工作單元4規劃與分配IP地址不同類型的局域網之間是不能直接通信的，主要原因是其所傳送的數據幀的格式不同。IP協議可以把各種不同格式的數據幀統一轉換成IP數據包，從而實現了各種局域網在網絡層的互通。TCP/IP給網絡中的每臺計算機及相關設備都規定了一個唯一的網絡層地址，以識別主機，方便通信。TCP/IP目前有Internet協議版本4（TCP/IPv4）和Internet協議版本6（TCP/IPv6）兩個版本，其分別規定了IPv4和IPv6兩種版本的網絡層地址。本單元的主要目標是熟悉IPv4地址的相關知識，掌握規劃和分配IPv4地址的方法；了解IPv6地址的基本知識和設置方法。本單元主要內容任務4.1規劃和分配IPv4地址任務4.2設置IPv6地址任務4.1規劃和分配IPv4地址【任務目的】（1）理解IPv4地址的概念和分類；（2）理解子網掩碼的作用；（3）理解IPv4地址的分配原則；（4）掌握在網絡中規劃與分配IPv4地址的方法。【工作環境與條件】

（1）安裝好Windows操作系統的計算機；（2）網絡模擬和建模工具CiscoPacketTracer。4.1.1

IPv4地址的結構和分類1.IPv4地址的結構

IPv4地址在網絡層提供了一種統一的地址格式，在統一管理下進行分配，保證每一個地址對應于網絡上的一臺主機，屏蔽了MAC地址之間的差異，保證網絡的互聯互通。根據TCP/IPv4協議的規定，IPv4地址由32位二進制數組成，而且在網絡上是唯一的。例如，某臺計算機的IPv4地址為：11001010011001101000011001000100。很明顯，這些數字對于人來說不太好記憶。人們為了方便記憶，就將組成IPv4地址的32位二進制數分成四段，每段8位，中間用小數點隔開，然后將每八位二進制轉換成十進制數，這樣上述計算機的IPv4地址就變成了：8。顯然這里每一個十進制數不會超過255。4.1.1

IPv4地址的結構和分類2.IPv4地址的分類

IPv4地址也可以分成兩部分，一部分用以標明具體的網絡段，即網絡標識（net-id）；另一部分用以標明具體的主機，即主機標識（host-id）。同一個網段上的所有主機都使用相同的網絡標識，網絡上的每個主機都有一個主機標識與其對應。由于網絡中包含的主機數量不同，于是人們根據網絡規模的大小，把IPv4地址的32位地址信息設成五種定位的劃分方式，分別對應為A類、B類、C類、D類、E類地址。4.1.1

IPv4地址的結構和分類4.1.2特殊的IPv4地址1.特殊用途的IPv4地址4.1.2特殊的IPv4地址2.私有IPv4地址私有IPv4地址是和公有IPv4地址相對的，是只能在局域網中使用的IPv4地址，當局域網通過路由設備與廣域網連接時，路由設備會自動將該地址段的信號隔離在局域網內部，而不會將其路由到公有網絡中，所以即使在兩個局域網中使用相同的私有IPv4地址，彼此之間也不會發生沖突。當然，使用私有IPv4地址的計算機也可以通過局域網訪問Internet，不過需要借助地址映射或代理服務器才能完成。4.1.2特殊的IPv4地址（1）/8

/8私有網絡是A類網絡，24位可分配的地址空間（24位主機標識），允許的有效地址范圍從

至54。（2）/12

/12私有網絡可以被認為是B類網絡，20位可分配的地址空間（20位主機標識），允許的有效地址范圍從

至54。（3）/16

/16私有網絡可以被認為是C類網絡，16位可分配的地址空間（16位主機標識），允許的有效地址范圍從

至54。4.1.3子網掩碼1.子網掩碼的作用通常在設置IPv4地址的時候，必須同時設置子網掩碼，子網掩碼不能單獨存在，它必須結合IPv4地址一起使用。子網掩碼只有一個作用，就是將某個IPv4地址劃分成網絡標識和主機標識兩部分。這對于采用TCP/IP協議的網絡來說非常重要，只有通過子網掩碼，才能表明一臺主機所在的網段（廣播域）與其他網段的關系，使網絡正常工作。4.1.3子網掩碼子網掩碼是用來判斷任意兩臺計算機的IPv4地址是否屬于同一網段（廣播域）的根據。最為簡單的理解就是兩臺計算機各自的IPv4地址與子網掩碼進行AND運算后，如果得出的結果是相同的，則說明這兩臺計算機是處于同一個網段的，可以直接進行通信。4.1.3子網掩碼2.劃分子網標準的IPv4地址分為兩極結構，即每個IPv4地址都分為網絡標識和主機標識兩部分，但這種結構在實際網絡應用中存在著以下不足：

