简单子网划分.docx
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简单子网划分.docx
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简单子网划分
IP子网划分实验
一、实验目的
1.掌握子网划分的方法和子网掩码的设置
2.理解IP协议与MAC地址的关系
3.掌握ARP和IPCONFIG命令的应用
4.根据实际的网络需求设计合理的子网划分方案
二、实验环境
共6组,每组8台双网卡PC机,多台路由器,多台交换机,用以太网交换机连接起来的WINDOWSXP操作系统计算机。
拓扑结构图
三、实验相关知识
本实验要求学生通过掌握子网划分的方法和子网掩码的设置的方法,具有根据实际的网络需求设计合理的子网划分方案的创新能力。
1、为什么要划分子网
在20世纪70年代初期,建立Internet的工程师们并未意识到计算机和通信在未来的迅猛发展。
局域网和个人电脑的发明对未来的网络产生了巨大的冲击。
开发者们依据他们当时的环境,并根据那时对网络的理解建立了逻辑地址分配策略。
他们知道要有一个逻辑地址管理策略,并认为32位的地址已足够使用。
为了给不同规模的网络提供必要的灵活性,IP地址的设计者将IP地址空间划分为五个不同的地址类别,如下表所示,其中A,B,C三类最为常用:
A类0-12708位24位
B类128-1911016位16位
C类192-22311024位8位
D类224-2391110组播地址
E类240-2551111保留试验使用
从当时的情况来看,32位的地址空间确实足够大,能够提供232(4,294,967,296,约为43亿)个独立的地址。
这样的地址空间在因特网早期看来几乎是无限的,于是便将IP地址根据申请而按类别分配给某个组织或公司,而很少考虑是否真的需要这么多个地址空间,没有考虑到IPv4地址空间最终会被用尽。
但是在实际网络规划中,它们并不利于有效地分配有限的地址空间。
对于A、B类地址,很少有这么大规模的公司能够使用,而C类地址所容纳的主机数又相对太少。
所以有类别的IP地址并不利于有效地分配有限的地址空间,不适用于网络规划。
2、如何划分子网
为了提高IP地址的使用效率,引入了子网的概念。
将一个网络划分为子网:
采用借位的方式,从主机位最高位开始借位变为新的子网位,所剩余的部分则仍为主机位。
这使得IP地址的结构分为三级地址结构:
网络位、子网位和主机位。
这种层次结构便于IP地址分配和管理。
它的使用关键在于选择合适的层次结构--如何既能适应各种现实的物理网络规模,又能充分地利用IP地址空间(即:
从何处分隔子网号和主机号)。
3、子网掩码的作用
简单地来说,掩码用于说明子网域在一个IP地址中的位置。
子网掩码主要用于说明如何进行子网的划分。
掩码是由32位组成的,很像IP地址。
对于三类IP地址来说,有一些自然的或缺省的固定掩码。
4、如何来确定子网地址
如果此时有一个IP地址和子网掩码,就能够确定设备所在的子网。
子网掩码和IP地址一样长,用32bit组成,其中的1表示在IP地址中对应的网络号和子网号对应比特,0表示在IP地址中的主机号对应的比特。
将子网掩码与IP地址逐位相“与”,得全0部分为主机号,前面非0部分为网络号
四、实验内容
基础实验1:
Ipconfig是调试计算机网络的常用命令,通常大家使用它显示计算机中网络适配器的IP地址、子网掩码及默认网关,Ipconfig/all:
显示本机TCP/IP配置的详细信息。
基础实验2:
1)两人一组或四人一组,设置两台主机的IP地址与子网掩码:
A:
10.2.2.2255.255.254.0
B:
10.2.3.3255.255.254.0
2)两台主机均不设置缺省网关。
3)用arp-d命令清除两台主机上的ARP表,然后在A与B上分别用ping命令与对方通信,观察并记录结果,并分析原因。
4)在两台PC上分别执行arp-a命令,观察并记录结果,并分析原因。
提示:
由于主机将各自通信目标的IP地址与自己的子网掩码相"与"后,发现目标主机与自己均位于同一网段(10.2.2.0),因此通过ARP协议获得对方的MAC地址,从而实现在同一网段内网络设备间的双向通信。
基础实验3.
