第8章：IP尋址

IPAddressing第一學期：網(wǎng)絡簡介IntroductiontoNetworks學習目標描述IPv4地址的結構。描述子網(wǎng)掩碼的用途。比較單播、廣播和組播IPv4地址的特征和用途。解釋IPv6編址的必要性。描述IPv6地址的表示方式。描述IPv6網(wǎng)絡地址的類型。配置全局單播地址。描述組播地址。描述IP網(wǎng)絡（包括IPv4和IPv6）中ICMP的作用使用ping和traceroute實用程序測試網(wǎng)絡連接第8章IP尋址8.1IPv4網(wǎng)絡地址8.2IPv6網(wǎng)絡地址8.3

連接驗證8.4總結8.1IPv4網(wǎng)絡地址

IPv4NetworkAddressesiPv4地址結構

二進制記法IPv4結構:32位IPv4表示方法：點分十進制表示方法IPv4特點：分層(網(wǎng)絡部分和主機部分）IPv4地址結構

二進制記法二進制記法是指計算機實際上是以1和0來通信的要進行二進制到十進制的轉(zhuǎn)換，要求了解一個數(shù)制系統(tǒng)的數(shù)學基礎知識——位置記數(shù)法IPv4地址結構

二進制數(shù)字系統(tǒng)IPv4地址結構

二進制地址轉(zhuǎn)換為十進制地址IPv4地址結構

十進制到二進制數(shù)的轉(zhuǎn)換IPv4地址結構

十進制到二進制數(shù)的轉(zhuǎn)換IPv4子網(wǎng)掩碼

IPv4地址的網(wǎng)絡部分和主機部分為了定義地址的網(wǎng)絡和主機部分，設備將使用一個單獨的32位模式，稱為子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼實際上并不包含IPv4地址的網(wǎng)絡或主機部分，它只是指出在何處查找給定IPv4地址的這些部分IPv4子網(wǎng)掩碼

IPv4地址的網(wǎng)絡部分和主機部分有效子網(wǎng)掩碼IPv4子網(wǎng)掩碼

檢查前綴長度IPv4子網(wǎng)掩碼

網(wǎng)絡地址、主機地址和廣播地址網(wǎng)絡中的三類地址網(wǎng)絡地址——指代網(wǎng)絡的地址。它是保留為網(wǎng)絡地址的最低地址。(所有的主機位為0)廣播地址——用于將數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡中所有主機的特殊地址。它是網(wǎng)絡范圍中最高的地址。

(所有的主機位為1)主機地址——分配給網(wǎng)絡中終端設備的地址。IPv4子網(wǎng)掩碼

網(wǎng)絡地址、主機地址和廣播地址網(wǎng)絡地址主機地址廣播地址IPv4子網(wǎng)掩碼

第一個主機和最后一個地址第一個主機地址最后一個主機地址54IPv4子網(wǎng)掩碼

按位AND運算

1AND1=1

1AND0=00AND1=0

0AND0=0IPv4單播、廣播和組播

為主機分配靜態(tài)IPv4地址IPv4單播、廣播和組播

為主機分配動態(tài)IPv4地址檢驗DHCPIPv4單播、廣播和組播

單播傳輸在IPv4網(wǎng)絡中，主機可采用三種不同的方式之一進行通信：單播

廣播組播

IPv4單播、廣播和組播

廣播傳輸路由器不轉(zhuǎn)發(fā)有限廣播！有限本地廣播地址STOP55定向廣播地址55IPv4單播、廣播和組播

組播傳輸組播

-從一臺主機向選定的一組主機（可能在不同網(wǎng)絡中）發(fā)送數(shù)據(jù)包的過程減少流量

為組播組的尋址保留保留-

到55.

