教学过程：

【旧课复习】：回顾TCP/IP参考模型，每一层的那些协议起作用，分别有什么功能？

【项目引入】：一个通讯系统必须有一种方式能够唯一地标识不同的通讯者。在TCP/IP网络中使用IP地址标识终端设备，IP地址为32位2进制数，其中包括网络部分与主机部分。网络地址在全网中必须唯一，而在同一网络中主机地址必须唯一。

3.1 任务一：初识IPv4地址

【提问】：大家知道，我们电脑要上网，必须要设置一个IP地址，那怎么来设置电脑的IP地址呢？

【总结】：每台联网的电脑都必须要有全局唯一的IP地址才能实现正常的通信。就相当于我们每个人的身份证一样。IP地址是为了确定一个具体网络设备所处的具体位置。

为方便书写及记忆，一个IP地址通常采用用0~255之内的4 个十进制数表示，数之间用句点分开。这些十进制数中的每一个都代表32位地址的其中8位，即所谓的八位位组，称为点分表示法。

课堂举例：

3.1.1 IPv4地址分类

按照原来的定义，IP寻址标准并没有提供地址类，为了便于管理后来加入了地址类的定义。地址类的实现将地址空间分解为数量有限的特大型网络(A 类)，数量较多的中等网络(B 类)和数量非常多的小型网络(C类)。

另外，还定义了特殊的地址类，包括D 类(用于多点传送)和E 类，通常指试验或研究类。

IP 地址的类别可以通过查看地址中的前8 位位组(最重要的)而确定。最高位的数值决定了地址类。位格式也定义了和每个地址类相关的8 位位组的十进制的范围。

A类：8 位分配给网络地址，24 位分配给主机地址。如果第1 个8 位位组中的最高位是0，则地址是A类地址。这对应于0~ 127的可能的八位位组。在这些地址中，0 和127具有保留功能，所以实际的范围是1~ 126。A类中仅仅有126个网络可以使用。因为仅仅为网络地址保留了8位，第1 位必须是0。然而，主机数字可以有24位，所以每个网络可以有16,777,214个主机。

B类:网络地址分配了16 位，为主机地址分配了16位，一个B类地址可以用第1 个8位位组的头两位为10来识别。这对应的值从128~191。既然头两位已经预先定义，则实际上为网络地址留下了14 位，所以可能的组合产生了16,384个网络，而每个网络包含65,534个主机。

C 类：C 类为网络地址分了24位，为主机地址留下了8 位。C 类地址的前8 位位组的头3 位为110，这对应的十进制数从192 ~ 223。在C类地址中，仅仅最后的8 位位组用于主机地址，这限制了每个网络最多仅仅能有254 个主机。既然网络编号有21位可以使用(3位已经预先设置为110)，则共有2,097,152个可能的网络。

D 类：D 类地址以1110开始。这代表的八位位组从224~239。这些地址并不用于标准的IP地址。相反，D 类地址指一组主机，它们作为多点传送小组的成员而注册。多点传送小组和电子邮件分配列表类似。正如你可以使用分配列表名单来将一个消息发布给一群人一样，你可以通过多点传送地址将数据发送给一些主机。多点传送需要特殊的路由配置，在默认情况下，它不会转发。

E类：如果第1个8 位位组的前4 位都设置为1111，则地址是一个E 类地址。这些地址的范围为240~ 254，这类地址并不用于传统的IP地址。这个地址类有时候用于实验室或研究。我们的大部分讨论内容的重点是A类、B 类和C类，因为它们是用于常规I P寻址类别。

3.1.2 保留的IP地址

IP地址空间中的某些地址已经为特殊目的而保留，而且通常并不允许作为主机地址使用。这些保留地址如下：

Ø  网络地址

当IP地址中的主机地址中的所有位都设置为0时，它表示一个网络，而不是网络上的特定主机。这些类型的条目通常可以在路由表中找到，因为路由器控制网络之间的通信，而不是单个主机之间的通信。在一个子网中，将主机位设置为0 将代表特定的子网。网络位不能全部都是0，因为0 是一个不合法的网络地址，而且用于代表“未知网络或地址”。

