网络层协议及IP编址
网络层协议
网络层经常被称为IP层。
I P 协 议
I P 协 议 （Internet Protocol）本身是一个协议文件的名称，主要是定义并阐述了IP报文的格式。经常被提及的IP，一般不是特指Internet Protocol这个协议文件本身，而是泛指直接或间接与IP协议相关的任何内容。
作用:
• 为网络层的设备提供逻辑地址
• 负责数据包的寻址和转发
版本
• IPv4 (IP Version 4)
• IPv6 (IP Version 6)
数据封装
数据包分片
分片：
将报文分割成多个片段的过程。
网络中转发的IP报文的长度可以不同，但如果报文长度超过了数据链路所支持的最大长度，则报文就需要分割成若干个较小的片段才能够在链路上传输。
生存时间 ( T i m e t o L i v e , T T L )
TTL字段设置了数据包可以经过的路由器数目。
一旦经过一个路由器，TTL值就会减1，当该字段值为0时，数据包将被丢弃。
协议号 ( P r o t o c o l )
IP报文头中的协议号字段标识了将会继续处理该报文的协议。
即指出此数据包携带的数据使用何种协议，以便目的主机的IP层将数据部分上报给哪个进程处理。
IPv4地址介绍
IP地址在网络中用于标识一个节点（或者网络设备的接口）。
IP地址用于IP报文在网络中的寻址。
IP地址就像现实中的地址，可以标识网络中的一个节点，数据就是通过它来找到目的地。
I P 地址表示
一个IPv4地址有32 bit。
IPv4地址通常采用“点分十进制”表示。
点分十进制表示法
十进制与二进制的转换
IPv4地址范围：0.0.0.0~255.255.255.255。
I P 地址构成
网络部分 ：
用来标识一个网络。
主 机 部 分：
用来区分一个网络内的不同主机。
网络掩码：
区分一个IP地址中的网络部分及主机部分。
I P 地址寻址
网络部分 用来标识一个网络，代表IP地址所属网络。
主 机 部 分 用来区分一个网络内的不同主机，能唯一标识网段上的某台设备。
I P 地址分类
为了方便IP地址的管理及组网，IP地址分成五类：
A/B/C类默认网络掩码
▫ A类：8 bit， 0.0.0.0~127.255.255.255/8
▫ B类：16 bit，128.0.0.0~191.255.255.255/16
▫ C类：24 bit，192.0.0.0~223.255.255.255/24
I P 地址类型
我们通常把一个网络号所定义的网络范围称为一个网段。
网络地址：
用于标识一个网络。
例如：192.168.10.0/24
广播地址：
用于向该网络中的所有主机发送数据的特殊地址。
例如：192.168.10.255/24
可用地址：
可分配给网络中的节点或网络设备接口的地址。
例如：192.168.10.1/24
私 网 I P 地 址
在IP地址空间里，A、B、C三类地址中各预留了一些地址专门用于上述情况，称为私网IP地址。
公网I P地址
IP地址是由IANA统一分配的，以保证任何一个IP地址在Internet上的唯一性。
公网I P地址 实际上一些网络不需要连接到Internet，比如一个大学的封闭实验室内的网络，只要同一网络中的网络设备的IP地址不冲突即可。
特 殊 I P 地 址
IP地址空间中，有一些特殊的IP地址，这些IP地址有特殊的含义和作用，举例如下。
有限广播地址
255.255.255.255 可作为目的地址，发往该网段所有主机（受限于网关）
任意地址
0.0.0.0 “任何网络”的网络地址；“这个网络上这个主机接口”的IP地址
环回地址
127.0.0.0/8 测试设备自身的软件系统
本地链路地址
169.254.0.0/24 当主机自动获取地址失败后，可使用该
网段中的某个地址进行临时通信
I C M P 协 议
I C M P Internet Control Message Protocol
Internet控制消息协议是IP协议的辅助协议。用来在网络设备间传递各种差错和控制信息。
I C M P 重 定 向
ICMP重定向报文是ICMP控制报文中的一种。
I C M P 差 错 检 测
ICMP Echo消息常用于诊断源和目的地之间的网络连通性，同时还可以提供其他信息，如报文往返时间等。
功能：Ping
Ping是网络设备、Windows、Unix和Linux平台上的一个命令，其实是一个小巧而实用的应用程序，该应用基于ICMP协议。Ping常用于探测到达目的节点的网络可达性。
[RTA]ping 20.0.0.2
PING 20.0.0.2: 56 data bytes, press CTRL_C to break
