《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 》（王崇剛）教案 （理論部分） TCPIP協(xié)議集（三）IPv4地址和子網(wǎng)技術(shù)

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課題TCP/IP協(xié)議集（三）——IPv4地址和子網(wǎng)技術(shù)課時2課時（90min）教學(xué)目標(biāo)知識技能目標(biāo)：（1）掌握IP地址的表示方法（2）掌握IP地址的分類（3）掌握特殊IP地址的種類（4）理解子網(wǎng)掩碼的概念（5）掌握子網(wǎng)劃分的方法思政育人目標(biāo)：了解TCP/IP協(xié)議集對于計算機網(wǎng)絡(luò)的重要意義，體會其對計算機科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的重要意義進而感受科學(xué)技術(shù)發(fā)展所帶來的改變，引導(dǎo)學(xué)生樹立崇尚科學(xué)、尊重發(fā)展的理念，切實增強投身建設(shè)社會主義現(xiàn)代化科技強國的責(zé)任感、使命感，通過不斷深入的學(xué)習(xí)使學(xué)生獲得專業(yè)認(rèn)同感和專業(yè)自信。教學(xué)重難點教學(xué)重點：IP地址的表示方法、IP地址的分類、子網(wǎng)劃分的方法教學(xué)難點：IP地址的表示方法、子網(wǎng)劃分的方法教學(xué)方法問答法、討論法、講授法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材、文旌課堂APP教學(xué)設(shè)計第1節(jié)課：2傳授新知（35min）3第2節(jié)課：傳授新知（30min）課堂小結(jié)（3min）教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計意圖第一節(jié)課考勤

（2min）【教師】使用文旌課堂APP進行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學(xué)生的組織紀(jì)律性，掌握學(xué)生的出勤情況問題導(dǎo)入（3min）【教師】引入新課日常生活中，我們在購物或者郵寄物品時都需要留下地址，這樣能夠確保物品及時送達，那么在互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，如果我們想要發(fā)送電子郵件時，對方的地址有是如何表示的呢？當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的兩臺主機要進行通信時，必須知道通信雙方各自的地址，這就是我們所理解的Internet地址，即IP地址。IP地址實際上是一種標(biāo)識符，TCP/IP協(xié)議通過IP地址來識別網(wǎng)絡(luò)中不同的主機。本節(jié)課我們來共同學(xué)習(xí)?！緦W(xué)生】聆聽、思考、討論【教師】通過學(xué)生的回答引入要講的知識通過問題導(dǎo)入的方法，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知

（35min）【教師】結(jié)合教材講解網(wǎng)際互連協(xié)議IP一、網(wǎng)際互連協(xié)議IP網(wǎng)際互連協(xié)議IP是一個網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，它包含尋址信息和控制信息，可使數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中路由。IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議，與TCP協(xié)議結(jié)合組成整個因特網(wǎng)協(xié)議的核心協(xié)議。與IP協(xié)議配套使用的還有4個子協(xié)議：（1）地址解析協(xié)議ARP作用：通過IP地址得知其物理地址（2）逆地址解析協(xié)議RARP作用：逆地址解析協(xié)議RARP使只知道自己硬件地址的主機能夠知道其IP地址。（3）因特網(wǎng)控制報文協(xié)議ICMP作用：提高IP數(shù)據(jù)報交付成功的機會（4）因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP作用：負(fù)責(zé)IP組播成員管理的協(xié)議,用來在IP主機和與其直接相鄰的組播路由器之間建立、維護組播組成員關(guān)系?！緦W(xué)生】聆聽、思考、記憶【教師】要求學(xué)生掃描二維碼播放“IPv4地址”視頻，并講解新知二、IPv4地址1．IP地址的表示根據(jù)TCP/IP協(xié)議規(guī)定，IP地址由32位二進制數(shù)所組成。舉例：互聯(lián)網(wǎng)上一臺主機的IP地址為11000001001000001101100000001001，為了方便記憶，可以表示成193.32.216.9。