本地鏈路

-

to55(示例：按路由協(xié)議交換的路由信息)全局范圍地址-

到55(示例：已為網(wǎng)絡時間協(xié)議保留)IPv4地址的類型

公有和私有IPv4地址私有地址塊是(RFC1918):

到

55(/8)

到

55(/12)

到55(/16)共享地址空間的地址(RFC6598):非全局可路由僅在服務提供商網(wǎng)絡中適用地址塊為

/10IPv4地址的類型

專用IPv4地址網(wǎng)絡地址和廣播地址

-每個網(wǎng)絡中的第一個和最后一個地址不能分配給主機環(huán)回地址

-主機用于向自身發(fā)送流量的一個特殊地址（地址

到55已保留）本地鏈路地址-

到55(/16)地址可以自動分配給本地主機TEST-NET

地址

-

到55(/24)保留供教學和學習使用，用在文檔和網(wǎng)絡示例中實驗地址-

到54列為保留地址IPv4地址的類型

傳統(tǒng)有類尋址IPv4地址的類型

傳統(tǒng)有類尋址無類尋址正式名稱為無類域間路由(CIDR)建立了一組新標準，允許服務提供商在任何地址位邊界(前綴長度)上分配IPv4地址，而不是只分配A、B或C類地址IPv4地址的類型

IP地址的分配互聯(lián)網(wǎng)編號指派機構(IANA)()管理IPv4和IPv6地址的分配。地區(qū)Internet注冊管理機構(RIR)主要的注冊管理機構：IPv4地址的類型

IP地址的分配第2級ISP的服務對象一般集中于企業(yè)客戶。第3級ISP向第2級ISP購買Internet服務。第3級ISP常常將Internet連接作為他們與客戶之間網(wǎng)絡和計算機服務合同的一部分捆綁銷售。ISP是直接連接到Internet的大型全國ISP或大型國際ISP。8.2

IPv6網(wǎng)絡地址

IPv6NetworkAddressesIPv4問題

IPv6的必要性IPv6旨在取代IPv4IPv4地址空間耗盡的問題是遷移到IPv6的主要動因投影顯示所有五個RIR的IPv4地址在2015年到2020年之間都將耗盡隨著上網(wǎng)人數(shù)的增加，IPv4地址空間的局限，NAT和物聯(lián)網(wǎng)問題的出現(xiàn)，向IPv6遷移的時代已經(jīng)開始了！IPv4理論上最多有43億個地址，再加上與NAT組合形成的私有地址IPv6使用更大的128位地址空間，提供340*10^36個地址IPv6彌補了IPv4的局限性并且包含其他改進（例如ICMPv6）IPv4問題

IPv4和IPv6共存雙堆棧：

允許IPv4和IPv6在同一網(wǎng)絡中共存。設備可以同時運行IPv4和IPv6協(xié)議棧。IPv4問題

IPv4和IPv6共存隧道：

通過IPv4網(wǎng)絡傳輸IPv6數(shù)據(jù)包的方法。將IPv6數(shù)據(jù)包封裝到IPv4數(shù)據(jù)包中。轉(zhuǎn)換：

網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換64(NAT64)允許支持IPv6的設備與支持IPv4的設備使用類似于IPv4中NAT的轉(zhuǎn)換技術進行通信。IPv6數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為IPv4數(shù)據(jù)包，反之亦然IPv4問題

IPv4和IPv6共存IPv6地址

十六進制數(shù)字系統(tǒng)十六進制是以16為基數(shù)的系統(tǒng)以16為基數(shù)的計數(shù)系統(tǒng)使用數(shù)字0到9和字母A到F四位

(半字節(jié))可以用一個十六進制值表示Fourbits(halfofabyte)canberepresentedwithasinglehexadecimalvalueIPv6地址

IPv6地址的表示方法查看與十進制和十六進制值匹配的二進制位模式IPv6地址

IPv6地址的表示方法長度為128位，寫為一串十六進制值在IPv6中，4位代表一個十六進制數(shù)字；32個十六進制值=IPv6地址2001:0DB8:0000:1111:0000:0000:0000:0200FE80:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEFHextet（十六進制數(shù)）用于表示一個16位或四個十六進制數(shù)片段可以以大寫或小寫形式表示

