路由交換技術(shù)電子教案-ch02-規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)地址（二）

教案序號(hào)3周次授課形式講練結(jié)合授課章節(jié)名稱項(xiàng)目2規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)地址（二）教學(xué)目的1.掌握IP網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃方式。2.掌握子網(wǎng)劃分的方法。教學(xué)重點(diǎn)1.掌握網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃的方法。教學(xué)難點(diǎn)1.掌握計(jì)算IP網(wǎng)絡(luò)以及IP子網(wǎng)的方法。使用教具計(jì)算機(jī)、ppt、eNSP、觸摸白板課外作業(yè)復(fù)習(xí)本節(jié)，預(yù)習(xí)下節(jié)課后體會(huì)同學(xué)們對(duì)本堂課的掌握情況良好授課主要內(nèi)容本項(xiàng)目知識(shí)圖譜2.4有類編址和無類編址

1．有類編址為了解決IP地址的分配和管理問題，IP地址最初被設(shè)計(jì)劃分成了5類，分別稱為A類、B類、CC類網(wǎng)絡(luò)則使用固定的子網(wǎng)掩碼255.255.255.0。設(shè)備只需要讀取IP地址前面幾個(gè)bit就知道如何區(qū)分該IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分和主機(jī)部分，這樣的網(wǎng)絡(luò)被稱為有類地址（ClassfulIPAddress），如圖2-2所示。圖2-2分類的IP地址（1）A類IP地址。指第1位二進(jìn)制數(shù)為0的IP地址。A類IP地址的前8位二進(jìn)制數(shù)為網(wǎng)絡(luò)位，后24位二進(jìn)制數(shù)為主機(jī)位。由于第1位二進(jìn)制數(shù)為0，A類IP地址的理論范圍為0.0.0.0?127.255.255.255。另外，主機(jī)位全為0和全為1也有特殊作用，A類地址的有效范圍是1.0.0.1～126.255.255.254。（2）B類IP地址。指前2位二進(jìn)制數(shù)為10的IP地址。B類IP地址的前16位二進(jìn)制數(shù)為網(wǎng)絡(luò)位，后16位二進(jìn)制數(shù)為主機(jī)位。由于前2位二進(jìn)制數(shù)為10，B類IP地址的理論范圍為128.0.0.0?191.255.255.255。網(wǎng)絡(luò)號(hào)128.0是被IANA保留的，不指派。B類地址的有效范圍是：128.1.0.1～191.255.255.254。（3）C類IP地址。指前3位二進(jìn)制數(shù)為110的IP地址。C類IP地址的前24位二進(jìn)制數(shù)為網(wǎng)絡(luò)位，后8位二進(jìn)制數(shù)為主機(jī)位。由于前3位二進(jìn)制數(shù)為110，C類IP地址的理論范圍為192.0.0.0～223.255.255.255。網(wǎng)絡(luò)號(hào)192.0.0是被IANA保留的，不指派。同樣，一臺(tái)主機(jī)能使用的C類地址的有效范圍是：192.0.1.1～223.255.255.254。（4）D類IP地址：指前4位二進(jìn)制數(shù)為1110的IP地址。D類IP地址預(yù)留為組播地址。由于前4位二進(jìn)制數(shù)為1110，D類IP地址的理論范圍為224.0.0.0?239.255.255.255。（5）E類IP地址：指前4位二進(jìn)制數(shù)為1111的IP地址。E類IP地址預(yù)留為保留地址。由于前4位二進(jìn)制數(shù)為1111，D類IP地址的理論范圍為240.0.0.0?255.255.255.255。2．無類編址隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變得越來越龐大，有類IP地址的劃分方式已經(jīng)不能滿足復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)需求。因此，無類IP地址（ClasslessIPAddress）應(yīng)運(yùn)而生，它允許網(wǎng)絡(luò)管理員根據(jù)實(shí)際需要自由地分配子網(wǎng)掩碼，提供了更靈活的網(wǎng)絡(luò)劃分方式。無類網(wǎng)絡(luò)是一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)概念，它的主要特點(diǎn)是IP地址的子網(wǎng)劃分不需要遵循傳統(tǒng)的類別劃分規(guī)則，IP地址的范圍描述可按照人為意愿自己定義。在無類網(wǎng)絡(luò)中，子網(wǎng)掩碼的長(zhǎng)度可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活的配置，從而更有效地管理IP地址資源?？傊蓄怚P地址的出現(xiàn)是為了解決IP地址的分配和管理問題，而無類IP地址則是為了解決有類IP地址無法滿足的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)需求。2.5私網(wǎng)IP地址