（1）轉(zhuǎn)換方法：點分十進制可以將IP地址的32位二進制數(shù)進行分段，每段8位，共4段，然后將每段8位二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的十進制數(shù)，中間用“﹒”號間隔，這種表達方式稱之為“點分十進制”。【學(xué)生】聆聽、思考、記憶?【教師】提出問題，課堂互動問題：轉(zhuǎn)換下列IP地址（1）10000000000010110000001100001111（2）11111111111111111100000000000000（3）10000000000011100010001100000111（4）192.168.10.1（5）255.254.100.10?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題2．IP地址的分類每個IP地址內(nèi)部分成兩部分，即網(wǎng)絡(luò)號和主機號。①網(wǎng)絡(luò)號：也叫做網(wǎng)絡(luò)地址，用于標(biāo)識大規(guī)模TCP/IP網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)（即由網(wǎng)絡(luò)組成的網(wǎng)絡(luò)）內(nèi)的單個網(wǎng)段。②主機號：也叫做主機地址，用于識別每個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的TCP/IP節(jié)點，如工作站、服務(wù)器、路由器或其他TCP/IP設(shè)備。IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號和主機號總共32位（4個字節(jié)），那么，如果網(wǎng)絡(luò)號部分占總地址空間比較少，相應(yīng)的主機號部分位數(shù)就增多，這樣的網(wǎng)絡(luò)中容納的主機數(shù)就比較多，也就是說網(wǎng)絡(luò)規(guī)模就比較大；反之也很好理解。因網(wǎng)絡(luò)規(guī)模有所不同，為了方便網(wǎng)絡(luò)的管理，IP地址被分為A，B，C，D，E五類A、B、C類地址稱之為單目傳送地址，這些地址通常只能分配給唯一的主機；D類地址是組播地址；E類地址則是在IP地址設(shè)計之初保留作為科學(xué)研究用的。?【教師】提出問題，課堂互動問題1.一網(wǎng)絡(luò)的掩碼為255.255.255.248，問該網(wǎng)絡(luò)能夠連接多少個主機。2.子網(wǎng)掩碼是255.255.240.0，試問在其中每一個子網(wǎng)上的主機數(shù)最多是多少？。?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題3．特殊IP地址（1）廣播地址主機地址全為1的IP地址稱為廣播地址。廣播地址專門用于同時向網(wǎng)絡(luò)中所有主機發(fā)送數(shù)據(jù)。廣播地址又分為直接廣播地址和有限廣播地址兩種。直接廣播地址有網(wǎng)絡(luò)號，但主機字段通常全為1，這類廣播會被送到專門網(wǎng)絡(luò)（由網(wǎng)絡(luò)號決定）上的每臺主機。有限廣播地址是指網(wǎng)絡(luò)字段和主機字段全為1的地址，即255.255.255.255，它不被路由但會被送到相同物理網(wǎng)絡(luò)段上的所有主機。（2）組播地址組播地址就是前面講的D類地址，主要用于視頻廣播和視頻點播系統(tǒng)，IP地址范圍從224.0.0.0到239.255.255.255。其中，224.0.0.1特指所有主機，224.0.0.2特指所有路由器。?【教師】提出問題，課堂互動思考：廣播地址與組播地址的區(qū)別？組播地址和廣播地址是不一樣的：廣播地址按主機的物理位置來劃分各組，而組播地址指定一個特定的邏輯組，參與該組的計算機可能遍布整個Internet。?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題（3）環(huán)回地址網(wǎng)絡(luò)地址是127的IP地址稱為環(huán)回地址或者回送地址，主要用于對本地回路測試及實現(xiàn)本地機進程間的通信。在實際中經(jīng)常使用的環(huán)回地址是127.0.0.1，它還有一個別名叫做localhost。（4）私有地址私有地址屬于非注冊地址，專門為組織機構(gòu)內(nèi)部使用。（5）特殊IP地址匯總【學(xué)生】聆聽、思考、記憶通過教師的講解和演示，幫助學(xué)生了掌握互連協(xié)議IP及IPv4地址相關(guān)內(nèi)容課堂互動（3min）【教師】提出問題，要求學(xué)生討論并回答問題試簡單說明下列協(xié)議的作用？IPARPRARPICMP【學(xué)生】思考、討論、回答問題鞏固所學(xué)知識，加深對知識點的理解評價修正（2min）【教師】點評學(xué)生的回答，并總結(jié)、鞏固知識點【學(xué)生】聆聽、思考、記憶通過形成性檢測進行強化矯正第二節(jié)課問題導(dǎo)入（5min）【教師】要求學(xué)生使用文旌課堂APP掃描二維碼播放“子網(wǎng)劃分技術(shù)”視頻，并提出問題：說一說什么是子網(wǎng)?！