3 IP地址与IP协议
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3. 有什么办法解决这个难题呢？
YHZ TCP/IP协议体系 23
子网划分
IP地址 ::= {<网络号>, <子网号>, <主机号>}
145.13.3.101 145.13.3.11 … 145.13.3.10 145.13.7.34 145.13.7.35
R2
子网 145.13.3.0
子网 145.13.7.0
以我们学校为例，我们拥有 2000 个 IP 地址，如果分配一个 B类地址， 浪费太多，若分配C地址，刚需要8个C类地址，从而形成8个网络。 再比如：若一个公司拥有一个 A类地址，采用划分子网的办法，每个 子网的大小必须是一样的，会有很多浪费。
1987 年， RFC 1009 使用变长子网掩码 VLSM (Variable Length Subnet Mask)，允许在划分子网时同时使用几个不同 的子网掩码，从而提高 IP 地址资源的利用率。 在 VLSM 的 基 础 上 又 提 出 无 分 类 域 间 路 由 选 择 CIDR (Classless Inter-Domain Routing)，这种方法允许路由聚合。
该IP地址的类别 该IP地址的网络地址 该IP地址的广播地址 该IP地址所在网络的可用IP地址范围
给定一个IP地址，你能判断它是否可以用于主机IP地址吗？ （合法吗？是网络地址吗？是广播地址吗？是D类或E类地 址吗？） 一个交换机连接的网络接口所分配的IP地址应该在同一个 网段；一个路由器的每一个网络接口应该对应一个不同的 网络。
标准分类 IP地址 特殊地址 保留地址
划分子网: 3级结构
预测4年B类地址用完 2015年全部地址用完
构成超网: CIDR
路由表危机
地址转换: NAT
ISP接入的需要
IP分组
1981年,RFC791
分组头 分组 交付 路由算法 路由器 设计
自治系统 AS
Internet 路由选择 协议
内部网关协议 RIP/OSPF 外部网关协议 BGP
广域网常用的数据链路层协议有哪些？
YHZ
TCP/IP协议体系
2
本讲要点
网络层简介 数据报与虚电路服务 IP包处理过程 IPv4地址及其划分
分类IP地址
子网划分 CIDR IPv4协议格式 IP Package
YHZ TCP/IP协议体系 3
网络层的功能
网络层负责提供主机与主机之间的通信 从概述上讲，网络层像一个黑盒
子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准 [RFC 950]在 1985 年通过。 构成超网。这是比较新的无分类编址方法(CIDR)。1993 年提出后很快就得到推广应用。
YHZ
TCP/IP协议体系
18
分类的IP地址
A 类地址 0 net-id 8 bit B 类地址 1 0 net-id 16 bit C 类地址 1 1 0 host-id 24 bit
YHZ
TCP/IP协议体系
5
交换技术Switching
电路交换（Circuit Switching） In circuit switching, the whole message is sent from the source to the destination without being divided into packets. The circuit switching was never implemented at the network layer; it is mostly used at the physical layer. 分组交换（Packet Switching）
TCP/IP协议体系
25
Subnet, Default, and Supernet masks
Note:
子网掩码也由32位组成，其中前n位全为1，后32－n全为0!
YHZ TCP/IP协议体系 26
无分类编址 CIDR
划分子网允许在内部网络划分子网，从而解决了同一个网络 中主机数过多的问题 ( 但不够灵活 ) ，但网络数过多的问题并 不能解决。
YHZ TCP/IP协议体系 16
IP地址的表示方法
Note: IPv4的IP地址采用 32 bit 的标识符
机器中存放的 IP 地址 是 32 bit 二进制代码 每隔 8 bit 插入一个空格 能够提高可读性 将每 8 bit 的二进制数 转换为十进制数 采用点分十进制记法 则进一步提高可读性
分组交换提供二种服务 数据报服务(datagram approach): Connectionless Service
虚电路服务(virtual circuit approach): Connection-Oriented Service
YHZ TCP/IP协议体系 6
数据报服务：无连接
划分子网后：(IP 地址) AND (子网掩码) =网络地址
因特网部分 三级 IP 地址 net-id 网络号 子网掩码 划分子网时 的网络地址
YHZ
本地部分 subnet-id 子网号
host-id
主机号
1111111111111111 11111111 00000000 net-id subnet-id host-id 为全 0
10
交换技术总结
Circuit Exchange Exchange Technology Store & Forwarding Message Switching
Virtual Circuit
Packet Switching Datagram
YHZ
TCP/IP协议体系
Hale Waihona Puke Baidu
11
Services provided at the source computer
In packet switching, the message is first divided into manageable packets at the source before being transmitted. The packets are assembled at the destination. The connecting devices in a packet-switching network still need to decide how to route the packets to the final destination.
