IP地址及其转换.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,IP,地址及其转换,在,TCP/IP,体系中，,IP,地址是一个最重要的概念，有必要弄清楚，,IP,地址由,因特网名字与号码指派公司,ICANN,（,Internet Corporation of Assigned Names and Numbers,）进行分配，我国用户可向,亚太网络信息中心,APNIC,（,Asia Pacific Network Information Center,）,申请，因特网中,IP,地址为全局地址，为考虑不同网络的规模，,IP,地址分为五大类即：,A,、,B,、,C,、,D,、,E,。,IP,地址的特点：,IP,地址在网络层应用，它必须具有实现不同种类的网络（数据链路层实现不同）上的主机通讯的能力。,地址必须包含指明接收主机所在的网络，这使得路由具有可行性。,IP,地址是逻辑地址（不是物理地址）,IP,地址,IP,地址的特点：,（接上页）,32bits,包含网络号（,NetID,）和主机号（,HostID,）,每台主机都必须有唯一的地址,IP,地址必须统一分配，以防重复,0,NetID,10,110,NetID,1110,Multicast Address,HostID,NetID,HostID,HostID,Class,A,B,C,D,8 bits,8 bits,8 bits,8 bits,IP,地址分类,A,类地址范围,00000000-01111111 1-126,（,127,用于本地环路测试,）,B,类地址范围,10000000-10111111 128.0-191.255,C,类地址范围,11000000-11011111 192.0.0-223.255.255,D,类地址范围,11100000-11101111 224-240,IP,地址分类,A,类,126,（,2,7,-2,）个网络号,每个网络有一千六百万（,2,24,-2,）个主机号,B,类,16384,（,2,14,）个网络号,每个网络有,65534,（,2,16,-2,）个主机号,C,类,2097154,（,2,21,）个网络号,每个网络有,254,（,2,8,-2,）个主机号,IP,地址分类,D,类地址是多播地址或组播地址。,网络号由一个权威组织,ICANN,在全球的范围里统一分配。,主机号由本地的主机管理员分配。,IP,地址分类,IP,地址通常用点分十进制表示：,1.2.3.4,00000001,00000010 00000011 00000100,IP,地址可以指明单个网络的地址，将主机号部分置为全零即可：,10.0.0.0 00001010,00000000,00000000,00000000,175.89.0.0 10101111 01011001,00000000,00000000,201.123.56.0 11001001 01111011 00111000,00000000,202.118.66.5,11001010 01110110 01000010,00000101,网络号,主机号,网络地址和主机地址,每个网络界面分配的地址叫做,主机地址,。,如果一个主机连接多个网络，它针对每一个网络都有一个,IP,地址，这样此主机就有多个主机地址（称为,多穴主机,），路由器总是具有一个或多个,IP,地址,。,同一个网络上主机有相同的,网络地址,（网络号）。,用网桥（只在链路层工作）互连的局域网仍然是一个局域网。,IP,地址不能反映任何有关主机位置的地理信息。,关于,IP,地址的补充说明,1,、因特网中每台主机至少有一个,IP,地址，且全网唯一；若有两个或多个,IP,地址，则说明该主机可能会属于两个或多个逻辑网络。,2,、,D,类,IP,地址是多点广播地址，也叫多播地址，主要留给因特网体系结构委员会,IAB(Internet Architecture Board),使用。,3,、,E,类,IP,地址用以保留今后作为特殊用途。,4,、本机：,32,位全,0,的,IP,地址“,0.0.0.0”,用以表示本主机，,5,、有限广播地址：是指,32,位全,1,的,IP,地址，即“,255.255.255.255”,，如果采用子网编址，那么有限广播将被限制在本子网之内。,6,、直接广播地址：有效网络号,+,全“,1”,主机号，如：,202.93.120.255,可向网络,202.93.120.0,网上所有主机广播信息。,7,、本网,IP,地址：有效网络号,+,全“,0”,主机号，表示本网网络,IP,地址。,8,、子网掩码：全“,1”,网络号,+,全“,0”,主机号，也叫子网屏蔽码，用于屏蔽,IP,地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该,IP,地址是在局域网上，还是在远程网上。