IPv6地址

IPv6地址的表示方法IPv6地址

規(guī)則1——省略前導0有助于縮短IPv6地址記法的第一個規(guī)則就是省略任何16位部分或十六進制數(shù)中的前導0（零）01AB可表示為1AB09F0可表示為9F00A00可表示為A0000AB可表示為ABIPv6地址

規(guī)則2——忽略全0網(wǎng)段雙冒號(::)可以代替包含一個或多個16位全0數(shù)據(jù)段（十六進制數(shù)）的任意一個連續(xù)字符串雙冒號(::)在每個地址中只能使用一次

，否則地址就會不明確稱為壓縮格式錯誤地址-2001:0DB8::ABCD::1234IPv6地址

規(guī)則2——忽略全0網(wǎng)段示例示例IPv6地址

規(guī)則2——忽略全0網(wǎng)段示例IPv6地址

規(guī)則2——忽略全0網(wǎng)段IPv6地址類型

IPv6地址類型IPv6地址類型：單播組播

任播注意：IPv6沒有廣播地址IPv6地址類型

IPv6前綴長度不使用點分十進制子網(wǎng)掩碼記法前綴長度采用以下格式表示IPv6地址的網(wǎng)絡部分：IPv6地址/前綴長度前綴長度的范圍為0到

128典型的前綴長度是

/64IPv6地址類型

IPv6地址類型單播

唯一標識支持IPv6的設備上的接口發(fā)送到單播地址的數(shù)據(jù)包由該地址分配的接口接收

IPv6地址類型

IPv6單播地址IPv6地址類型

IPv6單播地址全局單播（可聚合全球單播地址）類似于公有IPv4地址全局唯一,Internet

可路由地址

可以靜態(tài)配置也可以動態(tài)分配目前前綴：2000::/3(前三位為001)由三部分構成：全局路由前綴(網(wǎng)絡前綴);子網(wǎng)ID(由組織內(nèi)部管理);

接口ID

(接口ID)本地鏈路用于與同一本地鏈路上的其他設備通信限于單個鏈路-在鏈路外不能路由

使用前綴FE80::/10(前10位：1111111010)IPv4地址類型

IPv6單播地址環(huán)回主機用它來向自身發(fā)送數(shù)據(jù)包，并且不能將其分配給物理接口通過對IPv6環(huán)回地址執(zhí)行ping操作可以測試本地主機上的TCP/IP配置除最后一位外都為0，用::1/128或只用::1表示未指定地址

(不確定地址)全0地址用::/128或只用::表示不能分配給接口，并且只能用作源地址

當設備沒有永久IPv6地址或數(shù)據(jù)包的源與目的地無關時，將未指定地址用作源地址IPv6地址類型

IPv6單播地址唯一本地類似于IPv4私有地址

用于站點內(nèi)或有限數(shù)量的站點之間的本地尋址在FC00::/7至FDFF::/7范圍內(nèi)嵌入式IPv4(本課程中不會涉及)有助于從IPv4到IPv6的轉(zhuǎn)換IPv6地址類型

IPv6本地鏈路單播地址每個支持IPv6的網(wǎng)絡接口都要求具有一個本地鏈路地址允許設備與同一鏈路上支持IPv6的其他設備通信，并且只能在該鏈路（子網(wǎng)）上通信范圍是FE80::/10，前10個位為1111111010xxxxxx1111111010000000

(FE80)-111111101011

1111

(FEBF)IPv6地址類型

IPv6本地鏈路單播地址具有源或目的本地鏈路地址的數(shù)據(jù)包不能在數(shù)據(jù)包的源鏈路之外進行路由單播地址

IPv6全局單播地址的結構IPv6全局單播地址全局唯一，并且可在IPv6Internet上路由相當于公有IPv4地址ICANN將IPv6地址塊分配給五個RIR目前僅分配了含有前3位001

