IP协议

学习目标通过本章的学习，希望您能够：理解IP协议实现的功能理解IP报文的格式掌握IP地址的分类理解VLSM的概念掌握子网划分的方法理解IPv6的概念理解IPv6的特点网际协议IPTCP/IP体系中最主要的协议之一，最重要的因特网标准协议之一解决子网之间的路由和寻址问题提供无连接的数据报传输和网际路由服务使性能各异的网络让用户看起来好像是一个统一的网络IP协议在TCP/IP体系中的位置应用程序应用程序应用程序TCPUDPIP应用层传输层网际层网络接口1网络接口2网络接口N网络接口层IP协议概述在互联网络间进行寻址和分组转发对设备进行逻辑编址提供不可靠和无连接的数据包传送服务主机A1主机A2主机B1主机B2路由器子网络A子网络B互联网络ABIPv4地址及其分类IP地址：给连接到因特网上的每一台主机分配一个全世界范围内惟一的32位的标识符由因特网名字与号码指派公司ICANN（InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers）进行分配32位的二进制代码包含了两个独立的信息段：网络号（net-id）和主机号（host-id）常用点分十进制记法表示IPv4地址IP地址的表示：将IP地址中网络位和主机位固定下来后，IP地址被分成了不同的几类：A类、B类、C类、D类和E类网络号主机号32比特的二进制数17216122204每8比特表示成一个十进制数101011000001000001111010110011001286432168421IPv4地址的分类0NNNNNNNHostHostHost1891617242532A类：B类：10NNNNNNNetworkHostHost（1~126）（128~191）C类：110NNNNNNetworkNetworkHost（192~223）D类：1110MMMM多播组多播组多播组（224~239）E类：1111RRRR保留保留保留（240~255）IPv4地址的分类IP地址类型第一字节十进制范围二进制固定最高位二进制网络位二进制主机位A类0~12708位24位B类128~1911016位16位C类192~22311024位8位D类224~2391110组播使用E类240~2551111保留试验使用专用IP地址专用地址（privateaddress）或私有地址：由本机构自行分配其IP地址只在本机构内部有效，不会被路由器转发到公网中不需要向因特网的管理机构申请，节省全球IP地址资源范围A类地址10.0.0.0～10.255.255.255B类地址172.16.0.0～172.31.255.255C类地址192.168.0.0～192.168.255.255公网地址/合法地址：可以在因特网上使用A、B、C类地址特殊IP地址环回地址127网段的所有地址，用来测试网络协议是否工作正常0.0.0.0表示所有不清楚的主机和目的网络255.255.255.255受限制的广播地址，同一个广播域内的所有主机直接广播地址一个网络中的最后一个地址，即主机位全为1，指定了在一个特定网络中的“所有主机”。特殊IP地址网络号全为0的地址可用于向同一网段上的其他主机发送报文主机号全为0的地址指向本网，表示的是“本网络”169.254.*.*当不能通过DHCP正常得到IP地址时，由Windows系统自动为主机分配的地址课程议题子网划分划分子网IP地址的设计不够合理:第一，IP地址空间的利用率有时很低第二，给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏第三，两级的IP地址不够灵活划分子网划分子网的基本思路：一个单位可将所属的物理网络划分为若干个子网(subnet)划分子网的方法：从网络的主机号借用若干比特作为子网号subnet-id，而主机号host-id也就减少了相应的比特从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报，仍根据IP数据报的目的网络号net-id找到连接在本单位网络上的路由器。此路由器收到IP数据报后，再按目的网络号net-id和子网号subnet-id找到目的子网，将IP数据报交付给目的主机划分子网子网掩码用来区分网络上的主机是否在同一网段内长度32位的二进制数字从左端开始的连续二进制数字“1”表示IP地址中有多少位属于网络号；剩余的二进制数字“0”则表示主机号是哪些位表示方法：点分十进制表示法：255.255.0.0前缀表示法：/16划分子网A类地址的默认子网掩码是255.0.0.0B类地址的默认子网掩码是255.255.0.0C类地址的默认子网掩码是255.255.255.0—个B类地址段，划分成固定长度子网时，所划分的所有子网的子网掩码都是相同的划分子网的方法借位：从主机最高位开始借位变为新的子网位，剩余部分仍为主机位，使IP地址的格式变为：网络位增加、主机位减少网络位子网位主机位网络位主机位划分子网的方法172.16.0.0借用为子网位，子网范围：0000000011111111子网掩码：/24子网掩码练习1、求下列地址的网络编号和广播地址172.16.10.255/16192.168.1.47/27（3263）2、下列地址是否可以分配给主机192.168.10.31/28172.16.10.255/193、下列哪些地址分配给主机后可直接通信（无需路由）192.168.10.34/28192.168.10.53/28192.168.10.31/28192.168.10.61/28可变长子网掩码VLSMVLSM（Variable-lengthsubnetmask）：可变长子网掩码一个主网络中定义多个子网，多个子网可能使用不同长度的掩码172.16.0.0/16172.16.1.0/24172.16.2.0/24172.16.14.132