计网期末复习四(网络层)

IP地址和地址划分

一、IP地址概述及分类

预备知识

1、IP地址概述

IP & MAC地址定义区分

lP地址：给Internet.上的主机分配的一个32位的地址。用来定位计算或网络设备（不同设备IP可能相同，不唯一）
MAC地址和IP地址：目标IP地址指向最终到达的计算机，目标MAC地址指向下一跳接收设备。

IP地址组成：前面为网络标识，后面为主机标识。同一网段的网络标识相同

路由器 & 交换机

路由器连接不同网段，负责不同网段之间的数据转发。
交换机连接的是同一网段的计算机，各台主机标识均不同

IP地址格式 & 子网掩码

IP地址格式：共32位二进制（4B=32bit），常用点分十进制表示方法

子网掩码：32位，将IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。
用左起多个连续的1，对应IP地址中的网络号和子网号。
之后的多个连续的0，对应IP地址中的主机号。

2、IP地址的分类（5类）

IP地址分类：公有和私有。也可分为ABCDE五类。ABC类可分配给网络中的主机（或路由器）的各接口。
主机号“全0”为网络地址，主机“全1”是广播地址不可用于主机的IP地址

A类网络：1.0.0.0~126.0.0.0，共126个网络，其掩码：255.0.0.0，每段容纳2^24-2台主机。

A类的私有地址：10.0.0.0一个网段。

本地环回测试地址：127.0.0.1（本机）~127.255.255.254

B类网络：128.0.0.0~191.255.0.0，共2^14=(2^6)*(2^8)=16384个网络，掩码255.255.0.0，每段容纳2^16-2=65534台主机。

B类的私有地址：172.16.0.0~172.31.0.0，共16段；

保留的IP地址：169.254.0.0~169.254.255.255为自动私有地址。

C类网络：192.0.0.0~223.255.255.0，共2^21=(2^5)*(2^8)^2个网络，掩码255.255.255.0，每段容纳2^8-2=254台主机。

C类的私有地址：192.168.0.0~192.168.255.0共256段；

D类网络：224~239开头，用于多播地址，无子网掩码
E类地址：240~254开头，保留使用。

128 64 32 16 8 4 2 1
A：1-126 (10&&本地回环127.0.0.2-127.255.255.254) 126

B：128.0-191.255 (172.16-172.31) 64

C：192.0.0-223.255.255 (192.168.0-192.168.255) 32

D：224-239 16

E：239-254 16

二、等长子网和变长子网的划分

1、等长子网的划分

子网划分：借用现有网段的主机位做子网位，划分多个子网。形成三级结构：
网络号+子网号+主机号，其两项任务：确定子网掩码的长度、确定一首一尾两个可用IP地址。

等长子网划分：各子网主机数相同。例C类：192.168.0.0(255.255.255.0),

借1位，可等分成2个子网，掩码变为255.255.255.128,

​ 各子网范围：A子网192.168.0.1~192.168.0.126

​ B子网192.168.0.129~192.168.0.254

​ 各子网可用主机数由剩下7位构成：2^7-2=126，主机为不能全0和全1.