Ø  回环地址

网络地址127.x.x.x已经分配给当地回环地址。这个地址的目的是提供对本地主机的网络配置的测试。使用这个地址提供了对协议堆栈的内部回环测试。

Ø  广播地址

当IP地址中的主机地址中的所有位都设置为1时，它是一个广播地址。

Ø  保留地址

这些地址不允许直接出现在互联网上。这些保留的地址范围是：10.0.0.0~10.255.255.255、172.16.0.0~172.31.255.255、192.168.0.0~192.168.255.255。

3.1.3  可用主机IP地址数量的计算

对于一个特定网络，已知网络中存在多少个主机位可用上述公式计算可容纳的主机数量。其中2 的N 次方得出的是这个网段中IP 地址的数量，主机位全为0 和主机位全为1 的网络地址和广播地址不可以被分配给主机使用，所以要将这2个地址减掉，得到的即是本网段可容纳的主机数量。

3.2 任务二：带子网划分的编址

Ø  无子网编址

很多情况下，特别是对于A类与B 类网络，没有子网划分的网络对地址空间的利用是不经济的，而过多的主机处在一个广播域中会严重影响网络和主机的性能。

Ø带子网编址

主机位可以被细分为子网位与主机位。

在本例中子网位占用了整个第3段的8 位，与前一个例子的区别是原来一个B类网络被划分成了256个子网，每个子网可容纳的主机数量减少为254。划分出来了不同的子网，即划分出了不同的逻辑网络。这些不同网络之间的通讯通过路由器来完成，也就是说将原来一个大的广播域划分成了多个小的广播域。网络设备使用子网掩码确定那些部分为网络位，那些部分为子网位，那些部分为主机位。网络设备根据自身配置的IP 地址与子网掩码，可以识别出一个IP 数据包的目的地址是否与自己处在同一子网或处在同一主类网络但处于不同子网或处于不同的主类网络。

3.2.1 子网掩码

IP地址在没有相关的子网掩码的情况下存在是没有意义的。

子网掩码定义了构成IP 地址的32 位中的多少位用于网络位，或者网络及其相关子网位。子网掩码中的二进制位构成了一个过滤器，它通过标识应该解释为网络地址的IP地址的那一部分来计算网络地址。完成这个任务的过程称为按位求与。按位求与是一个逻辑运算，它对地址中的每一位和相应的掩码位进行计算。