或2000::/3的全局單播地址IPv6單播地址

IPv6全局單播地址的結構全局單播地址包括三個部分：全局路由前綴

(/48)子網(wǎng)ID接口IDIPv6單播地址

IPv6全局單播地址的結構IPv6單播地址

全局單播地址的靜態(tài)配置路由器IPv6路由器能夠：在網(wǎng)絡之間轉(zhuǎn)發(fā)IPv6數(shù)據(jù)包可以使用靜態(tài)路由或動態(tài)IPv6路由協(xié)議配置發(fā)送ICMPv6RA消息必須使用ipv6unicast-routing全局配置命令。IPv6單播地址

全局單播地址的靜態(tài)配置IPv6單播地址

IPv6全局單播地址的靜態(tài)配置主機手動配置

動態(tài)分配

無狀態(tài)地址自動配置

(SLAAC)DHCPv6IPv6單播地址

全局單播地址的動態(tài)配置（使用SLACC）無狀態(tài)地址自動配置(SLAAC)一種允許設備從路由器獲取其前綴、前綴長度和默認網(wǎng)關的方法不需要DHCPv6服務器取決于ICMPv6路由器通告

(RA)消息IPv6單播地址

全局單播地址的動態(tài)配置（使用SLAAC）RA消息可以包含以下三個選項之一：

只使用SLAAC–使用RA消息中包含的信息SLAAC和DHCPv6–使用RA消息中包含的信息并從DHCPv6服務器獲取其他信息，無狀態(tài)DHCPv6(示例：DNS)只使用DHCPv6–設備不應當使用RA中的信息，有狀態(tài)DHCPv6路由器使用本地鏈路地址作為源IPv6地址發(fā)送ICMPv6RA消息IPv6單播地址

SLACC全局單播地址的動態(tài)配置（使用SLAAC）

IPv6單播地址

全局單播地址的動態(tài)配置（使用DHCPv6）IPv6的動態(tài)主機配置協(xié)議(DHCPv6)與IPv4相似使用DHCPv6服務器的服務可以自動接收尋址信息，包括全局單播地址、前綴長度、默認網(wǎng)關地址和DNS服務器地址設備可能從DHCPv6服務器接收所有或部分IPv6尋址信息，取決于ICMPv6RA消息中指定的是選項2(SLAAC和DHCPv6)還是選項3(只使用DHCPv6)主機可能會選擇忽略路由器RA消息中的內(nèi)容，直接從DHCPv6服務器獲取其IPv6地址及其他信息。

IPv6單播地址

全局單播地址的動態(tài)配置（使用DHCPv6）

IPv6單播地址

EUI-64流程或隨機生成EUI-64流程該流程使用客戶端的48位以太網(wǎng)MAC地址，并在46位MAC地址中間插入另外的16位，從而創(chuàng)建64位接口ID優(yōu)點是可以使用以太網(wǎng)MAC地址確定接口–易于跟蹤EUI-64接口ID以二進制形式表示，由三部分組成：來自客戶端MAC地址的24位OUI，但第7個位（通用/本地位）正好相反（0變?yōu)?）插入16位

值

FFFE來自客戶端MAC地址的24位設備標識符

IPv6單播地址

EUI-64流程或隨機生成注意：第3步U/L位的使用和其數(shù)值轉(zhuǎn)換的原因在RFC5342中進行了討論。1：唯一，全球管理0：本地管理

IPv6單播地址

EUI-64流程或隨機生成示例：

IPv6單播地址

EUI-64流程或隨機生成隨機生成的接口ID根據(jù)操作系統(tǒng)的不同，設備可能會使用隨機生成的接口ID，而不是使用MAC地址和EUI-64流程從WindowsVista開始，Windows使用隨機生成的接口ID

