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(共42张PPT)
第二单元 第2课
互联网时代来临—告诉我地址—从IPv4到IPv6的传奇
（清华大学版）八年级
上
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
能够列举出至少三种因 IP 地址相关问题导致的常见网络安全风险，并详细说明其发生原理和防范措施，展示对网络安全责任的理解。
在学习过程中思考如何利用 IPv6 的优势进行创新性的网络应用设计，激发学生在网络技术领域的创新思维和创新能力。
能够准确画出 IPv4 和 IPv6 地址的结构示意图，并详细说明各部分的含义及作用，清晰对比出两者在关键特性上的不同之处。
能够准确阐述 IP 地址在互联网通信流程中的具体作用，举例说明不同设备通过 IP 地址实现数据交互的场景。
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新知导入
本课中你将学习:
什么是IP与IP地址
为什么IPv4地址会有短缺危机
IPv6地址给互联网带来了怎样的前景
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新知导入
在网络中传输的数据包都会标注上目标地址与源地址。这里的地址便是互联网协议地址(internetprotocoladdress,IP地址),它和我们的家庭地址类似，既可以作为唯一性标识，又会在编码中隐含类似省份、街道、门牌等特定信息。
02
新知导入
03
新知讲解
一、IP与IP地址
IP属于TCP/IP协议族的核心协议，主要负责网络设备之间的连接。通过IP地址标识网络中的所有设备，便于相互通信和数据交换。自从20 世纪70年代提出以来，IP已经发展出6个版本，但仅有IPv4与IPv6版本的协议被广泛使用。
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新知讲解
IP地址是根据IP而编制的一种统一的地址格式。如图2.2.1所示，互联网中的每一个网络与设备都可以被分配一个IP地址，就像是电话网络为每台手机分配一个电话号码那样，只需知道对方的号码就可以彼此通信了。
图 2.2.1 通过IP地址进行通信
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新知讲解
按照网络范围的不同，IP地址可分为互联网IP 地址与局域网 IP地址两种。互联网IP地址由互联网号码分配(internet assigned numbersauthority, I A N A ) 组织分配，有 了它就可以访问互联网。局域网IP地址，一般由设备所在局域网的管理员组织分配，主要用于局域网内部的访问与通信。
新知讲解
IP地址虽然设计巧妙 ，但也存在问题。纯数字的编码方式，既不方便人们记忆，也不能显示该设备的名称与性质 ，于是便有了域名服务。就是将 IP 地址绑定到对于人类来说更好记忆的域名上，如果想访问该网络设备，只需输入对应的域名即可。
你知道吗？
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新知讲解
如图 2.2.2 所示，以访问“ba***.com“网站的服务器为 例 ，当计算机接收到用户输入的域名后，便会自动访问该域名对应的 IP 地址。提供将域名转换成对应 IP地址的系统叫城名系统 ( domain namesystem, D N S ), 所提供的服务就是域名服务。
你知道吗？
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图2.2.2 使用ping命令查看域名对应的IP地址
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知识拓展
IP地址被广泛应用于哪些领域？
电子邮件：在发送和接收电子邮件时，邮件服务器之间以及邮件客户端与服务器之间都需要通过 IP 地址来进行通信。
网络设备配置：网络管理员在对路由器、交换机等网络设备进行配置时，需要通过其 IP 地址来远程登录到这些设备上。
在线购物平台：当消费者在淘宝、京东等在线购物平台上进行购物时，消费者的客户端设备与购物平台的服务器之间需要通过 IP 地址来进行通信。
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知识拓展
IP地址被广泛应用于哪些领域？
智能家居：在智能家居系统中，各个智能设备（如智能门锁、智能摄像头、智能家电等）都需要有自己的 IP 地址，以便与家庭网关或其他控制设备进行通信。
云资源管理：云服务提供商在管理其云资源（如服务器、存储设备、网络设备等）时，也需要通过 IP 地址来对这些资源进行配置、监控和调度。
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新知讲解
二、IPv4地址与地址短缺危机
IPv4协议(internet protocol version 4),即互联网通信协议第四版，是互联网协议开发过程中的第四个修订版本，也是第一个被广泛部署与使用的版本。从1981年发布它就深受追捧并延续至今。
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新知讲解
1.IPv4地址
IPv4地址就是根据此版本协议而编制的IP地址格式。它由4个字节的总长度为32位的二进制数组成(为方便人们识记，通常将其转换为十进制数),分成网络号和主机号两部分。网络号用来标识该设备所在网络的地址，主机号用来标识该网络中的具体设备，它们各自的长度由子网掩码决定。以IPv4地址192.168.1.2为例，网络号与主机号如图2.2.3所示。
