IP地址的规划与IP路由协议.ppt
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1、第六章 IP地址的规划与IP路由协议,学习目的：深入理解IP网络中IP地址的含义与 特征，掌握IP地址与子网掩码,熟练掌握IP地址的规划与应用规律。,IP地址的规划,IP地址的表示,点分十进制,二进制,6.1 IP地址,IP地址的组成,网络地址,主机地址,例如:,由于受到网线电气性能和技术上的局限，计算机网络一般都是由一些单独的网段组成。路由器和网桥等网络设备则被用来连接不同的网段。除了在物理上划分网络之外，还可以使用更高层次的软件协议来划分子网(逻辑上的概念)。子网不仅可以与物理网段一一对应，还可以跨网段划分，每个子网对应一个网络地址。,网络分类一览表(6-1),IP地址分类,有了表6-1的
2、约定，任意给出一个IP地址，就可以很容易判断它属于哪一类，默认网络地址是什么，这里注意“默认”。例如：给出一个IP地址202102164，通过查表6-1知道它属于C类地址，默认网络地址为202102160。,目前普遍采用的IP协议被称为IPv4，即版本4。更高版本的IPv6已经开始在网络环境内开始试用，它将在今后的几年内逐步取代IPv4。IPv6对地址分配系统进行了改进，支持128位(16字节)的地址长度，在性能和安全性上有所增强。,6.2 子网与子网掩码,子网:除了由主机地址和网络类型决定的网络地址之外，IP协议还支持用户根据自己网络的实际需要规划子网。子网与网络地址相结合，不仅可以把位于不
3、同物理位置的主机组合在一起，还可以通过分离关键设备或者优化数据传送等措施提高网络的安全性能，降低网络流量。,子网一个最显著的特征就是具有子网掩码。与地址相同，子网掩码的长度也是32位，也可以使用十进制的形式。例如:,子网掩码的作用就是对IP地址进行划分，形成扩展网络地址和主机地址两部分。子网掩码与IP地址共同配合使用，实现主机之间的通信。,子网掩码,子网掩码中的二进制位构成了一个过滤器，通过IP地址与子网掩码按位逻辑与运算可分解出相应的网络地址。例如:带有子网掩码25525500的IP地址149200191239，被解释为14920000网络上的主机，它在网络上的主机地址为191239。从而保
4、证该主机能够与在14920000网络上的主机相互通信，与其他网络上的主机通信必须通过路由设备或网桥设备。,IP地址的每一类都具有默认的子网掩码，它定义了每个地址类别中IP地址的多少位用于表示没有子网的网络地址(与表6-1中默认网络地址对应)。这些默认的子网掩码如表6-2,默认子网掩码、最大的网络和主机(表6.2),在有些网络应用系统中是不需要指明子网掩码的，而是采用默认值。如10.10.10.1，由于它属于A类地址范围，所以默认子网掩码为255.0.0.0，即其网络地址为10.0.0.0，而在该网络中的主机地址为10.10.1.0。又如，根据表6-1所示，它为C类地址，其默认子网掩码为255.
