精品课件-计算机网络技术基础-《计算机网络技术基础与实战》课件第三章

的IP地址和MAC地址的映射关系。
3.3.2 使用ICMP检测网络状态
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IP协议并不是一个可靠的协议，不能保证数据报被有效传送到目标设备。 而数据报的可靠性传输主要依赖ICMP来完成。ICMP的主要功能是确认IP数据报 是否成功到达目标地址，以及通知在发送过程中数据报被丢弃的原因。
ping命令的通信过程是通过ICMP协议的两种类型报文实现的，当用ping命令检 查网络连通性时，实际上是由源主机发送一个ICMP回送请求报文（类型编号为 8）如果目的主机能接收到这个请求报文并且愿意做出回应，则发送一个回送 应答的ICMP报文，当这个回应报文能顺利抵达源主机时，就完成了一个ping的 动作。
学习目标
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认识IPV4地址的类型和用 途
掌握IPV4网络的规划和设计
熟悉IPV6的地址结构和特 点 了解常见网络层协议的基本 原理
掌握路由协议的基本配置
任务1.1 规划IPV4地址
1.1.1 IP协议概述
6
IP协议（Internet protocol，互联网协议）是支持网络间互联的数据报协 议。IP协议有两个基本任务：一个是提供无连接的和最有效的数据报传送；另 一个是提供数据报的分片和重组来支持不同最大传输单元大小的数据连接。
1.1.2 IP数据报格式
7
1
IP数据报由报文首部和数据两部分组成
32位
8
8
8
版本 首部长度
服务类型
标识符
标记
生存时间
协议
源地址
目的地址
可选项
数据
8 总长度
分片偏移 首部校验和
填充项
数据报中封装的数据是来自传输层协议的报文，也就是TCP或UDP格式的报文。
1.1.3 IPV4地址结构与分类
8
在网络通信时，必须要给每台主机和路由器配置正确且唯一的IP地址。 IP地址 目前分为IPV4和IPV6两种版本，其中IPV4是主流版本，如无特殊说明，通常说的IP 地址一般指IPV4地址，而IPV6是为下一代IP协议设计的新版本。
D类地址：前4位为“1110”，剩 余位数全为网络部分，D类地址没 有主机地址，常用于多播或作为 网E类络地测址试：之前用5。位为 “11110”， 剩余位数全为网络部分，E类地 址不是用来分配给用户使用， 只是用来进行实验。
1.1.3 特殊的IPV4地址
10
3.特殊的IPV4地址 （1）环回地址 以127开始的IP地址称为环回地址或者回送地址，主要用于对本地回路测试及实现本地进 程间的通信。 （2）网络地址 主机部分全为0的IP地址称为网络地址，网络地址不分配给单个主机，而是作为网络本身 的标识。 （3）广播地址 主机部分全为1的IP地址称为广播地址。广播地址专门用于同时向网络中所有主机发送数 据。该报文将被分发给该网段上的所有设备。
任务3 熟悉常见协议
3.3.1 使用ARP进行地址解析
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在学习ARP协议之前，我们先来了解一下物理地址。实际通信时，在一 个网络中对其内部的一台主机进行寻址所使用的地址称为物理地址。通常 将物理地址固化在网卡的ROM中，因此也称其为硬件地址或MAC地址。
MAC地址的长度为48位（6个字节），通常表示为12个十六进制数，每两个 十六进制数之间用冒号隔开，如“00:23:24:57:06:A5”。网络中每个以太网 设备都具有唯一的MAC地址。在OSI参考模型中，网络层的数据传输依赖于32位 的IP地址，而当一台主机把以太网数据帧发送到位于同一局域网上的另一台主 机时，物理网络实际是根据48位的MAC地址来传输数据的。因此，对于网络中 的任一硬件设备而言，它既有一个IP地址，又有一个MAC地址，那么，就需要 有一种机制能够把IP地址与对应的MAC地址进行映射才能完成数据的通信，这 种机制就是ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）。
1.1.3 IPV4地址结构与分类
9
2.IPV4地址分类 根据网络规模的大小，IPV4地址分为5类，如图所示。
A类地址：第1位为“0”，第2位到第8位为网络 部分。A类地址的后24位为主机部分，因此，一个网 段内可容纳的主机地址数量最多为224-2=16777214 个。A类地址主要用于拥有大量主机的网络编址。