图2.2.3IPv4地址组成
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新知讲解
探索
请查阅你所使用的计算机在局域网中的IPv4地址与子网掩码，分析其网络号与主机号，并将相关数据信息，记录在表2.2.1中。
查阅内容 数据信息
IPv4地址 192.168.1.100
子网掩码 255.255.255.0
网络号 192.168.1.0（根据上述运算得出）
主机号 0.0.0.100（根据上述运算得出）
表2.2.1 IPv4地址信息记录表
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新知讲解
探索
查阅方法，如图2.2.4所示。Windows操作系统中，单击计算机桌面左下角的“开始”图标，然后单击“运行”按钮(或按快捷键“Windows+R”键，打开“运行”窗口),输入“cmd”。进入命令窗口后，输入“ipconfig”按回车键。Linux操作系统，则进入终端后输入“ifconfig”按回车键。
图 2.2.4 查看本机IP地址
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新知讲解
2.地址短缺危机
因为互联网的设备连接数量呈现指数级的爆炸式增长，IPv4地址虽然非常好用，但很快就面临短缺危机。32位长度的IPv4地址，最多只能提供约43亿个地址难以满足互联网的快速发展需求。
2019年，欧洲网络协调中心宣布IPv4地址已经全部用完，该机构负责欧洲、中东和部分中亚地区的IP地址分配和注册。由于没有更多可分配的IPv4地址，人们想出了各种解决方案。比如将部分IPv4地址进行回收利用；使用一种称为NAT的技术，仅为某一局域网提供一个对外的互联网IP地址等。
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新知讲解
阅读
IPv4地址最初进行全球分配时，并未充分考虑将来的发展需求，导致某些组织、国家或地区拥有大量富余的IP地址，而其他地方则数量稀少。以中国为例，虽然国家人口众多、网络连接设备也多，但分配到的IPv4地址数量，曾仅约为美国的1/5。这种不均衡的分配行为，既会加重IP地址的浪费，也会扩大数量稀缺的难题。
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知识拓展
IPv4网络迁移到IPv6网络的原理技术有哪些？
双栈技术（Dual Stack）：未双栈技术是指在网络设备（如路由器、服务器、客户端等）上同时运行 IPv4 和 IPv6 两种协议栈，使设备能够同时处理 IPv4 和 IPv6 的数据包。这样，在网络过渡期间，既可以与现有的 IPv4 网络进行通信，也可以逐渐开展与 IPv6 网络的交互。
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知识拓展
IPv4网络迁移到IPv6网络的原理技术有哪些？
隧道技术（Tunneling）：未双栈技术是指在网络设备（如路由器、服务器、客户端等）上同时运行 IPv4 和 IPv6 两种协议栈，使设备能够同时处理 IPv4 和 IPv6 的数据包。这样，在网络过渡期间，既可以与现有的 IPv4 网络进行通信，也可以逐渐开展与 IPv6 网络的交互。
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知识拓展
IPv4网络迁移到IPv6网络的原理技术有哪些？
协议转换技术（Translation）：协议转换技术是通过专门的转换设备（如 NAT-PT，Network Address Translation - Protocol Translation）将 IPv4 数据包转换为 IPv6 数据包，或者将 IPv6 数据包转换为 IPv4 数据包，从而实现 IPv4 和 IPv6 网络之间的通信。这种技术类似于在两种不同语言之间进行翻译，使双方能够理解对方的信息。
03
新知讲解
三、IPv6地址与互联网未来
针对IPv4地址短缺危机的各项举措，并不能从根本上解决问题。于是人们就开始研究并推广IPv6地址，也就是第六个版本的互联网通信协议，互联网因此进入IPv4地址与IPv6地址混合使用的时代。
03
新知讲解
1.IPv6地址
IPv6地址由长度为128位的二进制数组成(但为了简洁表达，通常转换为十六进制数),是IPv4地址长度的4倍，如表2.2.2所示。由于编码长度变长，使IPv6的地址数量可以达到212个，这个数量是非常惊人的。
表2.2.2 IPv4与IPV6的长度区别
03
新知讲解
探索
通过搜索并访问IPv6地址连接测试，查看本地系统对IPv6地址的支持程度。检测结果截图如图2.2.5所示 。
图2.2.5 检测页面的两种结果
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新知讲解
2.互联网的未来
有了IPV6的加持，人们再也不用担心IP地址不够用的难题。互联网的发展进入万物互联的新阶段，越来越多的电器设备也开始联网，它们都可以分配到一个单独的IP地址，人们的生活由此变得更加便捷与智能。
中国的IPV6推进工作，处于国际领先水平。截至2023年11月，中国IPv6活跃用户数量已达7.6亿，PV6地址拥有量居世界第二，如图2.2.6 所示。
图2.2.6中国IPv6发展现状
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知识拓展
IPv6对网络安全有哪些影响？
