cisco思科网络技术教程第九章

第九章

TCP/IP协议组和IP寻址TCP/IPProtocolSuiteandIPAddressing1西北工业大学软件与微电子学院9.1TCP/IP模型2西北工业大学软件与微电子学院Internet层概述OSI网络层对应的是TCP/IP的internet层InternetProtocol(IP)InternetControlMessageProtocol(ICMP)AddressResolutionProtocol(ARP)ReverseAddressResolutionProtocol(RARP)应用层传输层Internet层数据链路层物理层9.2IP地址为了实现Internet上不同计算机之间的通信，每台计算机都必须有一个不与其它计算机重复的地址，IP地址就是可以标识主机的地址。IP地址是一个网络编码，它即可以是一个主机（服务器、客户机）的地址，也可以是路由器一个端口的地址。即IP地址确定的是网络中的一个连接。IP地址是数字型的，32位(32bit)，由4个8位的二进制数组成，每8位之间用圆点隔开。由于二进制数不利于记忆，通常转换成十进制数表示，其取值范围为0~255。4西北工业大学软件与微电子学院a)定义：IP地址是一种在网际层用来标识主机的逻辑地址。一般是32位

b)格式：二进制格式与十进制格式。

二进制格式：

10000011•01101011•00000011•00011000

十进制格式：

131•107•3•24

IP地址5西北工业大学软件与微电子学院二进制&十进制计算机会自动进行两者之间的转换十进制166.111.4.80

=二进制

10100110.01101111.00000100.01010000二进制

10100110011011110000010001010000十进制

166.111.4.80IP地址的两种表示法6西北工业大学软件与微电子学院其中：M-----------------地址类别号

NET--------------网络号

HOST-----------主机号

IP地址一般格式：MNETHOST7西北工业大学软件与微电子学院IP地址的含义IP地址由两个部分组成：网络标识（netid）和主机标识（hostid）。网络标识用于区分不同的网络，主机标识用于在一个网络中区分主机IP地址被分成了A、B、C、D、E五类，每个类别的网络标识和主机标识各有规则。8西北工业大学软件与微电子学院c)IP地址分类：A类地址：国际NIC0NETHOST

0178163101bit7bit24bit

地址范围：0.0.0.0——127.255.255.2559西北工业大学软件与微电子学院IP地址之

A类地址第一个8位组为网络标识，其余三个8位组为主机标识。第一个8位组的首位为0，其余7位表示网络表示。全0表示本地网络，全1保留诊断用。具有A类地址特征的有效网络地址为1~127，全世界只有128个A类网络，每个A类网络最多可以拥有224个IP地址，适用于大型网络。10西北工业大学软件与微电子学院B类地址：InterNIC

、APNIC、ENICMNETHOST012151631102bit14bit16bit

地址范围：128.0.0.0—191.255.255.25511西北工业大学软件与微电子学院IP地址之

B类地址B类地址中的第一、二个8位组为网络标识，第三、四个8位组用于主机标识。第一个8位组的前二位为10，具有B类地址特征的网络总数为214，每个网络中的IP地址可达到216。第一个8位组的取值范围为128~191。适用于中等规模的网络。12西北工业大学软件与微电子学院C类地址：国家或地区NICMNETHOST0232324311103bit21bit8bit

地址范围：192.0.0.0—223.255.255.25513西北工业大学软件与微电子学院IP地址之C类地址C类地址中的前三个8位组是网络标识，第四个8位组位主机标识。第一个8位组的前三位为110，其余5位和第二、三个8位组共21位表示网络，具有C类地址特征的网络总数为221。每个网络中可拥有256个IP地址。第一个8位组的取值范围为192~223。C类地址适用于主机量较少的网络中。14西北工业大学软件与微电子学院D类地址：多址广播地址M多播地址034311110４bit28bit

