授课时间 授课题目 2013年4月18日 第8周 星期四 第二大节 4.2 分类的IP地址与地址解析协议ARP 1. 掌握IP地址的概念及表示方法 授课地点 授课专业班级 教学目的 与 教学要求 2. 熟练掌握分类的IP地址的组成及其特点 3. 掌握三种类别常用IP地址的范围及特殊IP地址的意义 4. 掌握IP地址和物理地址的区别 5. 掌握地址解析协议ARP作用和工作原理 1. 介绍IP地址的概念及常用表示方法 2. 介绍IP地址编址方法所经历的阶段 主 要 内 容 3. 讲解IP地址的分类及其各类IP地址的组成特点 4. 讲解常用的三种类别IP地址的范围 5. 讲解特殊IP地址的含义 6. 介绍IP地址的特点，并举例说明 7. 讲解IP地址与硬件地址的区别 8. 讲解ARP的作用和工作原理 教学重点：IP地址的概念及表示方法、分类的IP地址的组成及其特点、IP重点与难点 地址和物理地址的区别、ARP协议的作用和工作原理 教学难点： IP地址和物理地址的区别 教学方法 教学方法：课堂讲授，结合提问、讨论、启发 手段（教具） 教学手段：多媒体演示、举例讲解 计算机网络（第2）版，吴功宜，清华大学出版社，第6章 参考资料 课后作业与 课后习题：4.05，4.07，4.19 思考题 本次课主要介绍IP地址的组成、IP地址的分类、特殊的IP地址及IP地址的特点，IP地址和物理地址的区别，地址解析协议ARP作用和工作原理。对于IP地址和物理地址在数据传输中变化的情况要加强理解。 教学后记 教学过程 时间分配 3m 5m 本次课内容 引入：提问怎么查看本地连接的IP地址，演示本机的IP地址 4.2.2 分类的IP地址 1. IP地址的组成及其表示方法 什么是IP地址？ IP地址就像是我们的家庭住址一样，如果你要写信给一个 人，你就要知道他（她）的地址，这样邮递员才能把信送到。计算机发送信息是就好比是邮递员，它必须知道唯一的“家庭地址”才能不至于把信送错人家。只不过 我们的地址使用文字来表示的，计算机的地址用十进制数字表示。IP地址也像我 们的手机号码和QQ号，只不过是表示的形式不一样。 IP地址就是给每个连接在Internet上的主机分配的一个全世界范围内唯一的标识符。 IP地址的现状—随着Internet用户和可上网的终端数量的激增，IPv4定义的有 限地址空间将被耗尽，IP地址的扩充需求也愈加迫切。其中IPv4采用32位地址长度，只有大约43亿个地址，而新一代IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限 制地提供地址。为了扩大地址空间，新一代寻址方案IPv6将成为未来因特网的主 流协议。IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。 IP地址常用的表示形式是点分十进制形式。例如210.43.128.5（学校主页的IP 地址），192.168.1.1（一般情况，家用无线路由器的IP地址）。 2m 2. IP地址编址方法经历的阶段 （1）分类的 IP 地址（二级结构的IP地址）：基本的编址方法 （2）子网的划分后的三级结构的IP地址 （3）无分类的IP地址：目前广泛应用 3. 分类的IP地址 15m 每一类IP地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 net-id，它标识主机(或路由器)所连接到的网络，一个网络号在整个因特网范围内必须是唯 一的；而另一个字段则是主机号 host-id，它标识该主机(或路由器)，一个主机号在 它前面的网络号所指明的网络范围内必须唯一。 两级的 IP 地址可以记为： IP 地址 ::= { <网络号>, <主机号>} 网络号 主机号 图4-1 IP地址组成 IP地址划分为五类：A、B、C、D、E类，其中前三类分配给网络服务 提供商（ISP） 和网络用户的，D类地址是组播地址，E类为实验性地址，保留不分配。 0 1 7 8 31A类地址0 网络号主机号 0 1 2 15 16 31B类地址1 0 网络号主机号0 2 3 23 24 31C类地址1 1 0 网络号主机号0 3 4 31D类地址1 1 1 0多播地址（28位）0 4 5 31E类地址1 1 1 1 0保留用于实验和将来用图4-2分类的IP地址的网络号和主机号字段 IP地址分类的原因：由于网络之间的规模差异很大，为了更好地满足不同用户的 需求（主机数目的不同），当某个单位申请到一个IP地址，实际上获得具有同样网 络号的一块地址，将IP地址分为A、B、C三类可以满足不同用户的需求。各类IP 地址的组成特点如下： （1）A类：第一个字节是net-id，后三个字节是host-id，第一位固定为“0”。 （2）B类：前2个字节是net-id，后2个字节是host-id，前2位固定为“10”。 （3）C类：前3个字节是net-id，最后1个字节是host-id，前3位固定为“110”。 （4）D类：前4位固定为“1110”，用于组播地址。 （5）E类：前5位固定为“11110”，保留为今后使用。 用32位的二进制代码表示IP地址不方便阅读，我们将32位地址中的每8位 用其等效的十进制数字表示，这就是点分十进制记法。例如：11000000 10101000 00000001 0000001 表示为 192.168.1.1 7m 4. 常用的三种类别IP地址的指派范围 IP地址的指派范围如下表所示。 网络类别 A B C 最大网络数 27-2 214-1 221-1 第一个可指最后一个可每个网络中派的网络号 指派网络号 最大主机数 1 128.1 192.0.1 126 191.255 223.255.255 224-2 216-2（65534） 28-2（254） 思考：如何判断一个IP地址是哪一类IP地址？ 关键看IP地址中第一个数，若此数位于[1，126]，则此IP地址为A类地址；若此数位于[128，191]，则此IP地址为B类地址；若此数位于[192，223]，则此IP 地址为C类地址；若此数位于[224，239]，则此IP地址为D类地址；若此数位于 [240，248]，则此IP地址为E类地址。 举例：IP地址为192.168.1.1和210.43.128.5，这两个 IP地址为哪类IP地址？ C类地址一般分配给小型的局域网使用，比学校、某一个研究所、实验楼、计 算机机房等等。 5. 特殊的IP地址 8m 网络号 主机号 源地址使用 目的地址使用 代表的意思 0 0 可以 不可 本网络上的本主机 0 全1 Host-id 全1 可以 不可 不可 可以 本网络上的某主机 只在本网络上广播，各路由器均不转发 对net-id上的所有主机广播 用作本地软件环回测试之用 Net-id 127 全1 不可 可以 可以 非全0或全1可以 的任何数 举例：某主机IP地址为202.206.249.95，求该主机所在网络的网络地址 解答：该IP地址为C类地址，依据C类地址的组成特点和网络地址、广播地 址的组成特点，该主机所在网络的网络地址为202.206.249.0。 