,R3,B,R1,R2,LAN3,222.1.3.0,LAN2,222.1.2.0,222.1.3.1,222.1.3.2,222.1.5.1,222.1.5.2,N2 222.1.5.0,222.1.4.1,222.1.4.2,N1 222.1.4.0,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,LAN1,222.1.1.0,222.1.6.1,222.1.6.2,N3 222.1.6.0,222.1.2.1,222.1.2.2,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.5,222.1.3.3,222.1.1.4,互连网中的,IP,地址,4.2.2,子网的划分,为什么要划分子网？,分类地址或有类地址（,classful,addess,）的缺陷：,地址分配不够灵活，地址空间消耗速度快，,怎样进行子网划分：,子网划分技术：,将较大的分类地址（,A/B,类）空间划分成多个小的子网。,子网的划分,用什么划分子网？,地址掩码在子网划分中的作用,与传统分类地址一致，子网划分地址中的主机部分与网络部分（网络,+,子网）的边界由子网掩码来定义。,子网划分时，子网掩码的位数可以根据需要确定,利用可变长子网掩码（,VLSM,），可把一个地址空间划分为若干大小不同的子网。,VLSM,的采用能够更有效地管理地址空间：在地址分配时，可实现地址空间容量与子网中主机的数量达到最佳的匹配。,NetID,SubnetID,HostID,默认的子网掩码,网络,主机,A类,11111111 00000000 00000000 00000000,B类,11111111 11111111 00000000 00000000,C类,11111111 11111111 11111111 00000000,255 .0 .0 .0,255 .255 .0 .0,255 .255 .255 .0,网络,主机,网络,主机,子网掩码及其分类,子网掩码：全“,1”,网络号,+,全“,0”,主机号，也叫子网屏蔽码，用于屏蔽,IP,地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该,IP,地址是在局域网上，还是在远程网上。,非默认的子网掩码,假设,A,类网络,10.0.0.0,的某个子网起始地址为,10.64.0.0,，其子网掩码为：,11111111,111,00000,00000000 00000000,255 .224 .0 .0,00001010,010,00000,00000000 00000000,则此网络亦可表示为：,10.64.0.0/11,，其中,11,表示网络号及子网号占有的位数。,子网掩码的分类,采用子网掩码就相当于采用,三级寻址,。每个路由器收到一个分组时，检查网络号，若网络号不是本网络，则查路由表下一转发地址，否则，再检查,IP,地址中的子网号进行转发。,子网的划分,子网掩码的作用是对,A,、,B,、,C,类,网络进行分割，把一个大网分割成多个小网，来达到对网络地址的充分利用。,通过某一站点的,IP,地址及其掩码应该能够判断出：网络号、子网号、主机数、该子网地址范围,。,例如：,202.196.57.108 255.255.255.240,11001010 11000100 00111001 01101100,11111111 11111111 11111111 11110000,网络号：,202.196.57,子网号：,6,（,0110,）,主机数：,16,子网起始地址：,202.196.57.96,202.196.57.111,子网的划分,180.56.3.2,180.56.3.1,目的,IP,：,202.168.96.160,R1,R2,R3,Subnet1,202.168.96.32,255.255.255.224,Subnet2,202.168.96.64,255.255.255.224,Subnet3,202.168.96.128,255.255.255.192,目的网络,下一站,距离,202.168.96.32,180.56.3.2,1,255.255.255.224,202.168.96.64,180.56.3.2,1,255.255.255.224,202.168.96.128,180.56.3.2,1,255.255.255.224,子网寻址,选学下例,:,设某路由器建立了如下的路由表,:,目的网络,子网掩码,下一站,128.96.39.0,255.255.255.128,接口,0,128.96.39.128,255.255.255.128,接口,1,128.96.40.0,255.255.255.128,R2,192.4.153.0,255.255.255.192,R3,默认,R4,此路由器可以直接从接口,0,和接口,1,转发分组,也可通过相邻的路由器,R2,、,R3,、,R4,进行转发。