Reply from 20.0.0.2: bytes=56 Sequence=1 ttl=254 time=70 ms
Reply from 20.0.0.2: bytes=56 Sequence=2 ttl=254 time=30 ms
Reply from 20.0.0.2: bytes=56 Sequence=3 ttl=254 time=30 ms
Reply from 20.0.0.2: bytes=56 Sequence=4 ttl=254 time=40 ms
Reply from 20.0.0.2: bytes=56 Sequence=5 ttl=254 time=30 ms
--- 20.0.0.2 ping statistics ---
5 packet(s) transmitted
5 packet(s) received
0.00% packet loss
round-trip min/avg/max = 30/40/70 ms
I C M P 错 误 报 告
ICMP定义了各种错误消息，用于诊断网络连接性问题；根据这些错误消息，源设备可以判断出数据传输失败的原因。
功能：Tracert
Tracert基于报文头中的TTL值来逐跳跟踪报文的转发路径。
[RTA]tracert 20.0.0.2
traceroute to 20.0.0.2(20.0.0.2), max hops: 30 ,packet length:
40,press CTRL_C
to break
1 10.0.0.2 80 ms 10 ms 10 ms
2 20.0.0.2 30 ms 30 ms 20 ms
I P 地 址 的 基 础 配 置 命 令
1. 进入接口视图
[Huawei] interface interface-type interface-number
通过此命令可以进入指定的接口视图，配置接口的相关属性。
• interface-type interface-number：指定接口类型和接口编号。接口类型和接口编号之间可以输入空格也可以不输
入空格。
2. 配置接口的IP地址
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] ip address ip-address { mask | mask-length }
在接口视图下，通过此命令来给网络设备上的接口配置IP地址，实现网络的互连。
• ip-address：指定接口的IP地址，点分十进制形式。
• mask：指定子网掩码，点分十进制形式。
• mask-length：指定掩码长度，整数形式，取值范围是0～32。
案例：配置接口 I P 地 址
在上述两台路由器互联的网络中，配置设备的互联物理接口地址以及各自的逻辑地址。
配置物理接口地址：
[RTA] interface gigabitethernet 0/0/1
[RTA-GigabitEthernet0/0/1] ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
或
[RTA-GigabitEthernet0/0/1] ip address 192.168.1.1 24
配置逻辑接口地址：
[RTA] interface LoopBack 0
[RTA-LoopBack0] ip address 1.1.1.1 255.255.255.255
或
[RTA-LoopBack0] ip address 1.1.1.1 32
网 络 I P 地址规划
IP地址规划要和网络结构、路由协议、流量规划、业务规则等结合起来考虑。IP地址的规划应尽可能和网络层次相对应，应该是自顶向下的一种规划。
IP地址规划的目标是：易管理、易扩展、利用率高。
参考规划原则
唯一性、连续性、扩展性结构化、业务相关性
I P v 4 v s I P v 6
由全球IP地址分配机构，IANA (Internet Assigned Numbers Authority)管理的IPv4地址，于2011年完全用尽。随着最后一个IPv4公网地址分配完毕，加上接入公网的用户及设备越来越多，IPv4地址枯竭的问题日益严重，这是当前IPv6替代IPv4的最大源动力。
IPv4
• 地址长度：32 bit
• 地址分类：单播地址、广播地址、组播地址
• 特点：
▫ 地址枯竭
▫ 包头设计不合理
▫ 对ARP的依赖，导致广播泛滥
IPv6
• 地址长度：128 bit
• 地址分类：单播地址、组播地址、任播地址
• 特点：
▫ 无限地址
▫ 简化的报文头部
▫ IPv6地址自动部署