地址范围：224.0.0.0—239.255.255.25515西北工业大学软件与微电子学院E类地址：试验地址M试验地址0343111115bit28bit

地址范围：240.0.0.0—255.255.255.25516西北工业大学软件与微电子学院IP地址之

D、E类地址D类地址用于组播通信地址，其第一个8位组的最高四位等于1110，取值范围为224~239，用于标识组播通信地址，后28位用于区分不同的组播组。E类地址的第一个8位组的最高4位等于1111，其取值范围为240~255，此类地址作为未来地址而被保留。目前，具体的网络只能分配到A类、B类、C类地址中的一种。17西北工业大学软件与微电子学院国际NIC（分配A类地址）InterNICApNICENIC（获得A类地址分配B类地址）CERNET私人用户校园网企业网（获得B类地址分配C类地址）（获得C类地址)

18西北工业大学软件与微电子学院ClassA:ClassB:ClassC:ClassD: 多播地址

ClassE:科研用IP地址分类NetworkHostHostHostNetworkNetworkHostHostNetworkNetworkNetworkHost8bits8bits8bits8bits

11111111计算可用的主机地址

17216

00

10101100

00010000

00000000

0000000016

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

网络主机

00000000

00000001

11111111

11111111

11111111

11111110......

00000000

00000011

11111101123655346553565536-...265534N2N-2

=216-2=6553420西北工业大学软件与微电子学院IP地址分类练习地址类别网络主机10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10IP地址分类练习

（答案）地址类别网络主机10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10ABCCBNonexistent10.0.0.0128.63.0.0201.222.5.0192.6.141.0130.113.0.00.2.1.10.0.2.1000.0.0.640.0.0.20.0.64.16特殊用途的IP地址网络地址主机标识位全部为零的地址从不分配给单个主机，而是作为网络本身的标识。例如：主机212.111.44.136所在网络的网络地址为212.111.44.0。直接广播地址主机标识位全部为壹的地址从不分配给单个主机，而是作为同网络的广播地址。例如：主机212.111.44.136所在网络的广播地址为212.111.44.255。23西北工业大学软件与微电子学院公共地址和私有地址计算机要通讯必须有IP地址公共地址是指在Internet上通讯的地址私有地址不可以在Internet上通讯，可以用于局域网为了解决公共地址不足的现状，路由器之间的背靠背连接可以使用私有地址24西北工业大学软件与微电子学院私有地址A类：10.0.0.0~10.255.255.255B类：172.16.0.0~172.31.255.255C类：192.168.0.0~192.168.255.25525西北工业大学软件与微电子学院9.3和10.2子网和掩码26西北工业大学软件与微电子学院子网化（Subnetting）原因使用有类地址时，网段中的主机数少于IP地址数，造成IP地址的浪费27西北工业大学软件与微电子学院子网将网络进一步划分成独立的组成部分，每个部分称为这个网络（或者更高一级子网）的子网。子网的设计是为了便于网络的管理。28西北工业大学软件与微电子学院如何划分子网根据地理分布特点划分子网：易于组网技术的实现节约经费根据网络应用特点划分：将共享相同网络资源的主机划分成一个子网，可减少子网间的网络传输流量，提高网络性能。将具有相同安全密级程度的主机划分为同一个子网，保障系统的安全。29西北工业大学软件与微电子学院网络172.16.0.0172.16.0.0不设子网的地址172.16.0.1172.16.0.2172.16.0.3…...172.16.255.253172.16.255.254网络172.16.0.0设置子网的地址172.16.1.0172.16.2.0172.16.3.0172.16.4.0掩码的定义掩码(NetMask)有网络掩码和子网掩码两种。网络掩码对每个网络的网络地址设定一个按位对应的32bit的二进制数：网络地址部分的对应位设置为1，主机地址部分的对应位设置为0。子网掩码将网络地址中的主机标识分离出若干位作为子网地址位。同样设定一个和这个网络地址按位对应的32bit的二进制数：网络地址和子网地址部分的对应位设置为1，主机地址部分的对应位设置为0。32西北工业大学软件与微电子学院16网络主机172001010110011111111101011000001000011111111000100000000000000000000101000000000000000000000缺省情况下子网未划分00000010缺省情况下的子网掩码172.16.2.160