借2位，可等分成2^2=4个子网，掩码变为255.255.255.192

​ 各子网范围：A192.168.0.1_.62;B.65.126;C.129_.190;D.193.254

​ 各子网可用主机数：2^6-2=62台

借3位，可等分成2^3=8个子网，掩码变为255.255.255.224，

​ 各子网可用主机数：2^5-2=30台

注意：A类最多可借22位，B类最多能借14位，C类最多能借6位。

题3

划分为8个子网

183.164.1 | 000 0000| 0000 0000

取3位即 子网地址 广播地址

183.164.1|000|0000.0 183.164.128.0 128 128+15 183.164.143.255

183.164.1|001|0000.0 183.164.144.0 128+16 144+15 183.164.159.255

183.164.1|010|0000.0 183.164.160.0 128+32 160+15 183.164.175.255

183.164.1|011|0000.0 183.164.176.0 128+32+16 176+15 183.164.191.255

183.164.1|100|0000.0 183.164.192.0 128+64 192+15 183.164.207.255

183.164.1|101|0000.0 183.164.208.0 128+64+16 208+15 183.164.223.255

183.164.1|110|0000.0 183.164.224.0 128+64+32 224+15 183.164.239.255

183.164.1|111|0000.0 183.164.240.0 128+64+32+16 240+15 183.164.255.255

子网掩码 IP地址总数 可分配IP地址

255.255.240.0 2^12=4096 2^12-2=4094

可分配IP地址范围

183.164.128.1~183.164.143.254

183.164.144.1~183.164.159.254

183.164.160.1~183.164.175.254

183.164.176.1~183.164.191.254

183.164.192.1~183.164.207.254

183.164.208.1~183.164.223.254

183.164.224.1~183.164.239.254

183.164.240.1~183.164.255.254

2、变长子网的划分（了解）

变长子网划分：将网段划分成地址长度不同的子网。可变长的掩码称为VLSM.

变长子网段划分方式（以C类为例）

0xxx xxxx 容纳128台

10xx xxxx 容纳64台

110x xxxx 容纳32台

1110 xxxx 容纳16台

1111 0xxx 容纳8台

1111 10xx 容纳4台 （注意：C类最多借6位）

例如192.168.0.0(255.255.255.0)分成三段子网，分别容纳100台、50台、20台

0xxx xxxx 容纳128台

10xx xxxx 容纳64台

110x xxxx 容纳32台

子网A:借1位，掩码：255.255.255.128主机为192.168.0.1~192.168.0.126

子网B:借2位，掩码：255.255.255.192主机为192.168.0.129~192.168.0.190

子网C:借3位，掩码：255.255.255.224主机为192.168.0.193~192.168.0.222

CIDR:无类别域间路由。支持IP地址无类别编址，采用13~27位可变网络D。

3、CIDR(IP地址/网络前缀数)

网络结构与分类编址相似：网络前缀+主机号。同一前缀的网络称CIDR地址块
地址掩码另一种记法-CIDR:“IP地址/网络前缀数”（即CIDR值：子网掩码中1的个数）

例：172.16.122.204(255.255.0.0)写为：172.16.122.204/16.

判断IP所属网段。例：192.168.0.101/27

64+32+4+1
011|0 0101
011|0 0000
既网段192.168.0.96

4、合并网段（合并地址块）

1）使得一个网段可以表示原来多个网段。也称构造超网，也称路由聚合。

例如将192.168.0.0/24和192.168.1.0/24两个C类网络合并
掩码左移1位，能合并两个连续的网段。合并后网段192.168.0.0/23，掩码255.255.254.0

2）不是任何连续的网段都能合并。

例如将192.168.1.0/24和192.168.2.0/24两个网络合并，网络部分掩码**左移2位，相当于合并了4个网段**。（相当于192.168.3.0和192.168.0.0也被合并在内）

3）网段合并的规律：子网掩码左移n位，合并网络数为2^n

4）判断子网：掩码长度小于默认掩码长度为子网，反之掩码长度大于默认掩码可判断为超网。
A类默认掩码为8位，B类默认掩码为16位，C类默认掩码为24位

三、IP地址的应用规划

1、IP地址的应用

IP地址的应用规划：根据网络拓扑图为设备分配IP地址。

案例：假设甲请到的C类网络为218.75.230.0,使用定长的子网掩码给下图所示拓扑进行引P地址规划。

①需求统计：实际P地址数=主机数+全0+全1+路由口子网络1~5，其地址数分别为9、28、15、13、4。（等长划分看最大的子网主机数）

②规划思路：从P最后一段，借3位，构成子网号。子网数2^{3=8（满足条件），主机数2}5=32（满足条件）掩码为255.255.255.11100000相当于255.255.255.224

网络层

一、网络层概述

网络层的主要任务：分组转发和路由选择

网络层向上提供两种服务：面向连接的虚电路服务、无连接的数据报服务

网际协议IP:是TCP/IP体系结构网际层中的核心协议，网络层都使用相同的IP协议，优
点：异构网络互连

IP地址与MAC关系：数据报传送中源和目的IP地址保持不变，源MAC地址和目的MAC地址逐链路或逐网络）改变。

1、地址解析协议ARP:

