揚州工業職業技術學院教案序號2周次授課形式講練結合授課章節名稱項目2規劃網絡地址（一）教學目的1.理解IP地址的基本概念及其在網絡中的作用。2.掌握進制之間的轉換方法。教學重點1.IP地址的基本概念及其在網絡中的作用。教學難點1.二進制與十進制之間的轉換方法。使用教具計算機、ppt、eNSP、觸摸白板課外作業復習本節，預習下節課后體會同學們對本堂課的掌握情況良好授課主要內容本項目知識圖譜2.1IP地址概述IP地址是用于在Internet上唯一標識設備的地址，它是分配給IP網絡中每臺機器的數字標識符，指出了設備在網絡中的具體位置。IP地址是軟件地址，而不是硬件地址，它與鏈路類型、設備硬件無關，而是由管理員分配、指定的，因此也稱為邏輯地址。每臺主機可以擁有多個網絡接口卡，也可以同時擁有多個IP地址。IP

地址是統一由互聯網名稱與數字地址分配機構（InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers，ICANN）來分配和管理的。IP地址的分配有一套嚴格的機制和程序，這種機制和程序保證了地址在Internet上的唯一性。2.2進制之間的轉換

日常生活中，人們通常使用十進制來進行運算和數字表達，但是計算機是基于二進制進行運行計算的，只是用其他進制表現出來。在數字電路中常用1來代表通電（開），0代表斷電（關）。常用進制表如表2-1所示。表2-1進制表基數位權基數表示方法進位規則二進制22n0,1B逢二進一八進制88n0～7O或Q逢八進一十進制1010n0～9D逢十進一十六進制1616n0～9，A～FH逢十六進一進制指進位計數法，也可以描述為每一位數字相比于其后的一位數字，權重高多少倍。例如十進制是每一位數字比后一位數字的權重高10倍，即十位上的數字比個位上的數字的權重高10倍，百位上的數字比十位上的數字的權重高10倍，以此類推。十進制各位的權重如表2-2所示。表2-2十進制權重表位數權重十進制形式第1位1001第2位10110第3位102100第4位1031000第5位10410000第6位105100000………………十進制數可以用位權展開法來表示，具體如下。1519=1*103+5*102+1*101+9*100802=8*102+0*101+2*100二進制各位的權重及其對應的十進制形式如表2-3所示。表2-3二進制權重表位數權重十進制形式第1位201第2位212第3位224第4位238第5位2416第6位2532………………每個二進制數可以與表2-3進行對應，例如二進制數1010110的對應結果如表2-4所示。表2-4二進制、十進制權重對應表（以1010110為例）二進制數1010110權重26252423222120十進制形式6432168421使用位權展開法將二進制數1010110轉換為十進制，如下。1010110=1*26+0*25+1*24+0*23+1*22+1*21+0*20=64+0+16+0+4+2+0=86將十進制數轉換成二進制形式的一種方法是“除2取余、逆序排列”。該方法把十進制數作為被除數、2作為除數進行除法運算，得到商。除法運算的余數可能為0（即整除），也有可能為1。如果商不為0，則把商作為被除數、2作為除數繼續進行除法運算，直到商為0為止。最后，把余數0和1按照從下到上的順序，從左到右進行排列。以86為例，十進制數轉換為二進制形式首先進行“除2取余”，具體如表2-5所示。表2-5十進制數轉換為二進制過程表（以86為例）被除數除數商余數86÷2=43043÷2=21121÷2=10110÷2=505÷2=212÷2=101÷2=01然后將余數按照從下到上的順序，從左至右排列，得到1010110。將十進制數轉換為二進制形式的另一種方法的具體操作為：首先找到2的各次冪中，小于要轉換的十進制數的所有數字，用這個十進制數減去2的最大次冪，同時記二進制數的最高位數1；然后判斷上一次減法運算的差是否大于2的次大次冪，如果大于則執行減法運算，并記二進制數的次高位為1，反之則不執行減法運算，僅記二進制數的次高位為0。以此類推，直到與2的0次冪（即1）對比完為止，此時便得到二進制數從高到低的所有位。還是以86為例，具體轉換步驟如下：步驟1：找到小于86的2次冪，有64、32、16、8、4、2、1。步驟2：86-64=22記為1。步驟3：22<32記為0。步驟4：22-16=6記為1。步驟5：6<8記為0。步驟6：6-4=2記為1。步驟7：2-2=0記為1。步驟8：0<1記為0。步驟9：把標記的二進制數按照從高位到低位的順序進行排列，得到1010110。2.3IP地址格式