我們?cè)岬絀P地址是由ICANN來統(tǒng)一分配的，以保證任何一個(gè)IP地址在Internet上的唯一性。其實(shí)，這里的IP地址是指公網(wǎng)IP地址。連接到Internet的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須具有由ICANN分配的公網(wǎng)IP地址。但是，實(shí)際上有一些網(wǎng)絡(luò)并不需要連接到Internet，如一個(gè)企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無須使用公網(wǎng)IP地址，只要同一網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址不發(fā)生沖突即可。在IP地址的空間里，A、B、C三類地址中各預(yù)留了一些地址專門用于上述情況，它們被稱為私網(wǎng)IP地址，如表2-8所示。表2-8保留的IP地址空間地址類型保留的地址空間A類10.0.0.0～10.255.255.255B類172.16.0.0～172.31.255.255C類192.168.0.0～192.168.255.255私網(wǎng)IP地址在Internet上是不可路由的。凡是Internet上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均不會(huì)接收、發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)源IP地址或目的IP地址在上述范圍內(nèi)的報(bào)文，這些IP地址只能用于私有網(wǎng)絡(luò)。私網(wǎng)地址的使用使得網(wǎng)絡(luò)可以得到更為自由的擴(kuò)展，因?yàn)橥粋€(gè)私網(wǎng)IP地址是可以在不同的私有網(wǎng)絡(luò)中得到重復(fù)使用的。2.6特殊IP地址

特殊IP地址主要是指在IPv4地址空間中，有一些IP地址被保留或特殊分配給特定的用途，而不是用于一般的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。以下是一些常見的特殊IP地址。（1）（2）廣播地址（BroadcastAddress）：廣播地址是用于向本網(wǎng)段中的所有設(shè)備發(fā)送信息的IP地址。IPv4地址空間中的255.255.255.255為全局廣播地址，它代表所有主機(jī)，可以用于向所有網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備發(fā)送廣播信息。再比如說一個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)地址空間192.168.1.0/24，該地址空間中最后個(gè)地址是192.168.1.255，它被保留作為該網(wǎng)絡(luò)的廣播地址，作為向本網(wǎng)段中的所有設(shè)備發(fā)送信息的IP地址，不能分配給任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。（3）環(huán)回地址（LoopbackAddress）：環(huán)回地址是一個(gè)虛擬的IP地址，它用于標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的本地連接。例如，IPv4地址空間中的環(huán)回地址是127.0.0.1，它被保留用于表示一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的本地連接，往往用于環(huán)路測(cè)試。（4）組播地址（MulticastAddress）：組播地址是用于向多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送信息的IP地址。例如，IPv4地址空間中的組播地址范圍是224.0.0.0到239.255.255.255，它們可以被用于向多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送組播信息。這些特殊IP地址無法分配給設(shè)備，但是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中起到重要作用，幫助網(wǎng)絡(luò)工程師更有效地管理和規(guī)劃IP地址資源。2.7子網(wǎng)掩碼

IP地址由網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)兩部分組成，那么在一個(gè)IP地址的32位中有多少位是網(wǎng)絡(luò)號(hào)，又有多少位是主機(jī)號(hào)呢？這個(gè)是通過IP地址對(duì)應(yīng)的子網(wǎng)掩碼（subnetmask）來確定的。子網(wǎng)掩碼又叫網(wǎng)絡(luò)掩碼、地址掩碼、子網(wǎng)絡(luò)遮罩，子網(wǎng)掩碼不能獨(dú)立存在，它必須結(jié)合IP地址一起使用。1．子網(wǎng)掩碼的組成子網(wǎng)掩碼與IP地址類似，也是由32位二進(jìn)制數(shù)組成的一個(gè)地址。子網(wǎng)掩碼的32位與IP地址的32位相對(duì)應(yīng)，1對(duì)應(yīng)的部分為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，0對(duì)應(yīng)的部分為主機(jī)號(hào)，與IP地址不同的是，子網(wǎng)掩碼中的二進(jìn)制數(shù)“1”和“0”是分別連續(xù)的。2．子網(wǎng)掩碼的格式子網(wǎng)掩碼一定是配合IP地址來使用的，也采用點(diǎn)分十進(jìn)制表示法來表示，例如：子網(wǎng)掩碼二進(jìn)制11111111.11111111.11111111.00000000，表示為255.255.255.0。在和IP地址一起書寫時(shí)也經(jīng)常采用子網(wǎng)掩碼中二進(jìn)制數(shù)“1”的位數(shù)來表示，即二進(jìn)制的子網(wǎng)掩碼中有幾個(gè)“1”，就寫為反斜杠加幾。例如，IP地址192.168.1.1與其子網(wǎng)掩碼255.255.255.0，可寫為192.168.1.1/24。常用的A、B、C類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼二進(jìn)制與十進(jìn)制對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2-9所示。表2-9A、B、C類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼二進(jìn)制與十進(jìn)制對(duì)應(yīng)表地址類型點(diǎn)分十進(jìn)制表示子網(wǎng)掩碼的二進(jìn)制位A255.0.0.011111111000000000000000000000000B255.255.0.011111111111111110000000000000000C255.255.255.011111111111111111111111100000000除了將IP地址劃分成網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址兩部分這個(gè)作用之外，通過子網(wǎng)掩碼，還可以將一個(gè)大的IP網(wǎng)絡(luò)劃分為若干小的子網(wǎng)絡(luò)，從而提高網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性和可管理性。2.8子網(wǎng)劃分