緦W(xué)生】聆聽、思考、回答問題通過問題導(dǎo)入的方法，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知（30min）【教師】結(jié)合學(xué)生發(fā)言講解會子網(wǎng)技術(shù)一、子網(wǎng)技術(shù)1.子網(wǎng)在實際使用過程中，許多單位會把單一網(wǎng)絡(luò)劃分為多個物理網(wǎng)絡(luò)，并使用路由器將它們連接起來。這些物理網(wǎng)絡(luò)通稱為子網(wǎng)，這種操作方法稱為子網(wǎng)劃分。（詳見教材）劃分子網(wǎng)的好處：（1）充分利用IP地址（2）易于管理網(wǎng)絡(luò)（3）提高網(wǎng)絡(luò)性能2.劃分子網(wǎng)的方法為了劃分子網(wǎng)，可以將其主機號分為兩個部分，其中一部分用于子網(wǎng)號的編制，剩余部分用于主機號的編制。這樣就形成了一個三層結(jié)構(gòu)，即網(wǎng)絡(luò)號、子網(wǎng)號和主機號。子網(wǎng)號的位數(shù)取決于組網(wǎng)的實際需要：子網(wǎng)號所占的比特位越多，則可以分配給主機的位數(shù)就越少。也就是說，在一個子網(wǎng)中所包含的主機就少。具體方法：（1）假設(shè)當(dāng)前主機號有M位，向主機位部分借用n位來劃分子網(wǎng)，則可以劃分出2n個子網(wǎng)。反之，知道所需網(wǎng)絡(luò)數(shù)，也可以計算出所需借用的主機位位數(shù)。（2）假設(shè)當(dāng)前主機號有M位，劃分子網(wǎng)后主機位有m位，則最多可容納主機數(shù)量為2m?2臺。反之，知道子網(wǎng)中的主機數(shù)量，也可以計算出所需主機位數(shù)。用當(dāng)前主機位M減去劃分子網(wǎng)后的m位，即可得到需借用的主機位位數(shù)。易誤點：如果網(wǎng)絡(luò)不是無類別域間路由（CIDR）的環(huán)境，則必須去除全0和全1的子網(wǎng)號，因此只能劃分出2n?2個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)中最多容納2m?n?2臺主機。舉例：1.將一個C類網(wǎng)絡(luò)203.66.77.0劃分為4個子網(wǎng)，那么需要借用3位主機位作為子網(wǎng)號，每個子網(wǎng)可以容納25?2=30臺主機。2.一個B類網(wǎng)絡(luò)172.17.0.0，將主機號的前8位作為子網(wǎng)號，另外8位作為主機號，那么這個B類網(wǎng)絡(luò)就被分為28?2=254個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)可以容納28?2=254臺主機。?【教師】提出問題，課堂互動問題：一個子網(wǎng)為172.16.16.0，子網(wǎng)掩碼為255.255.248.0，主機位為多少，那么主機數(shù)為多少。?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題3.子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼（或稱子網(wǎng)屏蔽碼）與IP地址相同，也是一個32位的二進制數(shù)。對于子網(wǎng)掩碼的取值，通常是將對應(yīng)于IP地址中網(wǎng)絡(luò)地址（網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號）的所有位設(shè)置為“1”，對應(yīng)于主機地址（主機號）的所有位都設(shè)置為“0”。子網(wǎng)掩碼有兩種表示方法，一是“點分十進制”表示法，二是網(wǎng)絡(luò)前綴標(biāo)記法：（1）“點分十進制”表示法與IP地址中相同。（2）子網(wǎng)號是從IP地址高字節(jié)以連續(xù)方式選取的，即從左到右連續(xù)地取若干位作為網(wǎng)絡(luò)號。因此，可用網(wǎng)絡(luò)地址（網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號）的位數(shù)來表示子網(wǎng)掩碼，形式為“/<網(wǎng)絡(luò)地址位數(shù)>”，這種表示方法稱為“網(wǎng)絡(luò)前綴標(biāo)記法”。舉例：例如，一個子網(wǎng)掩碼為255.255.0.0的B類網(wǎng)絡(luò)地址156.81.0.0，用網(wǎng)絡(luò)前綴標(biāo)記法可以表示為156.81.0.0/16。?【教師】提出問題，課堂互動問題：寫出128.14.32.0/20地址塊的最小地址和最大地址。?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題4.標(biāo)準(zhǔn)的A類、B類、C類網(wǎng)絡(luò)地址的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼用子網(wǎng)掩碼判斷IP地址的方法是用IP地址與子網(wǎng)掩碼進行“按位與（AND）”運算，運算結(jié)果即為網(wǎng)絡(luò)地址。