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1、TCP/IP协议分析与应用编程,第二章 IP地址,主要内容,IP地址概述IP地址分类与寻址规则子网与掩码超网无分类编址地址解析,学习目标,掌握IPv4地址的分类和寻址规则。理解子网、超网的概念，进而掌握掩码的概念及其配置方法。理解地址解析的概念，掌握ARP和RARP的工作原理，了解它们的数据报格式，了解代理ARP的概念。,IP地址概述,由于不同物理网络的硬件地址编码方法不同、编址空间也不同，当不同物理网络组织在一起时，整个互联网络中的物理设备就无法用统一的编址方法和编址空间对其进行唯一标识。为此，在TCP/IP协议族中引入了IP地址来统一因特网中所有物理设备的编址，进而确保每个物理设备在因特网
2、中都有一个唯一的标识。,IP地址概述,在IPv4中，IP地址是由32位二进制数组成，其地址空间是02321。一般将组成IP地址的32位二进制分成4段，每段8位，中间用小数点隔开，然后将每八位二进制转换成十进制数，这样IP地址就可表示成：这种表示方法通常称为点分十进制表示法。,IP地址分类与寻址规则,为了便于管理，一般把IP地址也分成两部分，即网络地址和主机地址。,IP地址分类与寻址规则,在因特网中，考虑到每个网络中包含的计算机数量可能不同，TCP/IP中采用了分类编址的思想进行IP地址进行分类，以适应不同的网络规模的需要。整个IP地址空间分为5类：A类、B类、C类、D类和E类。A类IP地址,I
3、P地址分类与寻址规则,B类IP地址C类IP地址D类IP地址,IP地址分类与寻址规则,E类IP地址一些有特殊用途的IP地址网络地址：在IP地址编码方案中，全0主机地址不指派给任何主机，这个地址保留用来定义本网络的地址。在路由选择中用网络地址标识一个网络。直接广播地址：在A类、B类和C类地址中，如果主机地址全是“1”，则该地址为直接广播地址，即可以同时向指定网络的所有主机发送数据报。,IP地址分类与寻址规则,一些有特殊用途的IP地址（续）受限广播地址：如果IP地址的32位全是“1”，则该地址表示在当前网络中的一个广播地址，可以通过该地址实现对本网络广播通信。本网络本主机地址：如果IP地址的32位全
4、是“0”，则该地址表示在当前网络中的本主机地址。本网络上特定主机地址：网络地址为全“0”的IP地址，表示在本网络中的某台特定主机。环回地址：在IP地址中，首字节数值为“127”的地址是一个保留地址，用于网络测试或本机进程间通信。发送到这种地址的数据报不输出到线路上，而是立即被返回，又当作输入数据报在本机内部进行处理，又称为“回送”地址。私有地址：在A类、B类和C类IP地址中，有一部分地址被保留，没有分配给任何因特网用户，这些地址任何用户都可以使用，但使用这些地址的设备不能直接连接到因特网上。,子网与掩码,针对B类和A类地址可能造成浪费的现象，在两级地址结构的基础上提出了3级结构，即把每个网络的
5、主机地址空间根据需要进一步划分成若干个子网。因此子网内主机的IP地址就由3部分来构成：网络地址、子网地址和主机地址,子网与掩码,子网掩码的概念如何来确定哪些地址位是子网地址，哪些地址位是主机地址呢？在IP编码方案中引入了子网掩码的概念。子网掩码是一个32位地址掩码，对应于网络地址和子网地址的地址掩码位设置为“1”，而对应于主机地址的地址掩码位设置位“0”。,子网与掩码,子网划分通常在规划一个网络时划分子网的步骤如下：根据需要确认子网的个数；根据需要确认每个子网的主机数量；根据子网数量和主机数量，确定子网掩码；确定每个子网的网络地址；确定每个子网上可以使用的主机地址范围。,超网,超网的概念把几个