而不是使用通過EUI-64創(chuàng)建的接口IDWindowsXP以及更早的Windows操作系統(tǒng)使用EUI-64IPv6單播地址

動態(tài)本地鏈路地址IPv6本地鏈路地址具有多種用途，包括：主機使用本地路由器的本地鏈路地址作為其默認網(wǎng)關的IPv6地址。路由器使用本地鏈路地址交換動態(tài)路由協(xié)議消息。轉(zhuǎn)發(fā)IPv6數(shù)據(jù)包時，路由器路由表使用本地鏈路地址標識下一跳路由器

可以采用或動態(tài)創(chuàng)建或手動配置的方法將本地鏈路地址配置為靜態(tài)本地鏈路地址。

IPv6單播地址

動態(tài)本地鏈路地址動態(tài)分配本地鏈路地址是使用FE80::/10前綴和接口ID動態(tài)創(chuàng)建的

手動配置本地鏈路地址提供了創(chuàng)建可識別和方便記憶的地址的功能。IPv6單播地址

靜態(tài)本地鏈路地址IPv6單播地址

靜態(tài)本地鏈路地址配置本地鏈路IPv6單播地址

檢驗IPv6地址配置IPv6單播地址

檢驗IPv6地址配置IPv6單播地址

檢驗IPv6地址配置PingIPv6組播地址

分配的IPv6組播地址IPv6組播地址的前綴為FFxx::/8IPv6組播地址的兩種類型：分配的組播請求節(jié)點組播IPv6組播地址

分配的IPv6組播地址兩種常見的IPv6分配組播組包括：FF02::1—所有節(jié)點組播組所有支持IPv6的設備都加入

與IPv4廣播地址效果相同

FF02::2—所有路由器組播組所有IPv6路由器都加入當路由器使用ipv6unicast-routing全局配置命令作為IPv6路由器啟用時，就會成為本組成員發(fā)送到該組的數(shù)據(jù)包將由鏈路或網(wǎng)絡上的所有IPv6路由器接收并處理。IPv6組播地址

請求節(jié)點IPv6組播地址在分配全局單播或本地鏈路單播地址時自動創(chuàng)建通過特殊的FF02:0:0:0:0:FF00::/104前綴與其單播地址最右端24位的組合而創(chuàng)建IPv6組播地址

請求節(jié)點IPv6組播地址請求節(jié)點組播地址由兩部分組成：FF02:0:0:0:0:FF00::/104組播前綴

-所有請求節(jié)點組播地址的前104位最低有效的24位

–從設備的全局單播或本地鏈路單播地址最右端的24位復制得到8.3

驗證連接

ConnectivityVerificationICMP

ICMPv4和ICMPv6消息ICMPv4和ICMPv6通用的ICMP消息包括：主機確認目標或服務不可達一些ICMPv4的目標不可達代碼為：

0–網(wǎng)絡

.1–主機.2–協(xié)議.3–端口.超時路由重定向雖然IP并不是可靠協(xié)議，但TCP/IP協(xié)議簇確實可以在出現(xiàn)某些錯誤時使用ICMP服務發(fā)送消息ICMP

ICMPv6路由器請求和路由器通告消息ICMPv6在鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議(ND或NDP)中包括四個新協(xié)議：路由器請求消息路由器通告消息鄰居請求消息鄰居通告消息路由器請求和路由器通告消息：在主機與路由器之間發(fā)送

路由器請求(RS)消息：RS消息作為IPv6所有路由器組播消息發(fā)送路由器通告(RA)消息：RA消息由路由器發(fā)送以提供尋址信息ICMP

ICMPv6路由器請求和路由器通告消息RA消息發(fā)送至IPv6全節(jié)點組播地址(

FF02::2)。使用SLAAC的主機將發(fā)送其默認網(wǎng)關至發(fā)送RA的路由器的本地鏈路地址。思科路由器默認每200秒發(fā)送RA消息。ICMP

ICMPv6鄰居請求和鄰居通告消息另外