现共收到个分组，其目的,IP,地址分别为：,128.96.39.10,；,128.96.40.12,；,128.96.40.151,；,192.4.153.17,；,192.4.153.90,；请分别计算其下一站。,答：接口,0,；,R2,；,R4,；,R3,；,R4,。,解：,方法：用目的主机,IP,地址与子网掩码做与运算，所得结果为目的网络,IP,地址,(,即为目的,IP,的子网号,),；再看目的,IP,的子网号是否与路由表中的某个条目的子网号相同；若相同，则找到了下一站；否则，就从最后的默认出口转发出去。,如：,255.255.255.01000000,128.96.39.00001010,目的网络：,00000000,128.96.39.0,因此应从接口,0,转发分组，即下一站是接口,0,。,128,10,与运算,例：下图是某个单位的网络拓朴结构图，该单 位的网络地址是,202.14.8.0,子网掩码是,255.255.255.224,，请给出图中的子网地址、主机地址和路由器地址。,子网,1,子网,2,子网,3,H11,H1n,R1,R3,R2,H21,H2n,因特网,H31,H3n,解：,该题是将,IP,地址,202.14.8.0,及掩码,255.255.255.224,细分成三个子网。根据子网掩码,255.255.255.224,得知最后,8,位,(224),是,11100000(,二进制,),，,111,表示前,3,位已经是网络号，要再划分子网，需要从后,5,位,0,中划出,2,位作为子网号。划分方法如下：,将,5,个,0,中的前,2,位,0,作为子网号，可以有,4,个子网,00,、,01,、,10,、,11,，因此,4,个子网掩码最后,8,位是,11111000,，其掩码变为,255.255.255.248,可分配给子网,1,的子网,IP,地址是,202.148.14.0,，分配给子网,2,的子网,IP,地址是,202.148.14.8,，分配给子网,3,的子网,IP,地址是,202.148.14.16,，还有一个子网,IP,地址是,202.148.14.24,保留以后用。,因此，子网,1,上的主机和路由器端可分配的,IP,地址范围是,202.148.14.1-202.148.14.6(,全,0,即,0,和全,1,即,7,不能分配，一个表示子网号，另一个是广播地址,),，子网,2,上的主机和路由器端可分配的,IP,地址范围是,202.148.14.9-202.148.14.14(,全,0,即,8,和全,1,即,15,不能分配,),，子网,3,上的主机和路由器端可分配的,IP,地址范围是,202.148.14.17-202.148.14.22(,全,0,即,16,和全,1,即,23,不能分配,),。,例,:,一个网络被分配了,C,类地址,202.113.27.0,如果该网络需要,5,个子网组成,每个子网的计算机不超过,25,台,那么应该怎样划分和使用,IP,地址呢,?,TCP,报文格式如下图：,TCP,协议,这里介绍报文格式，是为我们使用嗅探工具（,sniffer,Ethereal,.,）打下基础,TCP,：（,Transmission Control Protocol,）面向连接的可靠传输协议，为用户 应用端之间提供一个虚拟电路。,源端口（,Source Port),：呼叫端端口号,目端口（,Destination Port),：被叫端端口号,序列号（,Sequence Number,）：分配给报文的序号，用于跟踪报文通信顺序，确保无丢失,确认号（,Acknowledgement Number,）：所期待的下一个,TCP,报文的序列号，并表示 对此序列前报文正确接收的确认,报头长度（,HLEN,）：报文头部的字节数,保留域（,Reserved,）：设置为,0,编码位（,Code Bits,）：控制功能（如,TCP,连接的建立和终止）,窗口（,Window,）：发送者同意接收的字节数,校验和（,Checksum,）：报头和数据字段的校验和,紧急指针（,Urgent Pointer,）：指示紧急数据段的末尾,选项（,Option,）：当前定义,TCP,段的最大值,数据（,Data,）：上层协议数据,UDP,报文格式如下图：,UDP,协议,UDP,报文格式,UDP,：（,User Datagram Protocol,）无连接的非可靠传输协议,源端口（,Source Port),：呼叫端端口号,目端口（,Destination Port),：被叫端端口号,报头长度（,HLEN,）：报文头部的字节数,校验和（,Checksum,）：报头和数据字段的校验和,数据（,Data,）：上层协议数据,UDP,传输不提供,ACK,反向确认机制、流量和报文序列号控制，因此,UDP,报文可能会丢失、重复或无序到达，通信的可靠性问题将由应用层协议提供保障。