IP地址由32位二進制數組成，為了便于用戶閱讀和理解，通常情況下，使用的是點分十進制表示法。點分十進制表示法把32位二進制數平均分成4組，每組8位（1字節），然后按組轉換為十進制數，組與組之間使用點“.”隔開。例如，采用點分十進制表示的IP地址192.168.1.1可用二進制數表示，表2-6可以幫助大家更好的理解IP地址。表2-6IP地址的進制格式二進制數11000000101010000000000100000001十進制數19216811點分十進制表示法192.168.1.1IP地址分為網絡位和主機位兩個部分，比如一個C類地址192.168.1.1/24，其對應的網絡位和主機位如表2-7所示。表2-7IP地址組成結構網絡位主機位1921681111000000101010000000000100000001網絡地址用來唯一地標識網絡。在同一個網絡中，所有設備的IP地址都包含相同的網絡地址。主2.3IP地址格式

IP地址由32位二進制數組成，為了便于用戶閱讀和理解，通常情況下，使用的是點分十進制表示法。點分十進制表示法把32位二進制數平均分成4組，每組8位（1字節），然后按組轉換為十進制數，組與組之間使用點“.”隔開。例如，采用點分十進制表示的IP地址192.168.1.1可用二進制數表示，表2-6可以幫助大家更好的理解IP地址。表2-6IP地址的進制格式二進制數11000000101010000000000100000001十進制數19216811點分十進制表示法192.168.1.1IP地址分為網絡位和主機位兩個部分，比如一個C類地址192.168.1.1/24，其對應的網絡位和主機位如表2-7所示。表2-7IP地址組成結構網絡位主機位1921681111000000101010000000000100000001網絡地址用來唯一地標識網絡。在同一個網絡中，所有設備的IP地址都包含相同的網絡地址。主【小結】本節課主要介紹IP地址的基本概念和用途，以及如何進行各進制之間的轉換，尤其是二進制和十進制的轉發，并且介紹了IPv4地址的格式及組成。【作業】（1）簡述IPv4地址的組成？（2）簡述二進制與十進制轉換的。揚州工業職業技術學院教案序號3周次授課形式講練結合授課章節名稱項目2規劃網絡地址（二）教學目的1.掌握IP網絡地址規劃方式。2.掌握子網劃分的方法。教學重點1.掌握網絡地址規劃的方法。教學難點1.掌握計算IP網絡以及IP子網的方法。使用教具計算機、ppt、eNSP、觸摸白板課外作業復習本節，預習下節課后體會同學們對本堂課的掌握情況良好授課主要內容本項目知識圖譜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地址最初被設計劃分成了5類，分別稱為A類、B類、CC類網絡則使用固定的子網掩碼255.255.255.0。設備只需要讀取IP地址前面幾個bit就知道如何區分該IP地址的網絡部分和主機部分，這樣的網絡被稱為有類地址（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位二進制數為0的IP地址。A類IP地址的前8位二進制數為網絡位，后24位二進制數為主機位。由于第1位二進制數為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位二進制數為10的IP地址。B類IP地址的前16位二進制數為網絡位，后16位二進制數為主機位。由于前2位二進制數為10，B類IP地址的理論范圍為128.0.0.0?191.255.255.255。網絡號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位二進制數為110的IP地址。C類IP地址的前24位二進制數為網絡位，后8位二進制數為主機位。由于前3位二進制數為110，C類IP地址的理論范圍為192.0.0.0～223.255.255.255。網絡號192.0.0是被IANA保留的，不指派。同樣，一臺主機能使用的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位二進制數為1110的IP地址。D類IP地址預留為組播地址。由于前4位二進制數為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位二進制數為1111的IP地址。E類IP地址預留為保留地址。由于前4位二進制數為1111，D類IP地址的理論范圍為240.0.0.0?255.255.255.255。2．無類編址隨著互聯網的快速發展，網絡規模變得越來越龐大，有類IP地址的劃分方式已經不能滿足復雜的網絡需求。因此，無類IP地址（ClasslessIPAddress）應運而生，它允許網絡管理員根據實際需要自由地分配子網掩碼，提供了更靈活的網絡劃分方式。無類網絡是一種網絡設計概念，它的主要特點是IP地址的子網劃分不需要遵循傳統的類別劃分規則，IP地址的范圍描述可按照人為意愿自己定義。在無類網絡中，子網掩碼的長度可以根據實際需求進行靈活的配置，從而更有效地管理IP地址資源。總之，有類IP地址的出現是為了解決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地址無法滿足的復雜網絡需求。2.5私網IP地址

