【正文】 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 本章重點與學習目標 ? 掌握 IP地址 的相關概念； ? 掌握 子網(wǎng)的概念與 IP地址的分配方法 ； ? 掌握 IP數(shù)據(jù)報的轉發(fā)原理與傳輸過程 ； ? 掌握 IPv6的基本知識 。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 案例需求 ? 在第 3章，魯中學院校園網(wǎng)已經(jīng)劃分為若干個 VLAN，這些 VLAN之間如何通信 ？ ? VLAN中計算機的 IP地址應該如何分配 ？ ? 校園網(wǎng)不能是一個孤立的網(wǎng)絡，必須 接入因特網(wǎng) ，那么如何接入呢？ 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 網(wǎng)絡層的任務 ? 第 1章提到，網(wǎng)絡層的任務是 為數(shù)據(jù) 在網(wǎng)絡中 選擇一條合適的路徑 。 ? 從 始點到目的點 選路策略？ ? 為了便于選擇路由，做什么工作？ 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 計算機 A到計算機 B的路徑由不同的鏈路組成 ? 鏈路的 傳輸媒體 可能不同，運行的 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 也可能不同。 ? 利用數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務，能使數(shù)據(jù)從一個結點傳遞到與其相鄰的另一個結點； ? 利用網(wǎng)絡層提供的服務，則能使數(shù)據(jù)從 發(fā)送結點傳遞到最終的接收結點。 以太網(wǎng) 以太網(wǎng) 廣域網(wǎng) 廣域網(wǎng) 無線鏈路 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works ? 為數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中選擇一條合適的路徑叫做選路 （ routing）， routing也可以譯為 路由或 路由選擇 。 ? 能夠在網(wǎng)絡中進行路徑選擇的設備叫 路由器。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 因特網(wǎng)的核心協(xié)議 —— IP協(xié)議 ? 網(wǎng)絡層協(xié)議有多種，目前使用最廣泛的是 IETF制定的網(wǎng)際協(xié)議（ Inter Protocol， IP）。 ? 在 TCP/IP體系結構中， 有 很多協(xié)議，這些協(xié)議統(tǒng)稱為 TCP/IP協(xié)議族 /簇 。 ? TCP協(xié)議與 IP協(xié)議的發(fā)明人是美國的 Vinton G. Cerf與 Robert E. Kahn。 ? 1981年 IETF發(fā)布了 RFC 791，定義了 IP協(xié)議的第4版 ，叫做 IPv4， IPv4一直使用至今。 ? 現(xiàn)在 IPv4與 IPv6并行， IPv4將會被 IPv6取代。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works IP特點 ? IP的數(shù)據(jù)轉發(fā)是典型的 分組交換方式 ， IP的協(xié)議數(shù)據(jù)單元叫做 IP數(shù)據(jù)報 （ datagram），每個 IP數(shù)據(jù)報都帶有 接收方的地址 ，路由器根據(jù)這個地址轉發(fā) IP數(shù)據(jù)報，各 IP數(shù)據(jù)報可能通過 不同的路徑 到達接收方。 ? IP是無連接的協(xié)議 ， IP數(shù)據(jù)報產(chǎn)生后立即發(fā)送，不需要首先與接收方建立連接。 ? IP協(xié)議又是一種盡力而為（ besteffort）的協(xié)議。 ? 因此 IP是 不保證可靠傳輸?shù)膮f(xié)議 ，可靠傳輸?shù)娜蝿沼蛇\輸層的 TCP協(xié)議負責。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works IP地址 1． IP地址的格式與管理 ? IP協(xié)議要解決的第 1個問題是如何在 世界范圍內(nèi)標識一臺計算機 。 ? 網(wǎng)絡中的計算機應該有一個 全球唯一的編號 IP地址 。 ? 數(shù)據(jù)鏈路層的物理地址不能使用？ ? 1 可以改變物理地址； ? 2 某些點對點鏈路中根本沒有物理地址。 ? 有必要在網(wǎng)絡層重新為計算機分配一個 全球唯一、格式相同的地址 。 ? IP協(xié)議中制定了這個地址的 格式與分配方案 ，所以叫做 IP地址（ IP address）。