/30172.16.14.136/30172.16.14.140/30172.16.14.32/27172.16.14.64/27172.16.14.96/27VLSM的计算在子网的主机位中继续借位000000000000000000000000000000子网地址：172.16.32.0/20二进制：10101100000100000010000000000000VLSM地址：172.16.32.0/26二进制：10101100000100000010000000000000子网1：子网2：子网3：子网4：子网5：172.16172.16172.16172.16172.16.0010.0010.0010.0010.00100000.000000.010000.100000.110001.00=172.16.32.0/26=172.16.32.64/26=172.16.32.128/26=172.16.32.192/26=172.16.33.0/26主网络子网VLSM主机子网子网划分练习在192.168.1.0/24的C类网络内，需要划分出1个可容纳100台主机的子网、1个可容纳50台主机的子网，2个可容纳25台主机的子网，应该如何划分？请写出每个子网的网络号、子网掩码、容纳主机数量和广播地址。192.168.1.0/25126192.168.1.128/2662192.168.1.192/27192.168.1.224/2730无类域间路由CIDRCIDR（ClasslessInter-DomainRouting）：无类域间路由减缓IP地址的消耗和解决路由表增大的问题允许不再使用标准的A、B、C三类IP地址，网络位和主机位的区分将完全依靠子网掩码支持路由聚合，能够将路由表中的许多路由条目合并为成更少的数目无类域间路由CIDR网络前缀划分子网在一定程度上缓解了因特网在发展中遇到到的困难。然而在1992年因特网仍然面临三个必须尽早解决的问题，这就是：（1）B类地址在1992年已分配了近一半，眼看就要在1994年3月全都分配完毕（2）因特网主干网上的路由表中的项目数急剧增长（3）整个IPv4地址空间最终将全部耗尽无类域间路由CIDRCIDR最主要的特点有两个：（1）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，可更有效地分配IPv4地址空间，并且可以在IPv6使用之前容许因特网的规模继续增长。它的记法是：IP地址：：＝{网络前缀,主机号}（2）CIDR将网络前缀相同的连续的IP地址组成“CIDR地址块”。一个CIDR地址块是由该块的起始地址和地址块中的地址数来定义的。这样，地址块也可用斜线记法来表示无类域间路由CIDR例如，128.14.32.0／20表示的地址块共有212个地址（因为斜线后面的20是网络前缀的比特数，所以主机号的比特数是12，因而地址数就是212），而该地址块的起始地址是128.14.32.0CIDR前缀长度点分十进制包含的地址数包含的分类网络数255.248.0.0/13/14/15/15/17/18/19/27/20/26/21/25/22/24/23255.252.0.0255.254.0.0255.255.0.0255.255.128.0255.255.192.0255.255.224.0255.255.240.0255.255.248.0255.255.255.224255.255.252.0255.255.255.192255.255.254255.255.255.128255.255.255.0512K256K128K64K32K16K8K4K2K1K51225612832648个B类或2048个C类4个B类或1024个C类2个B类或512个C类1个B类或256个C类128个C类4个C类2个C类1个C类1/2个C类1/4个C类1/8个C类8个C类16个C类32个C类64个C类常用的CIDR地址块无类域间路由CIDR由于一个CIDR地址块可以表示很多地址，所以在路由表中就利用CIDR地址块来查找目的网络。这种地址的聚合常称为路由聚合（routeaggregation），它使得路由表中的一个项目可以表示很多个（例如上千个）原来传统分类地址的路由。路由聚合也称为构成超网supernetting因特网206.0.68.0/22206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26206.0.71.0/26206.0.71.64/26206.0.71.128/26206.0.71.192/26206.0.64.0/18206.0.68.0/23206.0.70.0/24206.0.71.0/25206.0.71.128/25一系二系三系四系单位地址块二进制表示地址数ISP206.0.64.0/1811001110.00000000.01*16384大学一系二系三系四系206.0.68.0/22206.0.68.0/23206.0.70.0/24206.0.71.0/25206.0.17.128/2511001110.00000000.010001*11001110.00000000.0100010*11001110.00000000.01000110.*11001110.00000000.01000111.0*11001110.00000000.01000111.1*1024512256128128大学XISPCIDR地址块划分举例课程议题IPv6IPv4存在的问题地址空间使用效率较低，IPv4资源即将耗尽Internet正在迅速膨胀，越来越多IPEnable的设备：手机、汽车、家电…IPv4地址大约有40多亿个，即将被分配完毕资源分配不均，使一些国家更早地考虑IPV6对服务质量没有保障由于受其诞生时代背景的影响，