1)将A的子网掩码改为:
255.255.255.0,其他设置保持不变。
2)在两台PC上分别执行arp-d命令清除两台主机上的ARP表。
然后在A上"ping"B,观察并记录结果。
3)在两台PC上分别执行arp-a命令,观察并记录结果,并分析原因。
提示:
A将目标设备的IP地址(10.2.3.3)和自己的子网掩码(255.255.255.0)相"与"得10.2.3.0,和自己不在同一网段(A所在网段为:
10.2.2.0),则A必须将该IP分组首先发向缺省网关。
基础实验4
1)按照实验2的配置,接着在B上"ping"A,观察并记录结果,并分析原因。
。
2)在B上执行arp-a命令,观察并记录结果,并分析原因。
提示:
B将目标设备的IP地址(10.2.2.2)和自己的子网掩码(255.255.254.0)相"与",发现目标主机与自己均位于同一网段(10.2.2.0),因此,B通过ARP协议获得A的MAC地址,并可以正确地向A发送EchoRequest报文。
但由于A不能向B正确地发回EchoReply报文,故B上显示ping的结果为"请求超时"。
在该实验操作中,通过观察A与B的ARP表的变化,可以验证:
在一次ARP的请求与响应过程中,通信双方就可以获知对方的MAC地址与IP地址的对应关系,并保存在各自的ARP表中。
设计实验:
一个小的公司中,目前有6个部门a至f,其中:
a部门有10台pc(host,主机),b部门20台,c部门30台,d部门15台,e部门20台,f部门600台,然后CIO分配了3个网段192.168.2.0,192.168.3.0,192.168.4.0给你,作为admin,任务是为每个部门划分单独的网段
示范方案(实验步骤):
其中,192.168.2.0/24是一个c类网段,24是表示子网掩码中1的个数是24个,这是255.255.255.0的另外一种表示方法,每一个255表示一个二进制的8个1,最后一个0表示二进制的8个0,在计算机语言中以二进制表示为11111111111111111111111100000000,0表示可容纳的主机的个数。
要划分子网,必须制定每一个子网的掩码规划,换句话说,就是要确定每一个子网能容纳的最多的主机数,即0的个数,显然,应该以这几个部门中拥有主机数量最多的为准,在本例中,c部门有30台主机,那么我们在操作中可以套用这样一个经典公式:
2^n-2=hosts2^n-2=30n=5
n代表掩码中0的个数,5个零则意味着二进制掩码为11100000,即十进制的224.加上前面24个1,1的总数为27个。
该掩码十进制表示为:
255.255.255.224/27;
确定掩码规则以后,就要确认每一个子网的具体地址段。
我们从a部门开始,其余b—e部门的操作可参照进行。
第一步:
确定a部门的网络id
网络id,即本部门所在的网段,是由ip地址与掩码作“与运算”的结果。
“与运算”是一种逻辑算法,其规则是:
1与1为1;0与0、0与1、1与0的结果均为0。
已知:
当前的ip地址192.168.2.0的最后一位是0,二进制表示为00000000;而我们已经算出的掩码255.255.255.224的最后一位是224,二进制表示为11100000。
五、实验分析
1.通过这个实验让学生进一步理解了IP地址的含义,掌握了利用IP地址的设置来划分子网的方法。
学习IPCONFIG、PING、ARP等命令的运用
2.子网地址主机通信规则
实例二
子网规划与划分实例讲解
原打算从IP地址说起,但考虑到时间关系,再加上文字功底薄弱,就省略了,在往下阅读之前,建议先了解IP地址的分类、点分十进制与二进制间转换、网络掩码,逻辑“与”操作等网络基础知识。
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需要进行子网规划一般两种情况:
一、 给定一个网络,整网络地址可知,需要将其划分为若干个小的子网
二、 全新网络,自由设计,需要自己指定整网络地址
后者多了一个根据主机数目确定主网络地址的过程,其他一样。
我们先来讨论第一种情况:
例:
学院新建4个机房,每个房间有25台机器,给定一个网络地址空间:
192.168.10.0,现在需要将其划分为4个子网。
分析:
192.168.10.0是一个C类的IP地址,标准掩码为:
255.255.255.0
要划分为4个子网必然要向最后的8位主机号借位,那借几位呢?