IPV6的结构 IPV6的地址长度是128位。将这128位的地址按每16位划分为一个段，每个 段转换成十六进制数字，并用冒号隔开，称为“冒号十六进制”表示法。例如： 2000:0000:0000:0001:0000:2345:6789:ABC0。
2.1.2 IPV6概述
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1.IPV6地址可以采用压缩方式来表示。在压缩时，有以下几个规则：
计算机网络技术基础与实战
03 网络计算机的身份证
章节导读
近日，张某利用计算机在网络上匿名发 表了不实言论，歪曲事实散布谣言，警方通过 对此账号IP地址的追踪发现了张某的踪影并给 予逮捕。那么警方为什么可以凭借IP地址作为 证据来破案？这就是本章我们要学习的一个核 心的内容，只有较深入地掌握IP协议的主要内 容，才能理解网络是怎样工作的。本章还介绍 了ARP协议和ICMP协议的概念，并在最后介绍 了静态路由、RIP路由协议以及OSPF路由协议 的配置方法。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.1.4 子网划分
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1.子网掩码 子网掩码的格式与IP地址一样，也是由32位 的二进制数组成，不同的是它 是由连续的“1”和连续的“0”组成，为了 方便使用，我们也用点分十进制的方式表示。 子网掩码对应的IP地址中网络部分全部为 “1”，对应的主机部分则全部为“0”。 例如： A类子网掩码为 11111111.00000000.00000000.00000000，用 十进制表示为255.0.0.0； B类子网掩码为 11111111.11111111.00000000.00000000，用 十进制表示为255.255.0.0； C类子网掩码为
2.1.1 配置IPV6地址
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IPV6概述 随着互联网的发展，目前使用的IPV4采用32位地址长度，只有大约43亿个 地址，估计在未来的若干年间将被分配完毕。1990年，因特网工程任务组 （IETF）开始启动IP新版本的设计工作。经过多次讨论、修订和定位之后，在 1993年得到一个名为IPV6（Internet Protocol Version 6,网际协议第6版） 的协议。
1.1.4 子网划分
12
为什么要对网络进行子网划分?
一个IP地址只要确定了其分类，也就确定了它的 网络部分的位数和主机部分的位数，随着互联网覆 盖范围逐渐增大，网络地址数量越来越不能满足需 求，直接使用A类、B类、C类地址就更加显得浪费资 源。为此人们思考是否能把一个大的网络分割成若 干个小网络，那么如何来区分不同IP地址是否在同 一个网络，这里就需要使用子网掩码，子网掩码的 好处是可以将一个网段划分为若干个子网，不同子 网相互独立，在没有路由的情况下不能相互通信。
网络部分
子网部分
主机部分
（2）子网划分后 子网1111划111分1 11后1111，11 I11P11地1111址就11应1 采用00三000级结构，把原来的主机部分划分为子网和主机两部分， 如表
那么，对应的子网掩码就变为网络部分和子网部分全为1、主机部分全为0的地址。假设 子网部分为3位，主机部分为5位，则子网掩码的形式如表
1.1.3 特殊的IPV4地址
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3.特殊的IPV4地址 广播地址又分为直接广播地址和有限广播地址两种。直接广播地址将会被路由器转发给
特定网络上的每台主机。有限广播地址不被路由器转发，但会被发送到本地网络的所有主机 上。
（4）公有地址和私有地址 一般的IP地址是由IANA统一管理并分配给提出注册申请的组织机构的，这类IP地址称为公 有地址，通过它可以直接访问因特网。而私有地址属于非注册地址，专门为组织机构内部使 用。私有地址包含三段： A类：10.0.0.0~10.255.255.255 B类：172.16.0.0~172.31.255.255 C类：192.168.0.0~192.168.255.255
B类地址：前2位为“10”，第3位到第16位为网 络部分。B类地址的后16位为主机部分，因此，一个 网段内可容纳的主机地址数量最多为216-2=65534个。 B类地址主要用于中等规模的网络编址。