划分子网其实就是将原来地址中的主机位借位作为子网位来使用，目前规定借位必须从左向右连续借位，即子网掩码中的1和0 必须是连续的。

子网掩码的重要属性：

l  子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性。

l  路由器在和相邻路由器交换路由信息时，必须把自己所在网络（或子网）的子网掩码告诉相邻路由器。

l  路由器的路由表中的每一个项目，除了要给出目的网络地址外，还必须同时给出该网络的子网掩码。

l  若一个路由器连接在两个子网上，就拥有两个网络地址和两个子网掩码。

3.2.2 IP地址的计算

上面给出了计算实例：

对给定IP 地址和子网掩码要求计算该IP 地址所处的子网网络地址，子网的广播地址及可用IP地址范围。

●   首先将IP地址转换为二进制表示。

●   然后将子网掩码也转换成二进制表示。

●   第3 步，在子网掩码的1 与0 之间划一条竖线，竖线左边即为网络位（包括子网位），竖线右边为主机位。

●   将主机位全部置0，网络位照写就是子网的网络地址。

●   将主机位全部置1，网络位照写就是子网的广播地址。

●   介于子网的网络地址与子网的广播地址之间的即为子网内可用IP 地址范围。

●   然后将前3段网络地址写全。

●   最后转换成十进制表示形式

3.2.3可变长子网掩码

定义子网掩码的时候，我们作出了假设，在整个网络中将一致地使用这个掩码。在许多情况下，这导致浪费了很多主机地址。

比如我们有一个子网，它通过串口连接了2 个路由器。在这个子网上仅仅有两个主机，每个端口一个，但是我们已经将整个子网分配给了这两个接口。这将浪费很多IP地址。

如果我们使用其中的一个子网，并进一步将其划分为第2 级子网，将有效地“建立子网的子网”，并保留其他的子网，则可以最大限度地利用IP 地址。“建立子网的子网”的想法构成了VLSM 的基础。

为使用VLSM，我们通常定义一个基本的子网掩码，它将用于划分第1 级子网，然后用第2 级掩码来划分一个或多个1 级子网。

VLSM仅仅可以由新的路由协议，如BGP或OSPF或RIPv2识别。

  子网划分方法：

l  有固定长度子网和变长子网两种子网划分方法。

l  在采用固定长度子网时，所划分的所有子网的子网掩码都是相同的。

l  虽然根据已成为互联网标准协议的 RFC 950 文档，子网号不能为全 1 或全 0，但随着无分类域间路由选择 CIDR 的广泛使用，现在全 1 和全 0 的子网号也可以使用了，但一定要谨慎使用，确认你的路由器所用的路由选择软件是否支持全 0 或全 1 的子网号这种较新的用法。

l  划分子网增加了灵活性，但却减少了能够连接在网络上的主机总数。

【例1】已知 IP 地址是  141.14.72.24，子网掩码是 255.255.192.0。试求网络地址。

【例2】上例中，若子网掩码改为  255.255.224.0，试求网络地址，讨论所得结果。

结论：不同的子网掩码得出相同的网络地址。但不同的掩码的效果是不同的。

补充：利用思科软件讲解“子网及子网划分”（教师课堂演示讲解，学生上机验证）

设计思路：

1、搭建网络拓扑（4台pc+2个交换机），配置好各电脑IP地址和掩码（255.255.255.0）。

2、用ping命令验证4台主机的互通性。（IP与子网掩码相与，都在192.168.0.0网段，所以互通）

3、把4台主机的子网掩码都改成 255.255.255.192，再次验证4台主机的通信。（左边2台可以通信，右边2台可以通信），左右两边不在同一个网络。

4、通过路由器连接2个交换机。

5、配置好交换机所在的接口IP地址，再次验证4台主机的互通。

子网地址 ： 192.168.0.0 192   .168.0.64     192.168.0.128   192.168.0.192

主机地址：

192.168.0.1-192.168.0.62

192.168.0.65-192.168.0.126

192.168.0.129-192.168.0.190

192.168.0.193-192.168.0.254

补充内容

IP地址全网唯一，比如一棵树上找不到两片相同的树叶，我们都是独一无二的存在。相信自己，可以做到更好，树立学习信心。

思考题、讨论、作业、技能操作：

1、作业P40:第1题、第2题、第3题。

2、课堂讲解：P40:第5题-第8题。

3、下次课预习：项目4  网络设备基本操作

参考资料（含参考书籍、文献、网络资料）：

1、许圳彬，王田甜,《IP网络技术》,北京：人民邮电出版社，2012.8

2、张俊星，黄成哲，《数据通信技术》，人民邮电出版社，2019.7

教学小结：

通过本节课学习，IPv4地址分为 A、B、C、D、E 类，我们研究的主要是IPv4 编址方法， A、B、C类。通过划分子网的方法，可以节省IP地址资源。

1、IPv4地址分类。

2、保留的IP地址、可用主机地址、子网掩码计算。

3、可变长子网掩码的定义及计算。

教学后记：

通过课堂讲授，学生对IP地址的划分有了比较深入的掌握。对可变长子网掩码计算的方法和意义，节约网络地址空间，提升网络容量。