IPv4地址空間的利用率有時很低，如某網段有10臺主機，要分配IPv4地址，必須選擇C類的地址，而一個C類地址段一共有254個可以分配的IPv4地址，這樣有244個地址就被浪費掉了。給每一個物理網絡分配一個網絡標識會使路由表變得太大，影響網絡性能。兩級的IPv4地址不夠靈活，很難針對不同的網絡需求進行規劃和管理。4.1.3子網掩碼解決這些問題的辦法是，在IPv4地址中就增加了一個“子網標識字段”，使兩級的IPv4地址變成三級的IPv4地址。這種做法叫做劃分子網，或子網尋址或子網路由選擇。也可以使用下面的等式來表示三級IPv4地址：

IPv4地址::={<網絡標識>,<子網標識>,<主機標識>}。4.1.3子網掩碼下面通過一個B類地址子網劃分的實例來說明劃分子網的方法。例如某區域網絡申請到了B類地址如/16，該地址中的前16位是固定的，后16位可供用戶自己支配。網絡管理員可以將這16位分成兩部分，一部分作為子網標識，另一部分作為主機標識，作為子網標識的位數可以從1到14，如果子網標識的位數為m，則該網絡一共可以劃分為2m個子網，與之對應主機標識的位數為16－m，每個子網中可以容納216-m－2個主機（注意主機標識不能全為“1”，也不能全為“0”）。表4-3列出了B類地址的子網劃分選擇。4.1.3子網掩碼子網標識的位數子網掩碼子網數主機數/子網123276624163823881904164094532204666410227128510825625492851212610921024621124204830124040961413488192614521638224.1.4

IPv4地址的分配方法1.靜態分配IPv4地址靜態分配IPv4地址就是將IPv4地址及相關信息設置到每臺計算機和相關設備中，計算機及相關設備在每次啟動時從自己的存儲設備獲得的IPv4地址及相關信息始終不變。2.使用DHCP分配IPv4地址

DHCP（DynamicHostConfigurationProtocol，動態主機配置協議）專門設計用于使客戶機可以從服務器接收IPv4地址及相關信息。DHCP采用客戶機/服務器模式，網絡中有一臺DHCP服務器，每個客戶機選擇“自動獲得IPv4地址”，就可以得到DHCP提供的IPv4地址。通常客戶機與DHCP服務器要在同一個廣播域中。要實現DHCP服務，必須分別完成DHCP服務器和客戶機的設置。4.1.4

IPv4地址的分配方法3.自動專用尋址如果網絡中沒有DHCP服務器，但是客戶機還選擇了“自動獲得IPv4地址”，那么操作系統會自動為客戶機分配一個IPv4地址，該地址為/16（地址范圍至55）中的一個地址。【任務實施】

在圖4-3所示的網絡中，公司總部的PC通過交換機連接到路由器R1的快速以太網接口F0/0，分支機構的PC通過交換機連接到路由器R2的快速以太網接口F0/0，路由器R1、R2通過各自的串行接口S1/0直接相連。請根據實際需求，為該網絡中的相關設備規劃與分配IPv4地址。【任務實施】

實訓1無子網的IPv4地址分配實訓2用子網掩碼劃分子網實訓3使用VLSM細分子網任務4.2設置IPv6地址【任務目的】（1）了解IPv6的特點；（2）了解IPv6地址表示方法和類型；（3）了解IPv6地址的配置方法。【工作環境與條件】

（1）安裝好Windows操作系統的計算機；（2）能夠正常運行的網絡環境（也可使用CiscoPacketTracer網絡模擬和建模工具）。4.2.1

IPv6的新特性 巨大的地址空間 數據處理效率提高 良好的擴展性 路由選擇效率提高 支持自動配置和即插即用 更好的服務質量 內在的安全機制 全新的鄰居發現協議 增強了對移動IP的支持 增強的組播支持4.2.2