举例：①环回地址 A类保留地址中网络地址127就是环回地址，在cmd命令窗口中输入ping 127.0.0.1 按Enter键，可以查看本地计算机的TCP/IP协议是否正常工作，如果正 常会接受到回复，否则显示time out。 ②私有地址（了解） Inter NIC保留了一些IP地址段作为私有网络的IP地址，以便建设内网，内网 要向外网通信时必须通过网络地址翻译（NAT），将内网IP转换成公网IP地址。 私有地址有： A类：10.0.0.0～10.255.255.255 B类：172.16.0.0～172.31.255.255 C类：192.168.0.0～192.168.255.255 6. IP地址的重要特点 （1）IP 地址是一种分等级的地址结构。 （2）IP 地址是标识一个主机(或路由器)和一条链路的接口。 （3）用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域5m 网都具有同样的网络号net-id。具有不同网络号的局域网必须使用路由器进行互连。 （4）所有分配到网络号 net-id 的网络，无论是范围很小的局域网，还是可能 覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。 5m 结合课本上P116的图4-8讲解IP地址的特点。举例复习IP地址的组成及类别， 课堂小结（第一小节结束） （第2小节）引入：提问谁知道硬件地址，怎么查看一台电脑网卡的硬件地址？ 2m 5.2.3 IP地址与硬件地址 从层次的角度看，物理层地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址20m 是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址 首部IP 地址首部硬件地址首部MAC 帧IP 数据报尾部链路层及以下使用硬件地址应用层数据TCP 报文网络层及以上使用IP 地址 应用层次 链路层及以下 IP地址与硬件地址的区别如下表所示： IP地址 组成 32位 常用表示形式 灵活性 16进制 点分十进制 固化在网卡中 物理地址 48位 灵活，可手工配置 网络层及以上 不同层次、不同区间的源地址和目的地址，从虚拟的IP层上看IP数据报的 流动，从链路上看MAC帧的流动。 主机H1IP1HA1主机H1从协议栈的层次上看数据的流动硬件地址HA3路由器R1HA4局域网HA5路由器R2HA6局域网局域网主机H2IP2HA2主机H2 IP 数据报路由器R1IP3IP4路由器R2IP1→IP2IP5IP6IP1→IP2IP1IP1→IP2IP2 IP 层上的互联网HA1从HA1到HA3MAC 帧HA3HA4HA5HA6从HA6到HA2MAC 帧HA2 从HA4到HA5MAC 帧 IP层抽象的互联网屏蔽了下层复杂的细节，使得我们在网络层上能够使用统一的、抽象的IP地址研究主机和主机或者路由器之间的通信。 问题：怎么样得到MAC帧的首部要填入的硬件地址？ 4.2.4 地址解析协议ARP 5m 1. ARP和RARP协议的作用 地址解析协议ARP（Address Resolution Protocol）就是根据某主机的IP地址 解析出其物理地址。它使主机能够在只知道同一物理网络上（也可是不同物理网络，这时称为跨网ARP协议）某个主机IP地址的情况下，获得该主机的物理地址。 逆地址解析协议RARP用来自动获取本机的IP地址。在过去曾起到重要作用。 但现在的动态主机配置协议DHCP协议已经包含了RARP的功能，因此现在已经 没有人再使用单独的RARP协议了。 当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 数据报时，就先在其 ARP 6m 高速缓存中查看有无主机 B 的 IP 地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，再 将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。 若没有，则按下面的方式处理。 A B C D ARP响应 我是IPB，MAC地址是MACB。 A B C D 我是IPA，MAC地址是MACA。 我想知道IPB的MAC地址。 ARP请求 10m 2.使用ARP协议应当注意的问题 （1）ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。若目的主机不在本局域网，则源主机通过ARP协议找到本局域网中一台 路由器的物理地址，将数据发给此路由器，剩下的事情由这台路由器负责完成。 （2）从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的。 3. 使用ARP的四种典型情况 （1）发送方是主机，要把IP数据报发送到本网络上的另一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。 （2）发送方是主机，要把 IP 数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时 用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。 （3）发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到本网络上的一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。 （4）发送方是路由器，要把IP数据报转发到另一个网络上的一个主机。这时用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。 4. 为什么不直接使用硬件地址进行通信 3m （1）由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址。要使这 些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，因此几乎是不 可能的事。 （2）连接到因特网的主机都拥有统一的 IP 地址，它们之间的通信就像连接 在同一个网络上那样简单方便，因为调用 ARP 来寻找某个路由器或主机的硬件地 址都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。 总结：回顾本次课主要内容：包括IP地址的组成、IP地址的分类、特殊的IP4m 地址，IP地址和物理地址的区别，地址解析协议ARP作用和工作原理。
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