一个B类地址子网划分的实例来说明划分子网的方法。例如某区域网络申请到了B类地址如/16，该地址中的前16位是固定的，后16位可供用户自己支配。网络管理员可以将这16位分成两部分，一部分作为子网标识，另一部分作为主机标识，作为子网标识的位数可以从1到14，如果子网标识的位数为m，则该网络一共可以划分为2m个子网，与之对应主机标识的位数为16－m，每个子网中可以容纳216-m－2个主机（注意主机标识不能全为“1”，也不能全为“0”）。表4-3列出了B类地址的子网划分选择。4.1.3子网掩码子网标识的位数子网掩码子网数主机数/子网123276624163823881904164094532204666410227128510825625492851212610921024621124204830124040961413488192614521638224.1.4

IPv4地址的分配方法1.静态分配IPv4地址静态分配IPv4地址就是将IPv4地址及相关信息设置到每台计算机和相关设备中，计算机及相关设备在每次启动时从自己的存储设备获得的IPv4地址及相关信息始终不变。2.使用DHCP分配IPv4地址

DHCP（DynamicHostConfigurationProtocol，动态主机配置协议）专门设计用于使客户机可以从服务器接收IPv4地址及相关信息。DHCP采用客户机/服务器模式，网络中有一台DHCP服务器，每个客户机选择“自动获得IPv4地址”，就可以得到DHCP提供的IPv4地址。通常客户机与DHCP服务器要在同一个广播域中。要实现DHCP服务，必须分别完成DHCP服务器和客户机的设置。4.1.4

IPv4地址的分配方法3.自动专用寻址如果网络中没有DHCP服务器，但是客户机还选择了“自动获得IPv4地址”，那么操作系统会自动为客户机分配一个IPv4地址，该地址为/16（地址范围至55）中的一个地址。【任务实施】

在图4-3所示的网络中，公司总部的PC通过交换机连接到路由器R1的快速以太网接口F0/0，分支机构的PC通过交换机连接到路由器R2的快速以太网接口F0/0，路由器R1、R2通过各自的串行接口S1/0直接相连。请根据实际需求，为该网络中的相关设备规划与分配IPv4地址。【任务实施】

实训1无子网的IPv4地址分配实训2用子网掩码划分子网实训3使用VLSM细分子网任务4.2设置IPv6地址【任务目的】（1）了解IPv6的特点；（2）了解IPv6地址表示方法和类型；（3）了解IPv6地址的配置方法。【工作环境与条件】

（1）安装好Windows操作系统的计算机；（2）能够正常运行的网络环境（也可使用CiscoPacketTracer网络模拟和建模工具）。4.2.1

IPv6的新特性 巨大的地址空间 数据处理效率提高 良好的扩展性 路由选择效率提高 支持自动配置和即插即用 更好的服务质量 内在的安全机制 全新的邻居发现协议 增强了对移动IP的支持 增强的组播支持4.2.2

IPv6地址的表示 1.IPv6地址的文本格式

IPv6地址的长度是128位，可以使用以下3种格式将其表示为文本字符串。（1）冒号十六进制格式。这是IPv6地址的首选格式，格式为n:n:n:n:n:n:n:n。每个n由4位十六进制数组成，对应16位二进制数。例如：3FFE:FFFF:7654:FEDA:1245:0098:3210:0002。4.2.2

IPv6地址的表示（2）压缩格式在IPv6地址的冒号十六进制格式中，常会出现一个或多个段内的各位全为0的情况，为了简化对这些地址的写入，可以使用压缩格式。在压缩格式中，一个或多个各位全为0的段可以用双冒号符号（::）表示。此符号只能在地址中出现一次。例如，未指定地址0:0:0:0:0:0:0:0的压缩形式为::；环回地址0:0:0:0:0:0:0:1的压缩形式为::1；单播地址3FFE:FFFF:0:0:8:800:20C4:0的压缩形式为3FFE:FFFF::8:800:20C4:0。4.2.2

IPv6地址的表示（3）内嵌IPv4地址的格式这种格式组合了IPv4和IPv6地址，是IPv4向IPv6过渡过程中使用的一种特殊表示方法。具体地址格式为n:n:n:n:n:n:d.d.d.d，其中每个n由4位十六进制数组成，对应16位二进制数；每个d都表示IPv4地址的十进制值，对应8位二进制数。4.2.2

IPv6地址的表示2.IPv6地址前缀

IPv6中的地址前缀（FormatPrefix，FP）类似于IPv4中的网络标识。IPv6前缀通常用来作为路由和子网的标识，但在某些情况下仅仅用来表示IPv6地址的类型，例如IPv6地址前缀“FE80::”表示该地址是一个链路本地地址。在IPv6地址表示中，表示地址前缀的方法是用“IPv6地址/前缀长度”来表示，例如，若某IPv6地址为3FFE:FFFF:0:CD30:0:0:0:5/64，则该地址的前缀是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，对于一个URL，当需要使用IP地址加端口号的方式来访问资源时，可以采用形如“3:8080/cn/index.asp”的表示形式。由于IPv6地址中含有“:”，因此为了避免歧义，当URL中含有IPv6地址时应使用“[]”将其包含起来，表示形式为“http://[2000:1::1234:EF]:8080/cn/index.asp”。4.2.3

IPv6地址的类型1.单播地址单播地址是只能分配给一个节点上的一个接口的地址，也就是说寻址到单播地址的数据包最终会被发送到唯一的接口。和IPv4单播地址类似，IPv6单播地址通常可分为子网前缀和接口标识两部分，子网前缀用于表示接口所属的网段，接口标识用以区分连接在同一链路的不同接口。（1）可聚合全球单播地址可聚合全球单播地址类似于IPv4中可以应用于Internet的公有地址，该类地址由IANA（互联网地址分配机构）统一分配，可以在Internet中使用。4.2.3

IPv6地址的类型（2）链路本地地址当一个节点启用IPv6协议时，该节点的每个接口会自动配置一个链路本地地址。这种机制可以使得连接到同一链路的IPv6节点不需要做任何配置就可以通信。链路本地地址使用了特定的链路本地前缀FE80::/64，其接口ID的长度为固定64位。4.2.3

IPv6地址的类型（3）站点本地地址站点本地地址是另一种应用范围受到限制的地址，只能在一个站点（由某些链路组成的网络）内使用。站点本地地址类似于IPv4中的私有地址，任何没有申请到可聚合全球单播地址的机构都可以使用站点本地地址。（4）唯一本地地址为了替代站点本地地址的功能，又使这样的地址具有唯一性，避免产生像IPv4私有地址泄漏到公网而造成的问题，4.2.3

IPv6地址的类型（5）特殊地址特殊地址主要包括未指定地址和环回地址。未指定地址：该地址为0:0:0:0:0:0:0:0（::），主要用来表示某个地址不可用，主要在数据包未指定源地址时使用，该地址不能用于目的地址。环回地址：该地址为0:0:0:0:0:0:0:1（::1），与IPv4地址中的的功能相同，只在节点内部有效。4