5、255.255.0，其网络地址为192.168.1.0，在该网络中的主机地址为25。,使用IP地址10111，却采用2552552550作子网掩码，从IP地址可以看出是A类地址，子网掩码却为C类地址的子网掩码，这种应用是否合理？,实际上可以从两个方面理解这种应用，一是255000是A类地址的默认子网掩码，但不是说A类地址必须使用它作子网掩码：二是，这样使用实际上是将10这个A类地址空间进行了子网化，用前三个字节代表网络地址，第四个字节作为主机地址。这样做的好处是将一个A类地址细分为多个C类地址来用，增加了可用子网数量，即对网络进行了扩展。,同样，使用一个标准C类地址192.168.1.100，
6、可以使用子网掩码255.255.0.0，此时相当于192.168.0.0为网络地址，1.100为主机地址，该子网包含65 534个主机，即主机地址在范围192.168.0.1-192.168.255.254内。实际上这种方法将255个C类地址空间合成了一个B类地址空间。,当然，在实际应用中，Intranet与Internet互连，一般采用申请获得的公共IP地址，这时子网掩码设置需小心，否则容易出现IP冲突或不正确的路由。当然也可以使用私有IP地址(除非特殊要求一定用公共IP)，此时内部网络的IP及子网掩码设置就灵活得多。,扩展子网掩码 在实际应用中，采用默认子网掩码往往受到很多约束。如一个企业
7、申请了一个C类地址空间，但根据应用需要分成几个子网来用，此时默认的子网掩码就无法满足要求。,扩展(打破默认记法)网络地址由上面所讲的基本网络地址和多出的子网地址组成。通过使用子网地址可以在主机地址空间内划分出一部分地址位作为子网的网络地址。这类子网掩码也称为可变长子网掩码(Variable-Length Subnet Masks，VLSM)。,举例来说，一个小型企业计划使用19216810网络地址空间规划企业内部网，并且希望为不同的部门分配不同的子网，这样有利于安全和减少网络流量，这就需要使用子网掩码对网络进行划分。我们已经知道这是一个C类网络，网络地址为24位，如果要对其进行分段，必须要求扩
8、展网络地址的位数超过24。,例如:如果决定使用25位的子网掩码255.255.255.128(11111111.11111111.1111111110000000)，就会创建两个新的子网络，而原先用于主机的地址位则会相应减少。具体可见下表：,采用255255255128作为子网掩码，子网掩码与IP地址进行逻辑与运算，IP地址中前25位一致的主机属于一个子网，可以相互访问。这时将一个C类地址空间19216810划分为两个子网。,同理，如果在主机地址中取两位作为子网掩码，可以创建4个子网；如果取三位作为子网掩码，可以建立8个子网，按此类推。在实际应用中，可以根据需要创建子网个数和每个利用一个8位组
9、进一步划分网络地址可归纳为下列计算规则:,10000000=128 2 11000000=192 4 11100000=224 8 11110000=240 16 11111000=248 32 11111100=252 64 11111110=254 128,如上所示，使用255255255192可以将一个C类地址空间划分为4个子网，255255255252可以将一个C类地址空间划分为64个子网，当然此时每个子网内主机数量为2个，因为最后两位为00和11分别是对应子网的网络地址和广播地址。,这个规则同样可以应用到B类、A类地址的扩展子网划分中。例如使用2552552400作为子网掩码，即32
10、位中前20位作网络地址，后12位作为主机地址。此时，可以将一个B类网络划分为16个子网使用，每个子网的主机数为212_2=4094(去掉主机地址为全0全1)。我们来看看B类子网规划实例：,B类子网规划实例,同样，在实际应用中也可以不去过多地考虑给定地址的类型，并超越默认子网掩码的定义。实际上子网掩码也就是32位二进制数字串，前面若干个1后面若干个0，1的位数定义了网络地址空间，这样进行子网划分，所有子网都是可用的。如192.168.0.1是一个C类网络地址，但可以使用255.255.254.0作为子网掩码，相当于合并了两个C类地址空间，构成了可容纳29-2二510个主机地址的IP地址空间。,这