我們曾提到IP地址是由ICANN來統一分配的，以保證任何一個IP地址在Internet上的唯一性。其實，這里的IP地址是指公網IP地址。連接到Internet的網絡設備必須具有由ICANN分配的公網IP地址。但是，實際上有一些網絡并不需要連接到Internet，如一個企業的內部網絡。這種網絡中的網絡設備無須使用公網IP地址，只要同一網絡中的網絡設備的IP地址不發生沖突即可。在IP地址的空間里，A、B、C三類地址中各預留了一些地址專門用于上述情況，它們被稱為私網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IP地址在Internet上是不可路由的。凡是Internet上的網絡設備均不會接收、發送或者轉發源IP地址或目的IP地址在上述范圍內的報文，這些IP地址只能用于私有網絡。私網地址的使用使得網絡可以得到更為自由的擴展，因為同一個私網IP地址是可以在不同的私有網絡中得到重復使用的。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絡設備。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段中的所有設備發送信息的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，可以用于向所有網絡中的設備發送廣播信息。再比如說一個C類網絡地址空間192.168.1.0/24，該地址空間中最后個地址是192.168.1.255，它被保留作為該網絡的廣播地址，作為向本網段中的所有設備發送信息的IP地址，不能分配給任何網絡設備。（3）環回地址（LoopbackAddress）：環回地址是一個虛擬的IP地址，它用于標識一個網絡設備的本地連接。例如，IPv4地址空間中的環回地址是127.0.0.1，它被保留用于表示一個網絡設備的本地連接，往往用于環路測試。（4）組播地址（MulticastAddress）：組播地址是用于向多個網絡設備發送信息的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網絡設備發送組播信息。這些特殊IP地址無法分配給設備，但是在網絡設計和實現中起到重要作用，幫助網絡工程師更有效地管理和規劃IP地址資源。2.7子網掩碼

IP地址由網絡號和主機號兩部分組成，那么在一個IP地址的32位中有多少位是網絡號，又有多少位是主機號呢？這個是通過IP地址對應的子網掩碼（subnetmask）來確定的。子網掩碼又叫網絡掩碼、地址掩碼、子網絡遮罩，子網掩碼不能獨立存在，它必須結合IP地址一起使用。1．子網掩碼的組成子網掩碼與IP地址類似，也是由32位二進制數組成的一個地址。子網掩碼的32位與IP地址的32位相對應，1對應的部分為網絡號，0對應的部分為主機號，與IP地址不同的是，子網掩碼中的二進制數“1”和“0”是分別連續的。2．子網掩碼的格式子網掩碼一定是配合IP地址來使用的，也采用點分十進制表示法來表示，例如：子網掩碼二進制11111111.11111111.11111111.00000000，表示為255.255.255.0。在和IP地址一起書寫時也經常采用子網掩碼中二進制數“1”的位數來表示，即二進制的子網掩碼中有幾個“1”，就寫為反斜杠加幾。例如，IP地址192.168.1.1與其子網掩碼255.255.255.0，可寫為192.168.1.1/24。常用的A、B、C類地址默認子網掩碼二進制與十進制對應關系如表2-9所示。表2-9A、B、C類地址默認子網掩碼二進制與十進制對應表地址類型點分十進制表示子網掩碼的二進制位A255.0.0.011111111000000000000000000000000B255.255.0.011111111111111110000000000000000C255.255.255.011111111111111111111111100000000除了將IP地址劃分成網絡地址和主機地址兩部分這個作用之外，通過子網掩碼，還可以將一個大的IP網絡劃分為若干小的子網絡，從而提高網絡可擴展性和可管理性。2.8子網劃分