C类地址：前3位为“110”，第4位到第24位为网 络部分。C类地址的后8位为主机部分，因此，一个 网段内可容纳的主机地址数量最多为28-2=254个。C
2.1.3 IPV6地址配置技术
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IPV6配置命令: Router(config-if)#ipv6 enable 在路由器的当前接口下启用IPV6协议。 Router(config-if)#ipv6 address IPV6地址 在路由器上配置当前接口的IPV6地址。 终端的IPV6地址配置，除了像IPV4一样可以手动设置以外，也可以实现 自动配置。目前有有状态地址自动配置和无状态地址自动配置两种技术。 （1）有状态地址自动配置 有状态地址自动配置就是终端通过DHCPV6来获取全球单播地址和其他网 络参数。 （2）无状态地址自动配置 无状态地址自动配置就是终端从路由器通告消息中获取一个或多个链路 前缀，然后加上自身的MAC地址，这样就得到了一个全球唯一的IPV6地址。
匹配的主机B返回自己的MAC地址。ARP请求数据报中 主机A
主机B
主机C
主机D
含有主机B的IP地址，以及主机A本身的IP地址和MAC
主机B发送响应
地址的映射关系。
（3）本局域网上包括主机B在内的所有主机都
会接收到这个查询请求，主机B识别ARP请求报文后，
发送一个ARP响应报文给主机A，该报文中包含主机B
1.1.4 子网划分
14
2.子网规划
子网划分是通过借用IP地址主机部分的位数来充当子网部分的位数，从而将原网络划分
为若干子网而实现的。
（1）子网网络划部分分前
主机部分
IP地址采用两级结构，如表
11111111 11111111 11111111
00000000
子网掩码采用默认的结构，即网络部分全为1、主机部分全为0的地址，如表
（1）前导零压缩法:
将每一段的前导零省略，但是每一段都至少应该
有一个数字
（2）双冒号法:
一个以“冒号十六进制数”法表示的IPV6地址中，如
果几个连续
的段值都是0，那么这些0可以
简记为“::”，每个地址中只能有一个“::”。
2.IPV6不前缀、接口标识符、前缀长度来表示。 （1）前缀：IPV6前缀可以用“IPV6地址/前缀长度”来表示，前缀的作用与 IPV4地址中的网络部分类似，用于标识这个地址属于哪个网络。 （2）接口标识符：与IPV4地址中的主机部分类似，用于标识设备当前接口在
1.IPV4地址结构 IPV4地址由32位正整数来表示，IP地址在计算机内部以二进制方式被处理， 然而，由于二进制数特别冗长，不便于书写和记忆，需要采用一种特殊的标记 方式，那就是将32位的IP地址以每8位为一组，分成4组，每组以“.”隔开，再 将每组数转换为十进制数。这种方法我们称之为“点分十进制”的表示方法， 例如，二进制IP地址：11000000.10101000.00000011.01100100，可以用十进 制表示为：192.168.3.100。 IPV4地址由网络部分和主机部分组成。网络部分唯一地标识了一条物理链路 或逻辑链路，对于与该链路相连的所有设备来说网络部分是共同的。而主机部
2.1.2 IPV6概述
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2. 特殊IPV6地址 （1）环回地址:环回地址用来测试IPV6协议和网络参数是否正确。IPV6环回地 址除了最低位外，全为0，即环回地址可表示为0:0:0:0:0:0:0:1或::1。 （2）链路本地地址:用于链路本地节点之间的通信，使用链路本地地址作为目 的地址的数据报文不会被转发到其他链路上。链路本地地址前缀标识为 FE80::/10。 （3）全球单播地址：与IPV4中的公有地址类似，全球单播地址由IANA负责进 行统一分配,它的前缀标识为2000::/3。
3.3.1 使用ARP进行地址解析
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（1）主机A首先查看自己的高速缓存中的ARP表 中是否有主机B对应的ARP表项。如果找到，则直接
主机A发送广播报文，询问主机B的IP与 MAC的映射关系
利用该ARP表项中的MAC地址将IP数据报封装成帧发
送给主机B。
（2）如果缓存表中没有所需的表项，则主机A
首先广播发送一个ARP请求数据报文，请求与IP地址