我们来看要求:
4个机房,每个房间有25台机器,那就是需要4个子网,每个子网下面最少25台主机。
考虑扩展性,一般机房能容纳机器数量是固定的,建设好之后向机房增加机器的情况较少,增加新机房(新子网)情况较多。
(当然对于我们这题,考虑主机或子网最后的结果都是相同的,但如果要组建较大规模网络的时候,这点要特别注意。
)
我们依据子网内最大主机数来确定借几位。
使用公式2n-2>=最大主机数
2n-2>=25
25-2=30>=25
所以主机位数n为:
5
相对应的子网需要借3位
确定了子网部分,后面就简单了,前面的网络部分不变,看最后的这
得到6个可用的子网地址:
全部转换为点分十进制表示
11000000101010000000101000100000=192.168.10.32
11000000101010000000101001000000=192.168.10.64
11000000101010000000101001100000=192.168.10.96
11000000101010000000101010000000=192.168.10.128
11000000101010000000101010100000=192.168.10.160
11000000101010000000101011000000=192.168.10.192
子网掩码:
11111111111111111111111111100000=255.255.255.224
这就得出了所有子网的网络地址,那个子网的主机地址呢?
注意在一个网络中主机地址全为0的IP是网络地址,全为1的IP是网络广播地址,不可用
所以我们的子网地址和子网主机地址如下:
子网1:
192.168.10.32掩码:
255.255.255.224
主机IP:
192.168.10.33—62
子网2:
192.168.10.64掩码:
255.255.255.224
主机IP:
192.168.10.65—94
子网3:
192.168.10.96掩码:
255.255.255.224
主机IP:
192.168.10.97—126
子网4:
192.168.10.128掩码:
255.255.255.224
主机IP:
192.168.10.129—158
子网5:
192.168.10.160掩码:
255.255.255.224
主机IP:
192.168.10.161—190
子网6:
192.168.10.192掩码:
255.255.255.224
主机IP:
192.168.10.193—222
我们只要取出前面的4个子网就可以完成题目了。
我们再来讨论一下第二种情况:
全新的网络,需要自己来指定整网络地址,这就需要先考虑选择A类、B类或C类IP的问题,就像上例中的网络地址空间:
192.168.10.0不给定,任由自己选择,那,有的同学可能会说,直接选择A类地址,有24位的主机位来随便借位。
当然可以,但那就会浪费N多的地址了,在局域网内当然可以随便你设置,但在广域网里可没有这么大的地址来给你分配,所以从开始就要养成个好的习惯。
那如何选择呢?
和划分子网的时候一样,通过公式计算(2n-2),我们知道划分的子网越多浪费的地址就越多。
还记得上面我们每个子网里面都有两个IP不能用吗?
(主机位全为0或全为1)
每次划分子网一般都有两个子网的地址要浪费掉(子网部分全为0或全为1)
所以,如果我们需要建设一个拥有4个子网,每个子网内有25台主机的网络,那我们一共需要有(4+2)*(25+2)个IP数的网络来划分。
(4+2)*(25+2)=162
一个C类地址的网络可以拥有254的主机地址,所以我们选择C类的地址来作为整个网络的网络号。
如果现在我们有6个机房,每个机房里有50台主机呢?