内置安全协议增强数据保护：IPv6 在设计时集成了 IPsec（Internet Protocol Security）协议，能够在网络层对数据进行加密和认证，为网络通信提供了更高的安全性。相比之下，IPv4 的安全性主要依赖于上层应用程序和网络设备的安全措施，在网络层缺乏内置的安全机制。
更规范的地址分配利于溯源和管理：IPv6 支持更严格的地址分配和管理机制，可以实现地址的精准分配和溯源。
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知识拓展
IPv6对网络安全有哪些影响？
配置和管理复杂性增加：IPv6 的地址长度和地址类型使得网络配置、授权、策略设置和防火墙配置等变得更加复杂。网络管理员需要掌握更多的知识和技能来正确配置和管理 IPv6 网络，否则可能会出现配置错误，导致安全漏洞的出现。
攻击面扩大：IPv6 引入了新的协议和功能，这在一定程度上增加了网络的攻击面。例如，IPv6 中的一些新的扩展头部和选项可能存在安全漏洞，攻击者可以利用这些漏洞进行攻击。
04
课堂练习
请通过小组合作，查阅、整理更多关于IPv6的知识，制作成幻灯片，宣讲它的优势与推广价值。
挑战
幻灯片 1：封面
标题：IPv6 的优势与推广价值。
幻灯片 2：IPv6 简介
简单说明 IPv6 是新一代互联网协议。
幻灯片 3：优势
巨大地址空间，满足海量设备连接。
幻灯片 4：推广价值
提升网络性能与安全，推动互联网发展。
幻灯片 5：结尾
总结强调 IPv6 重要性。
05
拓展延伸
如何利用IPv6的优势来加强网络安全？
1、减少地址扫描攻击
IPv6 的地址长度为 128 位，地址数量极其庞大。避免使用容易被猜测的地址模式，进一步增加攻击者寻找目标的难度。
2、部署 IPsec 保障通信安全
IPv6 内置了 IPsec 协议，能够在网络层对数据进行加密和认证。网络管理员应确保 IPsec 在网络中的正确配置和启用。
05
拓展延伸
如何利用IPv6的优势来加强网络安全？
3、关闭不必要的端口
与 IPv4 一样，IPv6 网络中的设备也存在一些不必要的开放端口，这些端口可能成为攻击者的入口。
4、对用户进行安全教育
由于 IPv6 的使用逐渐普及，用户需要了解 IPv6 的基本安全特性和注意事项。
05
拓展延伸
IPv6网络和IPv4网络的安全性有哪些区别？
内置安全机制：
IPv6：在设计时就内置了 IPSec（IP 安全）协议，提供端到端的数据加密和身份验证功能。这意味着 IPv6 网络中的通信在默认情况下就具备较强的安全防护。
IPv4：网络层本身不提供类似的内置安全机制，若要实现安全通信，通常需要额外部署如 IPSec 等安全协议。
05
拓展延伸
IPv6网络和IPv4网络的安全性有哪些区别？
地址隐私保护：
IPv6：通过引入临时地址等机制来保护用户隐私。临时地址是一种可变的 IP 地址，用于在公网中隐藏用户的真实 IP 地址，有助于防止用户的隐私信息被泄露或滥用。
IPv4：地址资源相对匮乏，通常需要使用 NAT 技术来实现多个设备共享一个公网 IP 地址。这种方式会隐藏设备的真实 IP 地址，但也可能因 NAT 设备的配置不当或存在漏洞，导致内部网络的信息暴露。
05
拓展延伸
IPv6网络和IPv4网络的安全性有哪些区别？
网络层安全特性：
IPv6：支持源路由验证、分片重组验证等安全特性，可以防止网络攻击和数据篡改。其简化的报头结构、优化的路由算法等也在一定程度上降低了网络攻击的风险。
IPv4：在网络层的安全性相对有限，容易受到各种网络攻击，如 IP 欺骗、数据包伪造、DDoS 攻击等。由于 IPv4 报头中的一些字段可以被轻易篡改，攻击者可以利用这些漏洞进行攻击，并且 IPv4 在应对分片攻击等方面的能力较弱。
05
拓展延伸
IP地址是如何分配的？
全球层面的分配管理：ANA 是负责全球互联网 IP 地址分配的核心机构。它对 IP 地址空间（包括 IPv4 和 IPv6 地址）拥有最终的分配权和管理权。
网络服务提供商层面的分配管理：网络服务提供商和互联网服务提供商从相应的 RIR 获得 IP 地址资源后，会根据自身的业务模式和客户需求，对 IP 地址进行再次分配。
05
拓展延伸
IP地址是如何分配的？
企业内部的分配管理：在企业内部，网络部门会根据企业自身的网络架构、业务需求等因素，对从 ISP 或 NSP 获得的 IP 地址进行进一步的分配和管理。通常情况下，企业会采用子网划分的方式，将 IP 地址空间划分成若干个子网，以便更好地管理和控制企业内部的网络通信。
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课堂总结
1
引入新知内容
互联网时代来临—告诉我地址—从IPv4到IPv6的传奇
2
IP与IP地址
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IPv4地址与地址短缺危机
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IPv6地址与互联网未来
5
进行相关知识拓展
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4
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板书设计
互联网时代来临—告诉我地址—从IPv4到IPv6的传奇
1.进行新知引入
2.学习新知讲解
3.完成课堂练习
4.进行知识拓展
09
课后作业
01
学完本节课，IPv4地址会带来哪些影响？
09
课后作业
02
请同学们总结IPv4地址和IPv6地址相似点有哪些？
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

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