第3 讲
IPv4地址与协议
叶恒舟
2002018@glut.edu.cn
桂林理工大学信息学院
上讲回顾
广播域与冲突域的含义是什么？用交换机或路由器连接 网络对其有何影响？ 以太网交换机是如何对收到的帧进行转发的？ 以太网交换机的MAC地址表是如何建立起来的？
试简述以太网MAC帧帧格式。
YHZ
TCP/IP协议体系
4
网络层要解决的问题
When a packet arrives from one of its ports (interface), the packet is forwarded through another port to the next switch (or final destination). ——Switching
R3 R1
子网 145.13.21.0
所有到达网络 145.13.0.0 的分组均到达 此路由器
YHZ
145.13.7.56
…
… 145.13.21.23 145.13.21.9 145.13.21.8
TCP/IP协议体系
网络 145.13.0.0
24
如何计算网络地址？
The network address is the identifier of a network.
第3层 交换
IPv6
1981年,RFC792
ICMP
1989年,RFC1112
IGMP QoS
1997年,RFC2236 1993年,RFC2205 资源预留协议 RSVP
IGMPv2
1999年,RFC2475
区分服务 Diffserv 多协议标记交换 MPLS
2000年,MPLS论坛
1998年,RFC2401/2411
每个分组根据首部信息独立寻址；这种交换设备称为路由器。
首部中定义了完整的源地址及目标地址。
分组到达可能失序。
YHZ
TCP/IP协议体系
7
数据报服务的转发思路 Note:
In a connectionless packet-switched network, the forwarding decision is based on the destination address of the packet.
寻址思路：先到达目标主机所在的网络，再在网络内寻找该 主机。 一个A类网络下有太多的主机，即便到达了一个 A类网络，在 网络寻找相应的主机并不容易。 有太多的C类网络，要寻找某个特定的C类网络也并不容易。
1. 如果你只知道张三在广西省，你容易找到他吗？
2. 如果你只知道李四在李家庄，你容易找到他吗？
YHZ
TCP/IP协议体系
8
虚电路服务：面向连接
Three-phase process: setup, data transfer, and teardown. In the setup phase, the source and destination addresses are used to make table entries for the connection-oriented service. Each packet is forwarded based on the label (virtual circuit identifier) in the packet.
Processing at each router
Processing at the destination computer
YHZ
TCP/IP协议体系
14
IPv4协议的演变与发展
第1阶段:1980年 第2阶段:1991年 第3阶段:1993年 第4阶段:1996年
IPv4
IP地址
1981年,RFC1812
IPSec
YHZ TCP/IP协议体系 15
IPv4 地址
在 TCP/IP 协议体系的网络层，采用 IP 地址唯一标识连接 在因特网上的主机（或路由器）。IP地址实际标识的是一 个网络接口，只有需要进行网络层或网络层以上的数据处 理时也需要IP地址。 IP 地址由因特网名字与号码指派公司 ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)负责分配。 IP地址在合理范围内是唯一的。 1. MAC地址原则上也是全球唯一的，为什么不直 接使用MAC地址，而要在网络层使用IP地址？ 2. 交换机与路由器需要配置 IP 地址吗？需要配置 多个IP地址吗？
host-id 16 bit
net-id 24 bit
D 类地址 1 1 1 0 E 类地址 1 1 1 1 0
YHZ
host-id 8 bit
多播地址
保留为今后使用
TCP/IP协议体系 19
判定IP地址类别
YHZ
TCP/IP协议体系
20
学会解决下列问题
有多个个A类（或B类，C类）网络？ 一个A类（或B类，C类）网络最多可以容纳多少台主机？ 给定一个IP地址，你能够计算：
YHZ TCP/IP协议体系
10000000000010110000001100011111
10000000 00001011 00000011 00011111
128 11 3 31
128.11.3.31
17
IP 地址的编址方法
分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法，在 1981 年就
通过了相应的标准协议。
YHZ
TCP/IP协议体系
9
虚电路服务的转发思路 Note:
In a connection-oriented packet switched network, the forwarding decision is based on the label of the packet.
YHZ
TCP/IP协议体系
YHZ TCP/IP协议体系 21
互联网中的 IP 地址
YHZ
TCP/IP协议体系
22
分类IP地址带来的问题
IP地址浪费
Millions of class A addresses are wasted. Many class B addresses are wasted.