子網掩碼的引入，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，A類地址的子網掩碼總是255.0.0.0，B類地址的子網掩碼總是255.255.0.0，C類地址的子網掩碼總是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，子網掩碼的長度是可以根據需要而靈活變化的。子網劃分方式是從IP地址的主機位中借位組成子網位，即把主機位分成子網位和主機位兩部分，如圖2-3所示。圖2-3子網劃分示意圖劃分子網號的位數，取決于具體的需要。若子網號所占的位數越多，可分配給主機的位數就越少，也就是說，在一個子網中所包含的主機就越少。例如，一個B類網絡172.17.0.0，將主機號分為兩部分，其中8比特用于子網號，另外8比特用于主機號，那么這個B類網絡就被分為255個子網，每個子網可以容納254臺主機。1．等長子網劃分等長子網劃分就是將一個有類網絡等分為多個網絡，也就是等分成多個子網，所有子網都具有相同的子網掩碼。例如，將192.168.10.0/24網絡等分為2個子網，該網絡的默認子網掩碼為/24，要劃分為2個子網，只需要借用主機位1位作為子網位。因為二進制數0和1排列組合只有這兩種組合，所有劃分結果的只有以上兩種。同時，因借用主機位1位，子網掩碼的位數也要相應+1，由原來的255.255.255.0（/24）變為255.255.255.128（/25）。主機位數用n表示，這里n=7，每個子網的理論主機數為27，去除特殊IP地址2個，可用主機數為27-2=126個。最后劃分結果如表2-10所示。表2-10等長子網劃分結果網絡地址子網掩碼有效主機地址范圍可用主機數量廣播地址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．變長子網掩碼（VLSM，VariableLengthSubnetMask）VLSM是與有類編址相對應的一種子網劃分方式。VLSM的引入主要是為了更有效地解決IP地址分配的浪費問題。在有類編址中，每個子網分配的IP地址數量相同，容易造成IP地址的浪費，因為各子網的主機數量有多有少。而VLSM可以根據實際需求，為每個子網分配不同數量的IP地址，從而提高了IP地址的利用率。VLSM允許在一個層次結構的網絡中，使用多個不同的掩碼，也即可以對一個經過子網劃分的網絡再次劃分。在VLSM中，可以根據不同網段中的主機個數使用不同長度的子網掩碼，從而更靈活地劃分網絡。VLSM的特點如下：（1）提高IP地址利用率VLSM可以根據不同子網中的主機數量來靈活分配IP地址，避免了IP地址的浪費。（2）增強網絡規劃靈活性VLSM使得網絡規劃更加靈活，可以根據實際需求來劃分網絡，提高了網絡的可擴展性和可管理性。（3）支持無類路由協議使用VLSM的網絡設計需要支持無類路由協議（如RIPv2、EIGRP等），這些協議能夠傳遞子網掩碼信息，使得子網信息可以精確區分，消除了不連續地址的問題。VLSM的詳細描述見項目實施。2.9網絡地址

圖2-4網絡地址求法【項目實施】任務2.1企業網絡子網劃分

1．任務描述藍箭公司有研發部、生產部、財務部和銷售部等部門，經過統計各部門對IP地址的需求量，研發部需120個，生產部需42個，財務部需29個，銷售部需28個，要求使用192.168.1.0/24這個網段對4個部門進行IP地址分配。2．實施步驟先假設按照一般的固定子網掩碼方式來劃分這個C類IP地址，要將該IP分成四個子網的話，需要使用8位主機位中的2位來用作子網號，n位子網號可得到2n個子網，所以2位子網位可以得到4個子網，剩下的6位主機位有28-n-2=62個IP地址，根本滿足不了研發部的需求，所以想通過固定長度子網掩碼來規劃這個網絡是行不通的。VLSM可以很好的解決這個問題，VLSM能在子網中再劃分子網，使一個大網絡中劃分的子網呈現為層次性。我們可以把各級子網稱為一級子網、二級子網。（1）先分配研發部需要的120個IP地址圖2-5研發部子網劃分（2）分配生產部需要的42個IP地址圖2-6生產部子網劃分（3）分配財務部和銷售部需要的29個和28個IP地址圖2-7財務部和銷售部子網劃分藍箭公司IP地址規劃請款情況見表2-11。表2-11藍箭公司IP地址規劃部門網絡地址子網掩碼有效主機地址范圍可用主機數量研發部192.168.1.0255.255.255.128192.168.1.1～192.168.1.126126生產部192.168.1.128255.255.255.192192.168.1.129～192.168.1.19062財務部192.168.1.192255.255.255.224192.168.1.193～192.168.1.22230銷售部192.168.1.224255.255.255.224192.168.1.225～192.168.1.2