子網(wǎng)掩碼的引入，使得無類編址方式可以完全后向兼容有類編址方式，即有類編址時(shí)，A類地址的子網(wǎng)掩碼總是255.0.0.0，B類地址的子網(wǎng)掩碼總是255.255.0.0，C類地址的子網(wǎng)掩碼總是255.255.255.0。這樣一來，所謂的有類編址便成為了無類編址的特例。使用無類編址時(shí)，子網(wǎng)掩碼的長(zhǎng)度是可以根據(jù)需要而靈活變化的。子網(wǎng)劃分方式是從IP地址的主機(jī)位中借位組成子網(wǎng)位，即把主機(jī)位分成子網(wǎng)位和主機(jī)位兩部分，如圖2-3所示。圖2-3子網(wǎng)劃分示意圖劃分子網(wǎng)號(hào)的位數(shù)，取決于具體的需要。若子網(wǎng)號(hào)所占的位數(shù)越多，可分配給主機(jī)的位數(shù)就越少，也就是說，在一個(gè)子網(wǎng)中所包含的主機(jī)就越少。例如，一個(gè)B類網(wǎng)絡(luò)172.17.0.0，將主機(jī)號(hào)分為兩部分，其中8比特用于子網(wǎng)號(hào)，另外8比特用于主機(jī)號(hào)，那么這個(gè)B類網(wǎng)絡(luò)就被分為255個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)可以容納254臺(tái)主機(jī)。1．等長(zhǎng)子網(wǎng)劃分等長(zhǎng)子網(wǎng)劃分就是將一個(gè)有類網(wǎng)絡(luò)等分為多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，也就是等分成多個(gè)子網(wǎng)，所有子網(wǎng)都具有相同的子網(wǎng)掩碼。例如，將192.168.10.0/24網(wǎng)絡(luò)等分為2個(gè)子網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼為/24，要?jiǎng)澐譃?個(gè)子網(wǎng)，只需要借用主機(jī)位1位作為子網(wǎng)位。因?yàn)槎M(jìn)制數(shù)0和1排列組合只有這兩種組合，所有劃分結(jié)果的只有以上兩種。同時(shí)，因借用主機(jī)位1位，子網(wǎng)掩碼的位數(shù)也要相應(yīng)+1，由原來的255.255.255.0（/24）變?yōu)?55.255.255.128（/25）。主機(jī)位數(shù)用n表示，這里n=7，每個(gè)子網(wǎng)的理論主機(jī)數(shù)為27，去除特殊IP地址2個(gè)，可用主機(jī)數(shù)為27-2=126個(gè)。最后劃分結(jié)果如表2-10所示。表2-10等長(zhǎng)子網(wǎng)劃分結(jié)果網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼有效主機(jī)地址范圍可用主機(jī)數(shù)量廣播地址192.168.10.0255.255.255.128192.168.10.1～192.168.10.126126192.168.10.127192.168.10.128255.255.255.128192.168.10.129～192.168.10.254126192.168.10.2552．變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼（VLSM，VariableLengthSubnetMask）VLSM是與有類編址相對(duì)應(yīng)的一種子網(wǎng)劃分方式。VLSM的引入主要是為了更有效地解決IP地址分配的浪費(fèi)問題。在有類編址中，每個(gè)子網(wǎng)分配的IP地址數(shù)量相同，容易造成IP地址的浪費(fèi)，因?yàn)楦髯泳W(wǎng)的主機(jī)數(shù)量有多有少。而VLSM可以根據(jù)實(shí)際需求，為每個(gè)子網(wǎng)分配不同數(shù)量的IP地址，從而提高了IP地址的利用率。VLSM允許在一個(gè)層次結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，使用多個(gè)不同的掩碼，也即可以對(duì)一個(gè)經(jīng)過子網(wǎng)劃分的網(wǎng)絡(luò)再次劃分。在VLSM中，可以根據(jù)不同網(wǎng)段中的主機(jī)個(gè)數(shù)使用不同長(zhǎng)度的子網(wǎng)掩碼，從而更靈活地劃分網(wǎng)絡(luò)。VLSM的特點(diǎn)如下：（1）提高IP地址利用率VLSM可以根據(jù)不同子網(wǎng)中的主機(jī)數(shù)量來靈活分配IP地址，避免了IP地址的浪費(fèi)。（2）增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活性VLSM使得網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃更加靈活，可以根據(jù)實(shí)際需求來劃分網(wǎng)絡(luò)，提高了網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和可管理性。（3）支持無類路由協(xié)議使用VLSM的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需要支持無類路由協(xié)議（如RIPv2、EIGRP等），這些協(xié)議能夠傳遞子網(wǎng)掩碼信息，使得子網(wǎng)信息可以精確區(qū)分，消除了不連續(xù)地址的問題。VLSM的詳細(xì)描述見項(xiàng)目實(shí)施。2.9網(wǎng)絡(luò)地址