网络寻址困难
YHZ TCP/IP协议体系 23
子网划分
IP地址 ::= {<网络号>, <子网号>, <主机号>}
145.13.3.101 145.13.3.11 … 145.13.3.10 145.13.7.34 145.13.7.35
R2
子网 145.13.3.0
子网 145.13.7.0
以我们学校为例，我们拥有 2000 个 IP 地址，如果分配一个 B类地址， 浪费太多，若分配C地址，刚需要8个C类地址，从而形成8个网络。 再比如：若一个公司拥有一个 A类地址，采用划分子网的办法，每个 子网的大小必须是一样的，会有很多浪费。
1987 年， RFC 1009 使用变长子网掩码 VLSM (Variable Length Subnet Mask)，允许在划分子网时同时使用几个不同 的子网掩码，从而提高 IP 地址资源的利用率。 在 VLSM 的 基 础 上 又 提 出 无 分 类 域 间 路 由 选 择 CIDR (Classless Inter-Domain Routing)，这种方法允许路由聚合。
该IP地址的类别 该IP地址的网络地址 该IP地址的广播地址 该IP地址所在网络的可用IP地址范围
给定一个IP地址，你能判断它是否可以用于主机IP地址吗？ （合法吗？是网络地址吗？是广播地址吗？是D类或E类地 址吗？） 一个交换机连接的网络接口所分配的IP地址应该在同一个 网段；一个路由器的每一个网络接口应该对应一个不同的 网络。
标准分类 IP地址 特殊地址 保留地址
划分子网: 3级结构
预测4年B类地址用完 2015年全部地址用完
构成超网: CIDR
路由表危机
地址转换: NAT
ISP接入的需要
IP分组
1981年,RFC791
分组头 分组 交付 路由算法 路由器 设计
自治系统 AS
Internet 路由选择 协议
内部网关协议 RIP/OSPF 外部网关协议 BGP
广域网常用的数据链路层协议有哪些？
YHZ
TCP/IP协议体系
2
本讲要点
网络层简介 数据报与虚电路服务 IP包处理过程 IPv4地址及其划分
分类IP地址
子网划分 CIDR IPv4协议格式 IP Package
YHZ TCP/IP协议体系 3
网络层的功能
网络层负责提供主机与主机之间的通信 从概述上讲，网络层像一个黑盒
子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准 [RFC 950]在 1985 年通过。 构成超网。这是比较新的无分类编址方法(CIDR)。1993 年提出后很快就得到推广应用。
YHZ
TCP/IP协议体系
18
分类的IP地址
A 类地址 0 net-id 8 bit B 类地址 1 0 net-id 16 bit C 类地址 1 1 0 host-id 24 bit
YHZ
TCP/IP协议体系
5
交换技术Switching
电路交换（Circuit Switching） In circuit switching, the whole message is sent from the source to the destination without being divided into packets. The circuit switching was never implemented at the network layer; it is mostly used at the physical layer. 分组交换（Packet Switching）
TCP/IP协议体系
25
Subnet, Default, and Supernet masks
Note:
子网掩码也由32位组成，其中前n位全为1，后32－n全为0!
YHZ TCP/IP协议体系 26
无分类编址 CIDR
划分子网允许在内部网络划分子网，从而解决了同一个网络 中主机数过多的问题 ( 但不够灵活 ) ，但网络数过多的问题并 不能解决。
YHZ TCP/IP协议体系 16
IP地址的表示方法
Note: IPv4的IP地址采用 32 bit 的标识符
机器中存放的 IP 地址 是 32 bit 二进制代码 每隔 8 bit 插入一个空格 能够提高可读性 将每 8 bit 的二进制数 转换为十进制数 采用点分十进制记法 则进一步提高可读性
分组交换提供二种服务 数据报服务(datagram approach): Connectionless Service
虚电路服务(virtual circuit approach): Connection-Oriented Service
YHZ TCP/IP协议体系 6
数据报服务：无连接
划分子网后：(IP 地址) AND (子网掩码) =网络地址
因特网部分 三级 IP 地址 net-id 网络号 子网掩码 划分子网时 的网络地址
YHZ
本地部分 subnet-id 子网号
host-id
主机号
1111111111111111 11111111 00000000 net-id subnet-id host-id 为全 0
10
交换技术总结
Circuit Exchange Exchange Technology Store & Forwarding Message Switching
Virtual Circuit
Packet Switching Datagram
YHZ
TCP/IP协议体系
Hale Waihona Puke Baidu
11
Services provided at the source computer
In packet switching, the message is first divided into manageable packets at the source before being transmitted. The packets are assembled at the destination. The connecting devices in a packet-switching network still need to decide how to route the packets to the final destination.
