第 4 学时 网络层
4.1 IP 协议与 IP 地址
4.1.1 考点分析
历年网络工程师考试试题涉及本部分的相关知识点有：IP 协议、IPv4 地址、IP 地址分类、几 类特殊的 IP 地址。
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4.1.2 知识点精讲 1．IP 协议
网络之间的互连协议（Internet Protocol，IP）是方便计算机网络系统之间相互通信的协议，是 各大厂家遵循的计算机网络相互通信的规则。如图 42 所示给出了 IP 数据报头（Packet Header）结 构，有些教材称为 IP 数据报头。
图 42 IP 数据报报头格式
（1）版本。
长度为 4 位，标识数据报的 IP 版本号，值为二进制 0100，则表示 IPv4。
（2）头部长度（Internet Header Length，IHL） 。
长度为 4 位。该字段表示数的单位是 32 位，即 4 字节。常用的值是 5，也是可取的最小值，
表示报头为 20 字节；可取的最大值是 15，表示报头为 60 字节。
（3）区分服务（Type of Service，ToS） 。
长度为 8 位，指定特殊数据处理方式。该字段分为两部分：优先权和 ToS。后来该字段被 IETF 改名为区分服务（Differentiated Services，DS）。该字段的前 6 位构成了区分代码点（DiffServ Code Point，DSCP）和显式拥塞通知（Explicit Congestion Notification，ECN）字段，DSCP 用于定义 64 个不同服务类别，而 ECN 用于通知拥塞，具体如图 43 所示。
图 43 ECN 字段
（4）总长度（Total Length） 。
该字段长度为 16 位，单位是字节，指的是首部加上数据之和的长度。所以，数据报的最大长
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（7）分片偏移字段（Fragment Offset） 。
该字段长度为 13 位，单位 8 字节，即每个分片长度是 8 字节的整数倍。该字段是标识所分片 的分组，分片之后在原始数据中的相对位置。
（8）生存时间（Time to Live，TTL） 。
该字段长度为 8 位，用来设置数据报最多可以经过的路由器数。由发送数据的源主机设置，通 常为 16、32、64、128 个。每经过一个路由器，其值减 1，直到为 0 时该数据报被丢弃。
（9）协议字段（Protocol） 。
该字段长度为 8 位，指明 IP 层所封装的上层协议类型，如 ICMP（1）、IGMP（2）、TCP（6）、
UDP（17）等。
（10）头部校验（Header Checksum） 。
该字段长度为 16 位，是根据 IP 头部计算得到的校验和码。计算方法没有采用复杂的 CRC 编 码，而是对头部中每个 16 比特进行二进制反码求和（与 ICMP、IGMP、TCP、UDP 不同，IP 报头 不对 IP 报头后面的数据进行校验）。
（11）源地址、目标地址字段（Source and Destination Address） 。
该字段长度均为 32 位，用来标明发送 IP 数据报文的源主机地址和接收 IP 报文的目标主机地 址，都是 IP 地址。 形式，中间使用符号“.”分开不同的字节。于是，上面的 IP 地址可以表示为 18.2.168.1。IP 地址 的这种表示法叫做点分十进制表示法，这显然比 1 和 0 容易记忆得多。如图 44 所示将 32 位的地 址映射到用点分十进制表示法表示的地址上。
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图 44 点分十进制与 32 地址的对应表示形式 3．IP 地址分类
IP 地址分为五类： A 类用于大型网络， B 类用于中型网络， C 类用于小型网络， D 类用于组播，
E 类保留用于实验。每一类有不同的网络号位数和主机号位数。各类地址特征如图 45 所示。
图 45 五类地址特征
（1）A 类地址。
IP 地址写成二进制形式时，A 类地址的第一位总是 0。A 类地址的第 1 字节为网络地址，其他 3 个字节为主机地址。
A 类地址范围：1.0.0.0～126.255.255.255。
A 类地址中的私有地址和保留地址：
1） 10.X.X.X 是私有地址， 就是在互联网上不使用， 而只用在局域网络中的地址。 网络号为 10，
网络数为 1 个，地址范围为 10.0.0.0～10.255.255.255。
2）127.X.X.X 是保留地址，用做环回（Loopback）地址，环回地址（典型的是 127.0.0.1）向 自己发送流量。发送到该地址的数据不会离开设备到网络中，而是直接回送到本主机。该地址既可 以作为目标地址，又可以作为源地址，是一个虚 IP 地址。
（2）B 类地址。
IP 地址写成二进制形式时，B 类地址的前两位总是 10。B 类地址的第 1 和第 2 字节为网络地 址，第 3 和第 4 字节为主机地址。
B 类地址范围：128.0.0.0～191.255.255.255。
B 类地址中的私有地址和保留地址：
1）172.16.0.0～172.31.255.255 是私有地址。
2）169.254.X.X 是保留地址。如果 PC 机上的 IP 地址设置自动获取，而 PC 机又没有找到相应 的 DHCP 服务，那么最后 PC 机可能得到保留地址中的一个 IP。没有获取到合法 IP 后的 PC 机地
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址分配情况如图 46 所示。
图 46 在断开的网络中，PC 机被随机分配了一个 169.254.X.X 保留地址
（3）C 类地址。
IP 地址写成二进制形式时，C 类地址的前三位固定为 110。C 类地址第 1、第 2 和第 3 字节为 网络地址，第 4 字节为主机地址。
C 类地址范围：192.0.0.0～223.255.255.255。
C 类地址中的私有地址：192.168.X.X 是私有地址，地址范围：192.168.0.0～192.168.255.255。
（4）D 类地址。
IP 地址写成二进制形式时，D 类地址的前四位固定为 1110。D 类地址不分网络地址和主机地 址，该类地址用作组播。
D 类地址范围：224.0.0.0～239.255.255.255。
（5）E 类地址。
IP 地址写成二进制形式时，E 类地址的前四位固定为 11110。E 类地址不分网络地址和主 机地址。
E 类地址范围：240.0.0.0～247.255.255.255。
4．几类特殊的 IP 地址
几类特殊的 IP 地址的结构和特性如表 41 所示。
表 41 特殊地址特性
地址名称 地址格式 特点 可否作为
源地址
可否作为 目标地址 有限广播 255.255.255.255 （网络字段和
主机字段全 1）
不被路由，会被送到相同物理网络
段上的所有主机 N Y
直接广播 主机字段全 1， 如 192.1.1.255 广播会被路由，并会发送到专门网
络上的每台主机 N Y
网络地址 主机位全 0，如 192.168.1.0 表示一个子网 N N
全 0 地址 0.0.0.0 代表任意主机 Y N
环回地址 127.X.X.X 向自己发送数据 Y Y
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