但,UDP,报文格式和控制机制简单，因此通信开销比较小，,TFTP,、,SNMP,、,NFS,和,DNS,应用层协议等都是用,UDP,传输的。,IP,数据报头格式如下图：,IP,协议,版本号：,VERS,分组长度（,HLEN,）：报文头部的字数（字长,=32bits,）,业务类型（,Type of Service,）：分组的处理方式,总长度,(Total Length),：分组头部和数据的总长度（字节数）,标识（,Identification,）、标记（,Flags,）、片偏移（,Frag,Offset,）：对分组进行 分片，以便允许网上不同,MTU,时能进行传送,生存时间（,TTL,）：规定分组在网上传送的最长时间（秒），防止分组无休 止地要 求网络搜寻不存在的目的地址；,协议,(Protocol):,发送分组的上层协议号,(TCP=6,，,UDP=17),校验和（,Header Checksum,）：分组头校验和,源和目,IP,地址（,Source and Destination IP Address,）：标识网络中端设备的,IP,地址,IP,选项（,IP Options,）：网络测试、调试、保密及其他,数据（,Data,）：上层协议数据,IP,分组格式,:,对数据分组进行无连接的最佳传送路由选择（即提供全网范围的寻址功能）；,IP,数据报头格式参数,我们用单片机实现,TCP/IP,协议要作一些简化，不考虑数据分片和优先权。因此，在此我们不讨论服务类型和标志偏移域，只需填“,0”,即可。协议“版本”为,4,，“头长度”单位为,32Bit,，“总长度”以字节为单位，表示整个,IP,数据报长度。“标识”是数据包的,ID,号，用于识别不同的,IP,数据包。“生存时间”,TTL,是个数量及的概念，防止无用数据包一直存在网络中。一般每经过路由器时减一，因此通过,TTL,可以算出数据包到达目的地所经过的路由器个数。“协议”域表示创建该数据包的高级协议类型。如,1,表示,ICMP,协议，,6,表示,TCP,协议，,17,表示,UDP,协议等。,IP,数据包为简化数据转发时间，仅采用头校验的方法，数据正确性由高层协议保证。,ICMP,协议,ICMP,（,Internet Control,MessageProtocol,),：提供控制和传递消息的功能（但通信时需用,IP,封装）；,(1)ICMP(Internet,Protocol:Error,and Control Messages,）发送差错和控制消息，提供了一种差错报告机制，用于网络故障诊断。,（,2,）,ICMP,定义了以下主要的消息类型,目的端无法到达（,Destination unreachable,）,数据分组超时（,Time exceeded,）,数据分组参数错（,Parameter problem,）,源抑制（,Source quench,）,重定向（,Redirect,）,回声请求（,Echo,）,回声应答（,Echo reply,）,时间戳请求（,Timestamp,）,时间戳应答（,Timestamp reply,）,信息请求（,Information request,）,信息应答（,Information reply,）,地址请求（,Address request,）,地址应答（,Address reply,）,ICMP,协议,应用实例：,ping IP,返回的是,ICMP,报文,一般而言，,ping,目的端不可达可能有,3,个原因：（,1,）线路或网络设备故障，或目的主机不存在（,2,）网络拥塞（,3,）,ICMP,分组在传输过程中超时（,TTL,减为,0,）,ICMP,（网间网控制报文协议）协议,应用广泛。在此仅给出最常见的回应请求与应答报文格式，用户命令,ping,便是利用此报文来测试信宿机的可到达性。报文格式如下图所示：,类型,0,为回应应答报文，,8,为回应请求报文。整个数据包均参与检验。注意,ICMP,封装在,IP,数据包里传送。,ARP,协议,ARP,地址解析协议,ARP(Address,Resolution Protocol):,为已知的,IP,地址确定网络接口层的,MAC,地址,1,、源主机,A,要向目的主机,B,发送数据，为什么主机,A,除知道目的主机,B,的,IP,地址外，源主机,A,还必须要知道目的主机,B,的,MAC,地址？,IP,地址具有全网范围内的寻址能力，主机,A,和,B,可能分别处在不同网络，主机,A,要访问主机,B,首先要知道主机,B,的,IP,地址，不然找不到主机,B,所在的网络；,在现行寻址机制中，主机的以太网网卡只能识别,MAC,地址，而不能识别,IP,地址，若数据帧中不指明主机,B,的,MAC,地址，主机,B,的网卡不能识别该帧是发给自己的，因此主机,A,仅知道主机,B,的,IP,地址还不够，还必须知道主机,B,的,MAC,地址，才能完成对主机,B,的访问；网络之间是用,IP,地址寻址，网络之内（同一物理网段或称,IP,子网）是用,MAC,地址寻址；,且尽管,MAC,地址和,IP,地址一样都是在全网范围内唯一定义的，但,MAC,的寻址能力仅局限在一个物理网段（一个,IP,子网）中。