IPv6地址的表示 1.IPv6地址的文本格式

IPv6地址的長度是128位，可以使用以下3種格式將其表示為文本字符串。（1）冒號十六進制格式。這是IPv6地址的首選格式，格式為n:n:n:n:n:n:n:n。每個n由4位十六進制數組成，對應16位二進制數。例如：3FFE:FFFF:7654:FEDA:1245:0098:3210:0002。4.2.2

IPv6地址的表示（2）壓縮格式在IPv6地址的冒號十六進制格式中，常會出現一個或多個段內的各位全為0的情況，為了簡化對這些地址的寫入，可以使用壓縮格式。在壓縮格式中，一個或多個各位全為0的段可以用雙冒號符號（::）表示。此符號只能在地址中出現一次。例如，未指定地址0:0:0:0:0:0:0:0的壓縮形式為::；環回地址0:0:0:0:0:0:0:1的壓縮形式為::1；單播地址3FFE:FFFF:0:0:8:800:20C4:0的壓縮形式為3FFE:FFFF::8:800:20C4:0。4.2.2

IPv6地址的表示（3）內嵌IPv4地址的格式這種格式組合了IPv4和IPv6地址，是IPv4向IPv6過渡過程中使用的一種特殊表示方法。具體地址格式為n:n:n:n:n:n:d.d.d.d，其中每個n由4位十六進制數組成，對應16位二進制數；每個d都表示IPv4地址的十進制值，對應8位二進制數。4.2.2

IPv6地址的表示2.IPv6地址前綴

IPv6中的地址前綴（FormatPrefix，FP）類似于IPv4中的網絡標識。IPv6前綴通常用來作為路由和子網的標識，但在某些情況下僅僅用來表示IPv6地址的類型，例如IPv6地址前綴“FE80::”表示該地址是一個鏈路本地地址。在IPv6地址表示中，表示地址前綴的方法是用“IPv6地址/前綴長度”來表示，例如，若某IPv6地址為3FFE:FFFF:0:CD30:0:0:0:5/64，則該地址的前綴是3FFE:FFFF:0:CD30。4.2.2

IPv6地址的表示3.URL中的IPv6地址表示在IPv4中，對于一個URL，當需要使用IP地址加端口號的方式來訪問資源時，可以采用形如“3:8080/cn/index.asp”的表示形式。由于IPv6地址中含有“:”，因此為了避免歧義，當URL中含有IPv6地址時應使用“[]”將其包含起來，表示形式為“http://[2000:1::1234:EF]:8080/cn/index.asp”。4.2.3

IPv6地址的類型1.單播地址單播地址是只能分配給一個節點上的一個接口的地址，也就是說尋址到單播地址的數據包最終會被發送到唯一的接口。和IPv4單播地址類似，IPv6單播地址通常可分為子網前綴和接口標識兩部分，子網前綴用于表示接口所屬的網段，接口標識用以區分連接在同一鏈路的不同接口。（1）可聚合全球單播地址可聚合全球單播地址類似于IPv4中可以應用于Internet的公有地址，該類地址由IANA（互聯網地址分配機構）統一分配，可以在Internet中使用。4.2.3

IPv6地址的類型（2）鏈路本地地址當一個節點啟用IPv6協議時，該節點的每個接口會自動配置一個鏈路本地地址。這種機制可以使得連接到同一鏈路的IPv6節點不需要做任何配置就可以通信。鏈路本地地址使用了特定的鏈路本地前綴FE80::/64，其接口ID的長度為固定64位。4.2.3

IPv6地址的類型（3）站點本地地址站點本地地址是另一種應用范圍受到限制的地址，只能在一個站點（由某些鏈路組成的網絡）內使用。站點本地地址類似于IPv4中的私有地址，任何沒有申請到可聚合全球單播地址的機構都可以使用站點本地地址。（4）唯一本地地址為了替代站點本地地址的功能，又使這樣的地址具有唯一性，避免產生像IPv4私有地址泄漏到公網而造成的問題，4.2.3

IPv6地址的類型（5）特殊地址特殊地址主要包括未指定地址和環回地址。未指定地址：該地址為0:0:0:0:0:0:0:0（::），主要用來表示某個地址不可用，主要在數據包未指定源地址時使用，該地址不能用于目的地址。環回地址：該地址為0:0:0:0:0:0:0:1（::1），與IPv4地址中的的功能相同，只在節點內部有效。4