圖2-4網(wǎng)絡(luò)地址求法【項(xiàng)目實(shí)施】任務(wù)2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)劃分

1．任務(wù)描述藍(lán)箭公司有研發(fā)部、生產(chǎn)部、財(cái)務(wù)部和銷售部等部門，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)各部門對(duì)IP地址的需求量，研發(fā)部需120個(gè)，生產(chǎn)部需42個(gè)，財(cái)務(wù)部需29個(gè)，銷售部需28個(gè)，要求使用192.168.1.0/24這個(gè)網(wǎng)段對(duì)4個(gè)部門進(jìn)行IP地址分配。2．實(shí)施步驟先假設(shè)按照一般的固定子網(wǎng)掩碼方式來劃分這個(gè)C類IP地址，要將該IP分成四個(gè)子網(wǎng)的話，需要使用8位主機(jī)位中的2位來用作子網(wǎng)號(hào)，n位子網(wǎng)號(hào)可得到2n個(gè)子網(wǎng)，所以2位子網(wǎng)位可以得到4個(gè)子網(wǎng)，剩下的6位主機(jī)位有28-n-2=62個(gè)IP地址，根本滿足不了研發(fā)部的需求，所以想通過固定長(zhǎng)度子網(wǎng)掩碼來規(guī)劃這個(gè)網(wǎng)絡(luò)是行不通的。VLSM可以很好的解決這個(gè)問題，VLSM能在子網(wǎng)中再劃分子網(wǎng)，使一個(gè)大網(wǎng)絡(luò)中劃分的子網(wǎng)呈現(xiàn)為層次性。我們可以把各級(jí)子網(wǎng)稱為一級(jí)子網(wǎng)、二級(jí)子網(wǎng)。（1）先分配研發(fā)部需要的120個(gè)IP地址圖2-5研發(fā)部子網(wǎng)劃分（2）分配生產(chǎn)部需要的42個(gè)IP地址圖2-6生產(chǎn)部子網(wǎng)劃分（3）分配財(cái)務(wù)部和銷售部需要的29個(gè)和28個(gè)IP地址圖2-7財(cái)務(wù)部和銷售部子網(wǎng)劃分藍(lán)箭公司IP地址規(guī)劃請(qǐng)款情況見表2-11。表2-11藍(lán)箭公司IP地址規(guī)劃部門網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼有效主機(jī)地址范圍可用主機(jī)數(shù)量研發(fā)部192.168.1.0255.255.255.128192.168.1.1～192.168.1.126126生產(chǎn)部192.168.1.128255.255.255.192192.168.1.129～192.168.1.19062財(cái)務(wù)部192.168.1.192255.255.255.224192.168.1.193～192.168.1.22230銷售部192.168.1.224255.255.255.224192.168.1.225～192.168.1.254303．測(cè)試分析藍(lán)箭公司各部門的子網(wǎng)地址已規(guī)劃完成，如圖2-8所示，選取部分部門主管及員工的主機(jī)配置IP地址，測(cè)試新地址是否連通。其中，PC1、PC2為研發(fā)部的主機(jī)，PC3為生產(chǎn)部的主機(jī)，PC4、PC5為財(cái)務(wù)部的主機(jī)，PC6為銷售部的主機(jī)，這里都選擇各部門子網(wǎng)段中的前一、二個(gè)IP地址。圖2-8藍(lán)箭公司接入層拓?fù)渚唧w各主機(jī)的IP地址分配如表2-12所示。表2-12各部門主機(jī)IP地址分配本端設(shè)備部門子網(wǎng)IP地址子網(wǎng)掩碼PC1研發(fā)部192.168.1.1255.255.255.128PC2研發(fā)部192.168.1.2255.255.255.128PC3生產(chǎn)部192.16