,ARP,协议,（,1,）源主机,A,与目的主机,B,位于同一物理网段,当主机,A,不知道主机,B,的,MAC,地址时，发送,ARP request,广播包；,主机,B,收到,ARP request,广播包后，发现目的,IP,地址是自己，于是将 自己的,MAC,地址通过,ARP reply,包送回主机,A,，同时主机,B,将广播包 中主机,A,的,IP,地址和,MAC,地址存入本地的,ARP cache,中，以备后用；网上其他主机不作响应；,主机,A,收到,ARP reply,包后将包中主机,B,的,IP,地址和,MAC,地址存入本 地,ARP cache,中，并开始向主机,B,发送数据。（,2,）源主机,A,与目的主机,B,位于不同物理网段,当主机,A,不知道主机,B,的,MAC,地址时，发送,ARP request,广播包（第二 层广播帧）；,路由器能收到此广播包后，路由器能够根据主机,A,和,B,的,IP,地址 可以知道主机,A,和主机,B,不在同一,IP,子网（或同一广播域），且 主机,B,不可能收到,ARP request,广播包（广播包不跨路由器），因此路由器则以,ARP,代理身份将自己的,MAC,地址发送给主机,A,；,主机,A,收到来自路由器的,ARP reply,包后，将包中主机,B,的,IP,地址和 路由器的,MAC,地址存入本地,ARP cache,中，以后主机,A,发往主机,B,的数据帧用的是主机,B,的,IP,地址和路由器的,MAC,地址，数据帧首 先送往路由器，然后由路由器转发。,ARP,协议,3,、当主机,A,不知道主机,B,的,MAC,地址时是通过发送,ARP request,广播 包获取主机,B,的,MAC,地址，然后再向主机,B,发送数据帧，为什么 不可直接用广播的方式将数据帧发送给主机,B,？,在网中每次都以广播方式传送数据帧是低效的，因网中每一台 主机都要花费一定的代价去处理广播包，所以不直接用广播方式 发送数据帧。,为提高地址解析的效率，每一台主机都必须在本地建立一张,ARP cache,表，记录本地子网中所有主机包括路由器的,IP,地址和,MAC,地址的对应关系。,ARP,协议,4,、主机本地,ARP cache,表的建立和维护：,通过发送和接收,ARP request,包获取对方的,IP,和,MAC,地址；,接收网上任一,ARP request,广播包，取得发送主机的,IP,和,MAC,地址；,为,ARP cache,中每一表项设定生存时间，以防某台主机的,IP,地址 或,MAC,地址发生变更（动态更新）。,5,、,ARP,解析过程,主机,A,向主机,B,发送数据前，根据主机,B,的,IP,地址首先查找本地的,ARP cache,表，若查到则向主机,B,发送数据；,若主机,A,在本地没查到主机,B,的,MAC,地址，则发,ARP request,广播 包，从,ARP reply,包中获取主机,B,的,IP,和,MAC,地址并存入本地,ARP cache,表中，然后才向主机,B,发送数据。,ARP,地址解析和数据包在网间的传递,跨路由器后主机,A,不可能知道主机,B,的,MAC,地址；,数据包传送过程中，不仅仅是主机,A,，所经过的路由器都要进行地址解析；,数据包传送过程中源、目,IP,地址始终不变，而源、目,MAC,地址逐段变化,ARP/RARP,（地址解析,/,反向地址解析）报文格式如下图：,ARP/RARP,（地址解析,/,反向地址解析）报文格式参数,“硬件类型”域指发送者本机网络接口类型（值“,1”,代表以太网）。“协议类型”域指发送者所提供,/,请求的高级协议地址类型（“,0 x0800”,代表,IP,协议）。“操作”域指出本报文的类型（“,1”,为,ARP,请求，“,2”,为,ARP,响应，“,3”,为,RARP,请求，“,4”,为,RARP,响应）。,RARP,反向地址解析协议,(1),主要功能：,RARP,（,Reverse Address Resolution Protocol,）根据给定主机 的,MAC,地址获取该主机的,IP,地址；,（,2,）适用范围：,RARP,一般仅适用于无盘工作站在启动时获取自身,IP,地址。通常主机将自己的,IP,地址存放在硬盘中，无盘工作站因为没有 盘无法记忆自己的,IP,地址。所有无盘工作站的,IP,地址由,RARP,服务器集中保存，无盘工作站启动时通过发送,RARP,请求，从,RARP,服务器获得自己的,IP,地址；,（,3,）限制条件：,RARP,的应用仅局限在一个物理网段内（不能跨越路由器等第 三层设备），因无盘工作站和,RARP,服务器之间的通信仅依赖 于双方的,MAC,地址，故无盘工作站和,RARP,服务器必须位于同 一子网内。,