网络层协议及 IP 编址

🌐 网络层协议及 IP 编址

✅ 一、网络层概述与核心协议

📌 网络层职责

• 提供无连接数据传输服务
• 实现IP寻址与路径选择（路由）
• 与 OSI 模型中的“网络层”对应

📚 网络层常见协议

✅ 二、IP 协议详解

📌 IP 报文功能

• 提供逻辑地址（IP地址）
• 数据包路由转发

📄 IP 报文结构（IPv4）

• 头部固定长度：20 字节；可选字段最大 40 字节
• 核心字段：
  • Version（版本）
  • TTL（生存时间）
  • Protocol（上层协议：TCP/UDP/ICMP）
  • Source / Destination IP

📦 数据封装结构

以太网头部 | IP头部 | TCP/UDP头部 | 用户数据 | 以太网尾部

✂️ 报文分片机制

• 当数据包超出 MTU 时，进行分片；
• 分片字段包括 Identification、Flags、Offset。

✅ 三、IPv4 地址体系

🧭 地址格式

• IPv4 使用 32 位，点分十进制表示，如：192.168.10.1

🧠 地址结构

• 网络位：标识子网；
• 主机位：标识网络内设备；
• 通过子网掩码区分两者，例如：192.168.10.1 / 24

📌 地址分类（有类编址）

🔒 特殊地址

✅ 四、子网划分与VLSM

🔧 子网划分意义

• 降低广播域、提升地址利用率；
• 避免地址浪费、增强网络管理性。

🔍 子网计算要点

• 子网数 = 2^借位数
• 每子网地址数 = 2^主机位数
• 可用地址 = 总地址 - 2（网络地址 + 广播地址）

📚 示例：

• 原地址：192.168.1.0/24 → 划分成4个子网
• 借2位主机位 → /26 → 每个子网最多 62 台主机

✅ 五、ICMP 协议详解

📡 ICMP 简介

• IP 协议的辅助协议；
• 用于网络诊断、错误报告等；
• 工作在网络层，但服务于传输层。

🧩 常见 ICMP 类型

✅ 六、IPv4 配置命令与IP规划

🧭 接口配置命令

[Huawei] interface GigabitEthernet 0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] ip address 192.168.1.1 255.255.255.0

🔄 逻辑接口配置

[Huawei] interface Loopback 0
[Huawei-Loopback0] ip address 1.1.1.1 32

🌐 IP地址规划原则

✅ 七、章节重点回顾

📘 网络层协议与IP编址 配套模拟练习题

✅ 一、单项选择题（每题 2 分）

1. IPv4 地址由多少位二进制组成？
   A. 16 位
   B. 32 位
   C. 48 位
   D. 64 位
   ✅ 正确答案：B

2. 下列地址中，属于私有地址的是：
   A. 11.0.0.1
   B. 172.32.5.6
   C. 192.168.10.5
   D. 225.1.1.1
   ✅ 正确答案：C

3. IP地址 10.1.2.3 属于哪一类地址？
   A. A类
   B. B类
   C. C类
   D. D类
   ✅ 正确答案：A

4. 当使用 ping 命令测试失败，提示“TTL expired in transit”，说明：
   A. 主机已关闭
   B. 路由不可达
   C. TTL 值为 0，丢弃分组
   D. DNS 解析失败
   ✅ 正确答案：C

5. 子网掩码 255.255.255.0 表示前缀长度是多少？
   A. /8
   B. /16
   C. /24
   D. /32
   ✅ 正确答案：C

✅ 二、判断题（每题 1 分）

1.（✔）IP协议是一种无连接、不可靠的网络层协议。
2.（✘）广播地址是所有主机位为0的地址。
3.（✔）ICMP协议常用于 ping 和 tracert 命令。
4.（✘）IP地址必须全局唯一，私网地址也可在Internet中使用。
5.（✔）有类编址默认的C类掩码是 255.255.255.0。

✅ 三、子网划分计算题（每题 5 分）

1. 题目：将 192.168.1.0/24 网络划分为4个等大的子网，写出每个子网的网络地址、广播地址和可用IP范围。
   参考答案： 借用2位，子网掩码 /26

   子网	网络地址	广播地址	可用IP范围
   1	192.168.1.0	192.168.1.63	192.168.1.1 ~ 62
   2	192.168.1.64	192.168.1.127	192.168.1.65 ~ 126
   3	192.168.1.128	192.168.1.191	192.168.1.129 ~ 190
   4	192.168.1.192	192.168.1.255	192.168.1.193 ~ 254

2. 题目：某公司有 500 台主机需要分配一个连续的网络段，请问最合适的子网掩码为多少？
   参考答案：

   • 主机数 ≥ 500 → 2^9 = 512（包含网络地址和广播地址）
   • 所以主机位为9位 → 网络位为32 - 9 = 23
   • 最佳子网掩码：255.255.254.0 或 /23

✅ 四、简答题（每题 5 分）

1. 简述 IP 协议的基本特点及其在网络通信中的作用。
   参考答案：

   • IP协议提供无连接、尽力而为的数据报服务；
   • 主要功能包括 IP 地址编址、路由选择、分片与重组；
   • 位于网络层，为上层协议（如TCP/UDP）提供承载平台。

2. 什么是 ICMP 协议？请列举两个常见的 ICMP 类型及其作用。
   参考答案：

   • ICMP 是 Internet 控制消息协议，是 IP 协议的辅助协议；
   • 常见类型：
     • 类型 0/8：Echo Reply/Request → 用于 ping
     • 类型 3：目的不可达 → 通知主机报文无法到达