通过IP地址找出其相应的MAC地址
①A发送查找B的ARP广播帧
②B主机给A发送ARP应答消息。
③A会将其记入本机ARP缓存

ARP：将IP地址映射为对应的MAC地址（RARP与ARP功能相反）

二、IP数据报首部格式

IP数据报的首部格式及其内容，是实现IP协议各种功能的基础。每个信息称字段。

版本：IPv4协议版本号为4，首部长度：4比特，(0101~1111)×4字节，表示首部20~60字节(固定部分20字节，可变部分最大为40字节)
总长度=首部长度+数据载荷长度，16比特表示：20~65535字

IPV4数据报分片：以适应下层数据链路层MTU<1500字节

标识：属于同一数据报的分片，各片的标识字段相同。

标志：MF=1还有分片，MF=0最后一片，DF=0允许分片（more fragment 、don’t fragment

）

片偏移：

8字节/偏移单位，表示分片在原数据报位置
计算片偏移：分片数据在原数据报中的起始位置/8

生存时间TTL,跳数为单位，初始值128，到达路由TTL-1
协议：对应上层常用协议。
首部检验和：只检验首部差错源IP地址和目的IP地址（各32位）

1总 8片 首4（总长度单位 片偏移单位 首部长度单位 /字节）

三、相关路由协议以及ICMP协议

1、路由相关协议

路由Routing:是指对到达目标网络所进行的最佳路径选择
路由实现的三种方式：路由器(Router)、路由模块和软件路由。
路由器：一种多输入输出端口的专用计算机，其任务为转发。
路由表：从目的网络到下一跳的映射，以表形式存储。
查找路由表：为每一个数据报单独选择获得最佳路径信息
直接路由：目的地所在网络与路由器直接相连。
静态路由：手工配置小型网络。
动态路由：依靠路由协议自主学习而获得路由表

路由协议分类：内部网关协议(IGP)类：RIP、OSPF
外部网关协议类：EGP、BGP
路由信息协议RIP:30秒交换相邻路由表，跳数少为佳。RIP最大15，仅支持分类编址。
开放最短路径优先协议OSPF:收敛快、不存在回路、支持VLSM和CDR、可扩展性强。

例题

2、网际控制报文协议(ICMP)

网际控制报文协议(ICMP):有效地转发IP数据报和提高IP数据报交付成功的机会。

主机或路由器用ICMP来发送差错报告报文和询问报文。

1）差错报告报文共五种：

1.终点不可达：找不到路由，使源点知道分组不能提交。
2.源点抑制：路由器或主机拥塞，丢弃该IP数据报，使源点知道可以放慢发送速率
3.时间超过（超时）：TTL=0去弃该IP数据报，告诉源点，该数据报转发次数过多，或超出预先规定的时间。
4.参数问题：路由器检验出，首部出现误码，丢弃该IP数据报。
5.改变路由（重定向）：告诉主机路由改变报文，下次需发送给另外的路由器，以获得更好的路由。

2）ICMP询问报文分两种：

1.回声请求与应答：回答是否还活着

2.时间戳请求和回答：回答当前日期时间

3）ICMP典型应用：

使用ping命令，测试主机或路由器之间的连通性，发送四个回送请求报文，计算接收时间；
使用tracert命令，探测从源地址到目标地址沿途经过了哪些路由器。

四、虚拟专用网和地址转换

**虚拟专用网(VPN)**利用公用的因特网作为本机构各专用网之间的通信载体。员工远程、居家等
常用的专用地址（私有地址）：

10.0.0.0~10.255.255.255/8
172.16.0.0~172.31.255.255/16
192.168.0.0~192.168.255.255/16

IP隧道技术：IP数据报虽经过多个网络和路由器，但逻辑上，源目间是一条直通的点对点链路
原理：R1将分组以封装后形态转发目的R2,随后其解封装还原分组，以原形态转发到实际目的1
网络地址转换(NAT)技术：内部专用地址用户共享至少1个公网地址，实现与Internet互访