11、时我们称其为超网，或无类域内路由(Classless Inter-Domain Routing，CIDR)。,讨论,据RFC(请求注解)文档的描述，子网划分时，128和254(指作为最后一个字节255255255254)是不能用的，且每个子网中的第一个子网和最后一个子网是不能用的，如以192划分子网，掐头去尾只允许使用两个子网.,讨论,255255255254作为子网掩码不能用是很好理解的，因为此时只有一位作为主机地址，要么为0要么为1，实际上这两个地址分别表示子网的网络地址和广播地址，所以无法使用，当然在对A类、B类地址空间进行子网划分时可以使用，如可设置子网掩码为2552552540，表示
12、网络地址为23位，主机地址为9位。,不能使用255255255128作为子网掩码，因为子网地址只有一位，要么为0要么为1，根据RFC的约定，子网地址不能全为0或全为1。按这种规则，其他划分子网的方法中第一个子网和最后一个子网也是不能用的。如使用255255255192，只能使用中间两个子网。这样划分子网后将浪费一定的地址空间。,这种约定主要来源于路由器应用中，对于VLSM(可变长子网掩码)不能使用RIPvl0路由协议或IGRP(内部网关路由协议)的网络。这些协议在路由器之间传输的信息中不携带子网掩码，每个路由器只设定一组网络体系结构，即A类地址默认使用子网掩码255.0.0.0，B类、C类地址
13、默认使用16位、24位的子网掩码。但在RIP20和增强IGRP中都允许扩展子网掩码。,在实际应用中，构建TCPIP网络应用，上述规则往往可以打破，因为主机采用IP地址通信时，是IP与子网掩码先进行逻辑与运算，决定子网地址空间，同一子网的主机可以进行通信，因此，每个子网空间的第一和最后一个子网是可以使用的，能够实现子网间的隔离，当然在使用路由设备进行网络互连中尽可能遵守上述规则，避免有可能出现问题，损失不过是浪费部分IP地址。,6.3 IP应用,IP地址规划方法 在实际应用中，可以根据地理分布或应用规划IP。例如一个学校从安全、方便管理、应用等角度，可以规划行政机关属于一个子网，各个系部属于独立
14、的子网，较大的实验室独立使用一个子网等。,6.3 IP应用,这样通过采用交换机隔离冲突域以避免通信出现阻塞，也达到了按照使用人群及应用领域进行子网隔离的效果，增强了安全性。IP地址的使用有以下方法：,1 公共IP 一个企业或学校申请接入Internet，通过相关机构可以申请域名和IP地址空间。例如一所高校会根据规模向CERNETNIC申请一定的IP地址空间，它可能会得到8个c类地址段或16个C类地址段或1个B类地址段等。,使用公共IP的好处是，网络中的主机在Internet中拥有唯一且合法的IP地址，在很多应用中会较方便。但同时也存在一些问题，包括IP地址往往会随着网络的规模扩大而紧张，更重要
15、的是存在安全隐患问题。,2私有IP 在所有IP地址中，有些网络地址段是保留的，即在Internet上无法传输的。它们包括 10000255000 127000255000 172160025525500 1921680025525500,私有IP地址经常用于不连接Internet的基于IP的隔离网络，是由于特殊的目的而保留的。采用私有IP连接公网可以有两种方法，一是通过代理服务器，二是使用具有网络地址转发功能的路由器。,使用具有NAT功能的路由器也称透明代理，通过对私有IP地址和公用IP地址表编程，转发私有IP数据包，私有IP和公有IP相互补充，不仅能够更有效的使用IP地址空间，最重要的是实现
16、了内外网的隔离。增强了网络的安全性。,3 子网与超网 前面介绍了扩展子网，超网的概念。利用扩展子网掩码的方法，可以将网络地址空间细分，从而避免IP地址的空间浪费。利用超网的概念可以实现地址空间的扩大，超越默认的IP地址按类分配空间的约束，将更多的主机包含在一个子网内。,6.4 案例分析：应用扩展子网掩码规划子网,如果一个单位有多个分布在各地的网络，且每个网络的主机数量并不很多，那么按类申请多段网络地址不仅会造成IP地址的浪费，而且会使单位付出较大的经济代价，尤其是一定要使用公共IP地址的情况下。此时，可以将一段网址划分为多个子网，以节省IP地址和资金。,例如：某单位有三个位于不同地点的子网(以
17、下称为甲、乙、丙网)，各网络的主机数分别为20、25和50。这时申请了一个C类地址空间2021191150。首先选取255255255224作为子网掩码，其中224的二进制形式为11100000，即将主机地址中的三位拿出来作子网地址用，这时将一个标准C类地址空间划分为8个子网。,第1子网：00100001-00111110即33-62第2子网：01000001-01011110即65-94第3子网：01100001-01111110即97-126第4子网：10000001-10011110即129-158第5子网：10100001-10111110即161-190第6子网：11000001-1