255.255.0.0网络号扩展了8位地址的网络利用子网掩码划分子网16网络主机172.16.2.160

255.255.255.017220101011001111111110101100000100001111111100010000111111110000001010100000000000000000000000000010子网网络号128192224240248252254255利用子网掩码划分子网172.16.2.160

255.255.255.192扩展了10位地址的网络网络主机101011001111111110101100000100001111111100010000111111110000001010100000110000001000000000000010子网161722128128192224240248252254255128192224240248252254255划分子网举例例：C类地址202.112.58.0中24位网络标识，8位主机标识。将主机标识中的前3位分离出来作为子网地址标识。则这个C类地址可以被分成23=8个子网，每个子网可以拥有25-2=30台主机(全0和全1分别为子网网络地址和广播地址)。36西北工业大学软件与微电子学院202．112．58．0202．112．58．64202．112．58．320010000001000000011000001000000010100000000000001100000011100000202．112．58．96202．112．58．128202．112．58．160202．112．58．192202．112．58．224

1～3033～6265～9497～126129～158161～190193～222225～254对应的子网掩码为：255.255.255.22437西北工业大学软件与微电子学院C类网络可能拥有的子网掩码：255.255.255.128255.255.255.192255.255.255.224255.255.255.240255.255.255.248255.255.255.252255.255.255.25410000000110000001110000011110000111110001111110011111110子网掩码的表示：/25/26/27/28/29/30/3138西北工业大学软件与微电子学院子网掩码练习地址子网掩码类别子网172.16.2.1010.6.24.2010.30.36.12255.255.255.0255.255.240.0255.255.255.0子网掩码练习

（答案）地址子网掩码类别子网172.16.2.1010.6.24.2010.30.36.12255.255.255.0255.255.240.0255.255.255.0BAA172.16.2.010.6.16.010.30.36.0

某单位申请到B类地址178.32.0.0/16,此单位由5个部门组成，每个部门机器不足2000台，请你对此网络进行规划。(13分)要求如下：1、写出每个子网的IP地址及相应的主机IP地址范围。2、写出相应的子网掩码。3、写出该单位还可以扩展的子网个数。练习41西北工业大学软件与微电子学院掩码的使用172.16.2.200172.16.2.2172.16.2.160172.16.2.1172.16.3.5172.16.3.100172.16.3.150172.16.3.1E0E1网络端口172.16.2.0172.16.3.0E0E1新路由表172.162160网络主机..子网广播地址172.16.1.0172.16.2.0172.16.3.0172.16.4.0172.16.3.255(Directedbroadcast)255.255.255.255(Localnetworkbroadcast)X172.16.255.255(Allsubnetsbroadcast)地址汇总示例16172216010101100000100001010000000000010HostMaskSubnetBroadcastLastFirst172.16.2.160255.255.255.1921地址汇总示例1010110011111111000100001111111111111111101000001100000000000010HostMaskSubnetBroadcastLastFirst172.16.2.160255.255.255.19212161722160地址汇总示例1010110011111111000100001111111111111111101000001100000000000010HostMaskSubnetBroadcastLastFirst172.16.2.160255.255.255.192123161722160地址汇总示例101011001111111100010000111111111111111110100000110000001000000000000010HostMaskSubnetBroadcastLastFirst172.16.2.160255.255.255.1921234161722160地址汇总示例10101100111111110001000011111111111111111010000011000000100000000000001010111111HostMaskSubnetBroadcastLastFirst172.16.2.160255.255.255.192123456161722160地址汇总示例1010110011111111000100001111111111111111101000001100000010000000000000101011111110000001HostMaskSubnetBroadcastLastFirst172.16.2.160255.255.255.192123456161722160地址汇总示例101011001111111100010000111111111111111110100000110000001000000000000010101111111000000110111110HostMaskSubnetBroadcastLastFirst172.16.2.160255.255.255.1921234567161722160地址汇总示例101011001111111110101100000100001111111100010000111111110000001010100000110000001000000000000010101011000001000000000010101111111010110000010000000000101000000110101100000100000000001010111110HostMaskSubnetBroadcastLastFirst172.16.2.160255.255.255.19212345678161722160地址汇总示例101011001111111110101100000100001111111100010000111111110000001010100000110000001000000000000010101011000001000000000010101111111010110000010000000000101000000110101100000100000000001010111110HostMaskSubnetBroadcastLastFirst172.16.2.160255.255.255.192172.16.2.128172.16.2.191172.16.2.129172.16.2.190123456789161722160广播地址练习地址类别子网广播地址201.222.10.60255.255.255.248子网掩码15.16.193.6255.255.248.0128.16.32.13255.255.255.252153.50.6.27255.255.255.128广播地址练习