第3 讲
IPv4地址与协议
叶恒舟
2002018@glut.edu.cn
桂林理工大学信息学院
上讲回顾
广播域与冲突域的含义是什么？用交换机或路由器连接 网络对其有何影响？ 以太网交换机是如何对收到的帧进行转发的？ 以太网交换机的MAC地址表是如何建立起来的？
试简述以太网MAC帧帧格式。
YHZ
TCP/IP协议体系
4
网络层要解决的问题
When a packet arrives from one of its ports (interface), the packet is forwarded through another port to the next switch (or final destination). ——Switching
R3 R1
子网 145.13.21.0
所有到达网络 145.13.0.0 的分组均到达 此路由器
YHZ
145.13.7.56
…
… 145.13.21.23 145.13.21.9 145.13.21.8
TCP/IP协议体系
网络 145.13.0.0
24
如何计算网络地址？
The network address is the identifier of a network.
第3层 交换
IPv6
1981年,RFC792
ICMP
1989年,RFC1112
IGMP QoS
1997年,RFC2236 1993年,RFC2205 资源预留协议 RSVP
IGMPv2
1999年,RFC2475
区分服务 Diffserv 多协议标记交换 MPLS
2000年,MPLS论坛
1998年,RFC2401/2411
每个分组根据首部信息独立寻址；这种交换设备称为路由器。
首部中定义了完整的源地址及目标地址。
分组到达可能失序。
YHZ
TCP/IP协议体系
7
数据报服务的转发思路 Note:
In a connectionless packet-switched network, the forwarding decision is based on the destination address of the packet.
寻址思路：先到达目标主机所在的网络，再在网络内寻找该 主机。 一个A类网络下有太多的主机，即便到达了一个 A类网络，在 网络寻找相应的主机并不容易。 有太多的C类网络，要寻找某个特定的C类网络也并不容易。
1. 如果你只知道张三在广西省，你容易找到他吗？
2. 如果你只知道李四在李家庄，你容易找到他吗？
YHZ
TCP/IP协议体系
8
虚电路服务：面向连接
Three-phase process: setup, data transfer, and teardown. In the setup phase, the source and destination addresses are used to make table entries for the connection-oriented service. Each packet is forwarded based on the label (virtual circuit identifier) in the packet.
Processing at each router
Processing at the destination computer
YHZ
TCP/IP协议体系
14
IPv4协议的演变与发展
第1阶段:1980年 第2阶段:1991年 第3阶段:1993年 第4阶段:1996年
IPv4
IP地址
1981年,RFC1812
IPSec
YHZ TCP/IP协议体系 15
IPv4 地址
在 TCP/IP 协议体系的网络层，采用 IP 地址唯一标识连接 在因特网上的主机（或路由器）。IP地址实际标识的是一 个网络接口，只有需要进行网络层或网络层以上的数据处 理时也需要IP地址。 IP 地址由因特网名字与号码指派公司 ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)负责分配。 IP地址在合理范围内是唯一的。 1. MAC地址原则上也是全球唯一的，为什么不直 接使用MAC地址，而要在网络层使用IP地址？ 2. 交换机与路由器需要配置 IP 地址吗？需要配置 多个IP地址吗？
host-id 16 bit
net-id 24 bit
D 类地址 1 1 1 0 E 类地址 1 1 1 1 0
YHZ
host-id 8 bit
多播地址
保留为今后使用
TCP/IP协议体系 19
判定IP地址类别
YHZ
TCP/IP协议体系
20
学会解决下列问题
有多个个A类（或B类，C类）网络？ 一个A类（或B类，C类）网络最多可以容纳多少台主机？ 给定一个IP地址，你能够计算：
YHZ TCP/IP协议体系
10000000000010110000001100011111
10000000 00001011 00000011 00011111
128 11 3 31
128.11.3.31
17
IP 地址的编址方法
分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法，在 1981 年就
通过了相应的标准协议。
YHZ
TCP/IP协议体系
9
虚电路服务的转发思路 Note:
In a connection-oriented packet switched network, the forwarding decision is based on the label of the packet.
YHZ
TCP/IP协议体系
YHZ TCP/IP协议体系 21
互联网中的 IP 地址
YHZ
TCP/IP协议体系
22
分类IP地址带来的问题
IP地址浪费
Millions of class A addresses are wasted. Many class B addresses are wasted.
网络寻址困难