18、1011110即193-222,主机丙网有50台主机，按上述分割方法无法满足它对IP地址的需要。这时，我们将它的子网掩码设成255255255192，由于192的二进制值为11000000，按上述方法，它可以划分为四个子网，同样去掉第一个和最后一个，分别为：,第1子网：01000001-01111110即65-126 第2子网:10000001-10111110即129-190 每个子网有62个IP地址可用，我们将第一子网分配给丙网.至此，实现了多个子网共用一个C类网址空间的目的。,小节练习：,求：IP地址类别、子网号、广播 及可用IP地址范围。,6.2 路由协议概述,6.2.1 路由原理简介
19、 寻径即判定到达目的地的最佳路径，由路由选择算法来实现。转发即沿寻径好的最佳路径传送信息分组。,6.2 路由协议概述,路由转发协议和路由选择协议是相互配合又相互独立的概念，前者使用后者维护的路由表，同时后者要利用前者提供的功能来发布路由协议数据分组。,6.2 路由协议概述,6.2.2 常用路由协议简介 1路由协议 典型的路由选择方式有两种：静态路由和动态路由静态路由和动态路由有各自的特点和适用范围，因此在网络中动态路由通常作为静态路由的补充。,6.2 路由协议概述,当一个分组在路由器中进行寻径时，路由器首先查找静态路由，如果查到则根据相应的静态路由转发分组；否则查找动态路由。,6.2 路由协议
20、概述,2RIP路由协议 转发信息数据库 路由更新 RIP路由metric RIP的稳定性 RIP定时器 RIP分组格式,6.2 路由协议概述,RIP1分组格式,6.2 路由协议概述,RIP2分组格式,6.2 路由协议概述,3OSPF路由协议 OSPF路由协议概述 与RIP不同，OSPF的工作是有层次的，其层次中最大的实体是自治系统(AS)，即遵循共同的路由策略统一管理下的网络群。虽然OSPF可以与其它AS中的路由器交换路由信息，但它们是一种AS内部路由协议。,6.2 路由协议概述,6.2 路由协议概述,分组格式,6.2 路由协议概述,4路由表项的优先问题 在一个路由器中，可同时配置静态路由和一
21、种或多种动态路由。它们各自维护的路由表都提供给转发程序，但这些路由表的表项间可能会发生冲突。这种冲突可通过配置各路由表的优先级来解决。,6.2 路由协议概述,5路由算法 设计目标：最优化：指路由算法选择最佳路径的能力。简洁性：算法设计简洁，利用最少的软件和开销，提供最有效的功能。,6.2 路由协议概述,坚固性：路由算法处于非正常或不可预料的环境时，如硬件故障、负载过高或操作失误时，都能正确运行。快速收敛：收敛是在最佳路径的判断上所有路由器达到一致的过程。灵活性：路由算法可以快速、准确地适应各种网络环境。,6.3 IP路由配置,主要介绍静态路由与动态路由的配置和调试方法，其中动态路由以RIP和O
22、SPF为例。在配置路由之前，假设网络结构图如图所示,6.3 IP路由配置,路由器端口规划如表所示,6.3 IP路由配置,6.3.2 配置静态路由 1配置静态路由 Router(config)#ip route destination destination_mask IP_address|FastEthernet number|Loopback number|Serial number metric,6.3 IP路由配置,2配置默认路由 Router#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 IP_address 3启用默认静态路由 Router(config)#ip classles
23、s,6.3 IP路由配置,4启用路由功能 Router(config)#ip routing 5查看路由表信息 Router#show ip route static,6.3 IP路由配置,2调试命令 ping命令 Router#ping ipaddress 跟踪路由 Router#traceroute ipaddress,6.3 IP路由配置,3静态路由配置示例 router1路由器的静态路由配置 ip route 10.1.1.0 255.255.255.0 192.168.0.1 20ip route 10.1.1.0 255.255.255.0 192.168.3.2 30ip rou
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