（答案）153.50.6.127地址类别子网广播地址201.222.10.60255.255.255.248C201.222.10.63201.222.10.56子网掩码15.16.193.6255.255.248.0A15.16.199.25515.16.192.0128.16.32.13255.255.255.252B128.16.32.15128.16.32.12153.50.6.27255.255.255.128B153.50.6.0课堂考题某单位申请到C类地址211.30.0.0/24，此单位由5个部门组成，每个部门机器不足20台，请你对此网络进行规划。(共10分)要求如下：1、写出每个子网的IP地址及该子网的广播地址。（5分）2、写出相应的子网掩码。（3分）3、写出在零子网可以使用的情况下，该单位还可以扩展的子网个数。（2分）55西北工业大学软件与微电子学院IPv4与IPv656西北工业大学软件与微电子学院IPv4的特性提供全网络统一、有效的地址模式屏蔽不同物理网络的地址差异为IP层的“尽力传递”提供基础地址结构对应的网络层次结构用IPv4的编码方式总共有IP地址232个（4294967296），而可以在Internet上使用的地址只有大约30亿个左右57西北工业大学软件与微电子学院IPv63138241664FPTLAIDRESNLAIDSLAID接口ID公共拓扑场点拓扑接口标示符58西北工业大学软件与微电子学院FP–3bit格式前缀，用来标识地址的类型TLAID–顶级聚合标示符，用来标识在路由体系的最高层负责地址的权威机构RES–保留域，为TLA和NLAID的发展需要进行扩充，目前此域值为0NLAID–下一级聚合标识符，被用来标识各ISP，可以被体系化组织起来反映供应商之间的关系SLAID–场点级聚合标识符，各公司用来声称自己本地编制体系，并标识子网接口ID–被用来标识链路上的各个接口，类似于IPv4的主机部分59西北工业大学软件与微电子学院IPv4和IPv6的比较60西北工业大学软件与微电子学院静态分配静态地址staticaddressing必须为每个设备分别配置IP地址，并且不能重复，否则会产生IP地址冲突。有些操作系统在初始化TCP/IP的过程中，会通过发送ARP请求来检测是否有IP冲突，如Windows95和WindowsNT。当存在冲突时，不能完成TCP/IP的初始化。61西北工业大学软件与微电子学院动态分配动态地址dynamicaddressing反向地址解析协议RARP：只能获得IP地址；BOOTstrap协议(BOOTP)：用UDP分组，能够获得本机IP地址、默认网关IP地址、服务器地址，以及一个生产厂商指定的域。不能用于完全动态的配置，但可以通过配置文件为每个设备配置地址。动态主机配置协议DHCP：DHCP服务器上定义一个IP地址范围，整个计算机地址信息都可以获得，包括子网掩码等。以上三种都基于Client-Server模式。62西北工业大学软件与微电子学院ARP/RARPARP(AddressResolutionProtocol)：根据IP地址，确定数据链路层地址(MAC地址)。RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)：根据已知的数据链路层地址(MAC地址)，确定网络地址(IP地址)。63西北工业大学软件与微电子学院ARP协议172.16.3.1172.16.3.2IP:172.16.3.2=???我需要知道172.16.3.2的物理地址.ARP协议172.16.3.1172.16.3.2IP:172.16.3.2=???我知道你的请求，这是我的物理地址我需要知道172.16.3.2的物理地址.ARP协议172.16.3.1IP:172.16.3.2Ethernet:0800.0020.1111172.16.3.2IP:172.16.3.2=???我知道你的请求，这是我的物理地址我需要知道172.16.3.2的物理地址.ARP协议映射IP EthernetLocalARP172.16.3.1IP:172.16.3.2Ethernet:0800.0020.1111172.16.3.2IP:172.16.3.2=???我知道你的请求，这是我的物理地址我需要知道172.16.3.2的物理地址.ARP68西北工业大学软件与微电子学院ARP请求的流程图69西北工业大学软件与微电子学院RARP请求的流程70西北工业大学软件与微电子学院RARP协议Ethernet:0800.0020.1111IP=???我的地址是多少？RARP协议Ethernet:0800.0020.1111IP=???我的地址是多少？我听到了广播你的地址是172.16.3.25.RARP协议Ethernet:0800.0020.1111IP:172.16.3.25Ethernet:0800.0020.1111IP=???我的地址是多少？我听到了广播你的地址是172.16.3.25.RARP协议映射Ethernet IPEthernet:0800.0020.1111IP:172.16.3.25Ethernet:0800.0020.1111IP=???我的地址是多少？我听到了广播你的地址是172.16.3.25.BOOTP如同RARP一样，BOOTP也运行于客户端/服务器环境中，并且只需要一次分组交换来获得IP信息。不同的是RARP只返回一个四字节的IP地址，而BOOTP数据包中不仅包含了IP地址，还包含了一个路由器地址（缺省网关）、一个服务器地址及供应商特定的信息。75西北工业大学软件与微电子学院BOOTP76西北工业大学软件与微电子学院