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works IP地址 ? IP地址長度是 32位 ， 4字節(jié)， IP地址共有 232≈40億個。 ? 一般以點分 十進制的形式書寫 IP地址 ，如。 ? 這種形式的 IP地址分為 4段，每段是一字節(jié)，因此每段一定在 00000000～ 11111111之間，十進制就是 0～ 255之間，這個范圍之外的 IP地址一定是錯誤的。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 特殊的 IP地址 ? 范圍為 ～ IP地址是一類特殊的 IP地址，叫做環(huán)回地址（ loopback address），它們都是指本計算機，其中第 1個 IP地址 。 ? 在計算機 A的瀏覽器地址欄上鍵入 將會打開計算機 A的主頁，若在計算機 B上輸入同樣的 B的主頁。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 因特網(wǎng)管理機構 ? 因特網(wǎng)的管理機構因特網(wǎng)協(xié)會下設一個部門， 叫做因特網(wǎng)名稱與號碼分配公司 （ Inter Corporation for Assigned Names and Numbers， ICANN），它負責世界范圍內(nèi) IP地址的分配與管理工作。 ? ICANN預先把一些 連續(xù)的 IP地址 分配給各個國家的因特網(wǎng)管理機構，一般用戶去本國的因特網(wǎng)管理機構申請即可。 ? 中國互聯(lián)網(wǎng)絡信息中心 是我國的因特網(wǎng)管理機構。 ? 連續(xù)的 IP地址 叫做 IP地址塊 ，大的單位可以一次申請一個地址塊，再在內(nèi)部自行分配。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 私有 IP地址或?qū)Ｓ?IP地址 ? 網(wǎng)絡中的計算機有時并不連入因特網(wǎng)，無需用全球唯一 IP。 ? IP協(xié)議規(guī)定一部分 IP地址不需申請就可使用，但 這些 IP地址不能出現(xiàn)在因特網(wǎng)上 ，是私用的，這些私用的 IP地址在 不同的局域網(wǎng)內(nèi) 是可以 可重復使用 。 ? 私有 IP地址或?qū)Ｓ?IP地址（ private IP address），分為 4塊： ? ～ ? ～ ? ～ ? ～ 。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 自動私有 IP地址 ? 第 4塊 ～ ，叫做自動私有 IP地址，當一臺計算機設置為使用 DHCP協(xié)議自動獲得IP地址的時候，在自動獲得 IP地址失?。ㄈ鐩]有 DHCP服務器）的情況下，計算機會 自動為自己分配一個自動私有 IP地址 。 ? 與私有地址對應，那些必須 申請才能使用的 IP地址叫做公有 IP地址或公網(wǎng) IP地址 （ public IP address）。 ? 現(xiàn)在公有 IP地址嚴重不足，難以申請，很多單位內(nèi)部網(wǎng)絡都使用私有 IP地址。 ? 使用私有 IP地址的計算機是不能直接連入因特網(wǎng)的 ，為了使這些計算機也能上網(wǎng)，利用 NAT技術 ，使用私有 IP地址的計算機就能連入因特網(wǎng)了。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 2．網(wǎng)絡號、主機號與子網(wǎng)掩碼 ? 為指明 計算機所在的網(wǎng)絡 ， IP地址被設計為兩部分：左邊一部分指明該計算機所在的網(wǎng)絡，叫做 網(wǎng)絡號 ，右邊一部分指明該計算機，叫做 主機號 。 ? 網(wǎng)絡號因為在 IP地址的前邊，所以也叫做前綴（ prefix）。 ? IP地址劃分為網(wǎng)絡號與主機號非常重要，無論是 路由器 ，還是一般計算機都利用這一特性進行通信。 10000111010101101011001 001011011網(wǎng)絡號 主機號32 位 IP 地址IP地址分為網(wǎng)絡號與主機號 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 特殊的 IP地址 ? 有兩類特殊的 IP地址： 主機號全為 0與全為 1的 IP地址 。 ? 主機號全為 0代表 這個網(wǎng)絡 ，叫做網(wǎng)絡 IP地址； ? 主機號全為 1則是 廣播 IP地址 。 ? 例如，某計算機具有 IP地址 ，如果左邊 3段是網(wǎng)絡號，右邊 1段是主機號。 ? 這臺計算機所在網(wǎng)絡的 IP地址 ， ? 廣播 IP地址 ，目的 IP地址為 IP數(shù)據(jù)報會被轉發(fā)給這個網(wǎng)絡內(nèi)的所有計算機。 ? 主機號全為 0與全為 1的 IP地址因為有特殊的含義，所以不能再分配給計算機。