6、C类地址段合并成为一个大型网络，即构成超网，因此超网是借用一部分网络地址位作为主机位，从而达到减小因特网路由表的目的。,超网,将几个C类地址段合并成一个超网时，必须符合以下条件：地址段数必须是2的幂，如1、2、4、8等。被合并的地址段在地址空间中必须是连续的。超网的第一个地址的第3个字节必须能被段数整除。,超网,超网掩码超网掩码来指定超网地址和主机地址的分界点。超网掩码也是一个32位地址掩码，它对应于超网地址的所有掩码位都被设置为“1”，而对应于主机地址的所有掩码位都被设置为“0”。与子网掩码类似，获取超网地址的方法是将超网掩码和IP地址进行按位“与”运算。,超网,通常超网合并的步骤如下：被合
7、并的地址段是否满足合并成超网的条件；如果满足合并条件，则根据被合并的地址段数量和第一个地址段的地址确定超网掩码；确定合并后的超网地址和主机地址范围。,无分类编址,为了方便IP地址分配和提高IP地址的利用率，1996年因特网组织机构发布了无类别域间路由（Classless InterDomain Routing，CIDR）选择。在CIDR中，去掉了A类、B类和C类地址的概念，采用了无类地址的概念。每个地址仅仅包含网络地址和主机地址两部分。,无分类编址,与子网和超网类似，无类地址也是利用掩码来划分网络地址和主机地址的分界点。无类地址常常采用斜线表示法，将地址和掩码一起表示出来，其格式为：。斜线前面
8、是IP地址，斜线后面是IP地址的网络地址部分的长度，也称为前缀长度，即掩码中连续“1”的位数。例如，“195.160.0.1/24”所对应的掩码是“255.255.255.0”。,地址解析,因特网在网络层使用IP地址的同时，在物理网络中仍然在使用物理地址，两套地址之间的转换过程称为地址解析。解析方法：静态映射主要采用地址映射表来实现IP地址和物理地址之间的映射，即在主机中利用地址映射表来记录网络上其他主机或网络设备的IP地址和物理地址对应关系。动态映射是在需要获得地址映射关系时利用网络通信协议直接从其他主机上获得IP地址和物理地址的映射关系。在因特网上采用了动态映射方法进行地址映射，包括地址解
9、析协议（ARP）和反向地址解析协议（RARP）,地址解析,地址解析协议（ARP）是根据给定的IP地址获取对应的物理地址,地址解析,地址解析协议（ARP）工作过程广播请求获取目的主机的物理地址的数据报目的主机以单播方式向发送请求物理地址的主机回送解析结果,地址解析,ARP数据报格式与封装,地址解析,ARP中需要注意的两点：ARP请求报文和响应报文使用相同的报文格式，它们的协议类型都是0 x0800，通过操作类型来区分请求报文和响应报文，其中ARP请求报文的操作类型为0 x0001，ARP响应报文的操作类型为0 x0002。ARP主要解决同一局域网上的主机或路由器的IP地址和物理地址的映射问题，如
10、果目的主机位于远程网络中时，ARP请求数据报将先发送给路由器，然后由路由器进行逐级转发，最后发送到目的主机。,地址解析,ARP的改进引入了ARP高速缓存技术，即将某台主机或网络设备上经常使用的目的主机的IP地址和物理地址直接记录在本机的内存中，以减少广播ARP请求帧的次数，进而提高网络工作效率。,地址解析,反向地址解析协议RARP用来实现从物理地址到IP地址的映射，即已知主机的物理地址，找到其相应的IP地址。,地址解析,代理ARP当一台主机通过ARP请求检索另一个物理网络中某台主机的物理地址时，将通过物理网络之间的路由器采用逐级广播的方式进行检索。检索效率低下，并且严重影响相关物理网络的工作效率。为此，人们引入了代理技术，即通过路由器来代理不同网络的ARP检索，也称之为代理ARP技术。,地址解析,引入ARP代理后，在提高了网络工作效率的同时也存在如下问题:代理ARP使得多个IP地址对应一个物理地址成为合法化，因此难于对付地址欺骗。代理ARP路由器中的IP地址与物理地址的对应关系需要人工维护，存在及时刷新的问题。代理ARP难以处理多路由器连接的复杂拓扑结构。,