例題：1.已知IP地址為168.16.16.51，子網(wǎng)掩碼為255.255.0.0，指出其網(wǎng)絡(luò)地址。分析：168.16.16.51是B類地址，其默認(rèn)子網(wǎng)掩碼是255.255.0.0，將IP地址與子網(wǎng)掩碼進行“按位與（AND）”運算即可得到網(wǎng)絡(luò)地址。2.已知IP地址為168.16.16.51，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，請指出其網(wǎng)絡(luò)地址。分析：168.16.16.51是B類地址，采用非默認(rèn)子網(wǎng)掩碼255.255.255.0劃分子網(wǎng)，將IP地址與子網(wǎng)掩碼進行“按位與（AND）”運算即可得到網(wǎng)絡(luò)地址。?【教師】提出問題，課堂互動問題：已知IP地址是141.14.72.24，子網(wǎng)掩碼是255.255.192.0。試求網(wǎng)絡(luò)地址。?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題5.劃分子網(wǎng)的步驟（1）根據(jù)所需網(wǎng)絡(luò)數(shù)確定需要多少位子網(wǎng)號來唯一標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)上的每一個子網(wǎng)。（2）根據(jù)子網(wǎng)中的主機數(shù)確定需要多少主機號來標(biāo)識每個子網(wǎng)上的每一臺主機。（3）計算符合網(wǎng)絡(luò)要求的子網(wǎng)掩碼。（4）確定標(biāo)識每一個子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址。（5）確定每一個子網(wǎng)上所使用的主機的地址范圍。例題：假設(shè)某公司網(wǎng)絡(luò)不是無類別域間路由（CIDR）的環(huán)境，且只向相關(guān)機構(gòu)申請了一個C類網(wǎng)絡(luò)號，為203.66.77。但是該公司有4個分布于各地的局域網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)各約有15臺主機。請為這4個子網(wǎng)分配子網(wǎng)地址及子網(wǎng)掩碼，并計算IP地址范圍。（解析詳見教材）?【教師】提出問題，課堂互動問題：將某C網(wǎng)200.161.30.0劃分成4個子網(wǎng)，請計算主機IP地址范圍和對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼。?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題6.可變長子網(wǎng)劃分在劃分子網(wǎng)并保留足夠的主機數(shù)的同時，將子網(wǎng)進一步分成多個小子網(wǎng)，這種方法能將網(wǎng)絡(luò)劃分為三級或更多級子網(wǎng)，使子網(wǎng)劃分具有更大的靈活性，也使IP地址具有更高的利用率。例題：某公司有兩個主要部門：市場部和技術(shù)部。市場部有員工100人；技術(shù)部又分為硬件設(shè)計部和軟件設(shè)計部兩個部門，各有員工52人。該公司申請到了一個完整的C類IP地址段：210.31.233.0，子網(wǎng)掩碼255.255.255.0。為了便于分級管理，該公司準(zhǔn)備采用VLSM計算，將原主網(wǎng)絡(luò)劃分為兩級子網(wǎng)，請給出可變長子網(wǎng)掩碼劃分方案。（解析詳見教材）7.超網(wǎng)和無類域間路由CIDR創(chuàng)建的路由表項可以表示為：[起始網(wǎng)絡(luò)，數(shù)量]其中，“起始網(wǎng)絡(luò)”表示的是所分配的第一個C類網(wǎng)絡(luò)地址，“數(shù)量”是分配的C類網(wǎng)絡(luò)的總個數(shù)。例題：某公司申請到1個網(wǎng)絡(luò)地址塊（共8個C類網(wǎng)絡(luò)地址）：210.31.224.0～210.31.231.0/24，為了對這8個C類網(wǎng)絡(luò)地址塊進行匯總，該采用什么樣的超網(wǎng)子網(wǎng)掩碼呢？CIDR前綴為多少？（解析詳見教材）【學(xué)生】聆聽、思考、記憶結(jié)合教材講解幫助學(xué)生掌握子網(wǎng)掩碼、子網(wǎng)的劃分步驟、可變長子網(wǎng)劃分、超網(wǎng)和無類域間路由相關(guān)內(nèi)容課堂互動（5min）【教師】提供練習(xí)題，并找學(xué)生進行講解IP地址分為幾類？各如何表示？思考、討論、完成練習(xí)、講解鞏固所學(xué)知識，加深對知識點的理解，通過講解能夠幫助學(xué)生強化知識點課堂小結(jié)

（3min）【教師】簡要總結(jié)本節(jié)課的要點本節(jié)課著重介紹了網(wǎng)際互連協(xié)議IP、IPv4地址、子網(wǎng)技術(shù)等內(nèi)容，其中IP地址的表示方法、劃分子網(wǎng)的方法與步驟是本節(jié)課的