DHCP77西北工业大学软件与微电子学院DHCP工作流程Dhcp

ack

消息clientServerDhcpdiscover消息Dhcpoffer消息Dhcprequest消息78西北工业大学软件与微电子学院决定上层协议IP协议Transport

LayerInternet

LayerTCPUDPProtocol

NumbersIP176IP协议基本任务是：(1)通过互联网传输数据报；

(2)进行路由选择。获得数据获得一个IP数据报传输层网际层网络接口层源主机传输层网际层网络接口层目的主机获得IP数据包获得数据路由器80西北工业大学软件与微电子学院应用层传送层(TCP)源主机网际层（IP)TCP头数据IP头TCP头数据1IP头数据3数据网络接口层目的主机路由器a路由器c路由器b网络接口层网际层（IP)传送层(TCP)应用层TCP头数据数据帧帧IP头TCP头数据IP头数据2IP头数据2IP头数据3IP头TCP头数据IP头TCP头数据181西北工业大学软件与微电子学院由上到下网际互连层涉及三个问题：

1．TCP数据报在网际层加上了IP报头。

2．IP数据报在网际层进行了分段、重装。

3．数据帧是经过路由器转发的，有路由选择。

82西北工业大学软件与微电子学院IP数据报格式：

0347

815

16232431版本IHL服务级别报文长度标识

标志

分段偏移量生存期上层协议号报头检查和源IP地址目的IP地址任选项+填充数据83西北工业大学软件与微电子学院数据报分段：

1.为什么要分段？原因是什么？分段原因：最大帧长度（1518字节）。

2.如何分段?

各段+IP头-〉组成IP包

与报文分段有关的字段：(1)标识：分段的标识一致；(2)报文长度：计算各段的长度。(3)分段偏移：本段的位置。（64位）(4)标志：中间段为1；不分段和最后一段为084西北工业大学软件与微电子学院数据报重装：

如何重装？（1）根据：标识、上层协议号、IP源地址、IP目的地址。（2）分段偏移：除第一段，去掉各段的

IP头，组装。（3）重新计算长度：重填IP头；（4）根据协议号发往上一层；85西北工业大学软件与微电子学院路由选择：采用源路由选择策略-------由发送端指定发送路由。整个网络只有一个路