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 特殊 IP地址 網(wǎng)絡號 主機號 源地址使用 目的地址使用 代表的意思 0 0 可以 不可 在本網(wǎng)絡上的本主機 0 hostid 可以 不可 在本網(wǎng)絡上的某個主機 hostid 全 1 全 1 不可 可以 只在本網(wǎng)絡上進行廣播 id 全 1 不可 可以 對 id上的所有主機進行廣播 127 任何數(shù) 可以 可以 用作本地軟件環(huán)回測試之用 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works IP地址分類 ? IP地址被分為 5類，其中 A類、 B類與 C類 網(wǎng)絡號的長度分別是 8位、 16位與 24位，相應的主機號就是 24位、 16位與8位。 ? D類用于多播， E類保留暫不分配 。 ? 這 5類地址的起止范圍各不相同，很容易分辨。 ? 根據(jù)一個 IP地址的類別，就可以知道它的網(wǎng)絡號與主機號多長了。 ? 目前大多數(shù)的 A類 IP地址已被美國搶先分去，我國分到的絕大多數(shù)都是 C類 IP地址。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works id 24 bit hostid 24 bit id 16 bit id 8 bit IP 地址中的網(wǎng)絡號字段和主機號字段 0 A 類地址 hostid 16 bit B 類地址 C 類地址 0 1 1 hostid 8 bit D 類地址 1 1 1 0 多 播 地 址 E 類地址 保 留 為 今 后 使 用 1 1 1 1 0 0 1 類別位 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works id 24 bit hostid 24 bit id 16 bit id 8 bit IP 地址中的網(wǎng)絡號字段和主機號字段 0 A 類地址 hostid 16 bit B 類地址 C 類地址 0 1 1 hostid 8 bit D 類地址 1 1 1 0 多 播 地 址 E 類地址 保 留 為 今 后 使 用 1 1 1 1 0 0 1 A 類地址的網(wǎng)絡號字段 id 為 1 字節(jié) 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works id 24 bit hostid 24 bit id 16 bit id 8 bit IP 地址中的網(wǎng)絡號字段和主機號字段 0 A 類地址 hostid 16 bit B 類地址 C 類地址 0 1 1 hostid 8 bit D 類地址 1 1 1 0 多 播 地 址 E 類地址 保 留 為 今 后 使 用 1 1 1 1 0 0 1 A 類地址的主機號字段 hostid 為 3 字節(jié) 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works id 24 bit hostid 24 bit id 16 bit id 8 bit IP 地址中的網(wǎng)絡號字段和主機號字段 0 A 類地址 hostid 16 bit B 類地址 C 類地址 0 1 1 hostid 8 bit D 類地址 1 1 1 0 多 播 地 址 E 類地址 保 留 為 今 后 使 用 1 1 1 1 0 0 1 B 類地址的網(wǎng)絡號字段 id 為 2 字節(jié) 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works id 24 bit hostid 24 bit id 16 bit id 8 bit IP 地址中的網(wǎng)絡號字段和主機號字段 0 A 類地址 hostid 16 bit B 類地址 C 類地址 0 1 1 hostid 8 bit D 類地址 1 1 1 0 多 播 地 址 E 類地址 保 留 為 今 后 使 用 1 1 1 1 0 0 1 B 類地址的主機號字段 hostid 為 2 字節(jié) 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works id 24 bit hostid 24 bit id 16 bit id 8 bit IP 地址中的網(wǎng)絡號字段和主機號字段 0 A 類地址 hostid 16 bit B 類地址 C 類地址 0 1 1 hostid 8 bit D 類地址 1 1 1 0 多 播 地 址 E 類地址 保 留 為 今 后 使 用 1 1 1 1 0 0 1 C 類地址的網(wǎng)絡號字段 id 為 3 字節(jié) 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works id 24 bit hostid 24 bit id 16 bit id 8 bit IP 地址中的網(wǎng)絡號字段和主機號字段 0 A 類地址