(6+2)*(50+2)=416
显然,需要用到B类地址的网络了。
后面划分子网的步骤就和上面一样了,不多说。
可变长子网掩码与无类域间路由(图)
RFC1878中定义了可变长子网掩码(VariableLengthSubnetMask,VLSM)。
VLSM规定了如何在一个进行了子网划分的网络中的不同部分使用不同的子网掩码。
这对于网络内部不同网段需要不同大小子网的情形来说非常有效。
VLSM实际上是一种多级子网划分技术。
如图1所示。
在图1中,某公司有两个主要部门:
市场部和技术部。
技术部又分为硬件部和软件部两个部门。
该公司申请到了一个完整的C类IP地址段:
210.31.233.0,子网掩码255.255.255.0。
为了便于分级管理,该公司采用了VLSM技术,将原主网络划分称为两级子网(未考虑全0和全1子网)。
市场部分得了一级子网中的第1个子网,即210.31.233.64,子网掩码255.255.255.192,该一级子网共有62个IP地址可供分配。
技术部将所分得的一级子网中的第2个子网210.31.233.128,子网掩码255.255.255.192又进一步划分成了两个二级子网。
其中第1个二级子网210.31.233.128,子网掩码255.255.255.224划分给技术部的下属分部-硬件部,该二级子网共有30个IP地址可供分配。
技术部的下属分部-软件部分得了第2个二级子网210.31.233.160,子网掩码255.255.255.224,该二级子网共有30个IP地址可供分配。
在实际工程实践中,可以进一步将网络划分成三级或者更多级子网。
同时,可以考虑使用全0和全1子网以节省网络地址空间。
2 CIDR
无类域间路由(ClasslessInter-DomainRouting,CIDR)在RFC1517~RFC1520中都有描述。
提出CIDR的初衷是为了解决IP地址空间即将耗尽(特别是B类地址)的问题。
CIDR并不使用传统的有类网络地址的概念,即不再区分A、B、C类网络地址。
在分配IP地址段时也不再按照有类网络地址的类别进行分配,而是将IP网络地址空间看成是一个整体,并划分成连续的地址块。
然后,采用分块的方法进行分配。
在CIDR技术中,常使用子网掩码中表示网络号二进制位的长度来区分一个网络地址块的大小,称为CIDR前缀。
如IP地址210.31.233.1,子网掩码255.255.255.0可表示成210.31.233.1/24;IP地址166.133.67.98,子网掩码255.255.0.0可表示成166.133.67.98/16;IP地址192.168.0.1,子网掩码255.255.255.240可表示成192.168.0.1/28等。
CIDR可以用来做IP地址汇总(或称超网,Supernetting)。
在未作地址汇总之前,路由器需要对外声明所有的内部网络IP地址空间段。
这将导致Internet核心路由器中的路由条目非常庞大(接近10万条)。
采用CIDR地址汇总后,可以将连续的地址空间块总结成一条路由条目。
路由器不再需要对外声明内部网络的所有IP地址空间段。
这样,就大大减小了路由表中路由条目的数量。
例如,某公司申请到了1个网络地址块(共8个C类网络地址):
210.31.224.0/24-210.31.231.0/24,为了对这8个C类网络地址块进行汇总,采用了新的子网掩码255.255.248.0,CIDR前缀为/21。
如图2所示。
图2 CIDR应用
可以看出,CIDR实际上是借用部分网络号充当主机号的方法。
在图2中,因为8个C类地址网络号的前21位完全相同,变化的只是最后3位网络号。
因此,可以将网络号的后3位看成是主机号,选择新的子网掩码为255.255.248.0(1111,1000),将这8个C类网络地址汇总成为210.31.224.0/21。
利用CIDR实现地址汇总有两个基本条件:
待汇总地址的网络号拥有相同的高位。
如图2-2-8中8个待汇总的网络地址的第3个位域的前5位完全相等,均为11100。
待汇总的网络地址数目必须是2n,如2个、4个、8个、16个等等。
否则,可能会导致路由黑洞(汇总后的网络可能包含实际中并不存在的子网)。
实例三
1什么是IP地址
每个人都有自己的家庭住址,如果你居无定所,你的朋友要找你的时候肯定不方便。
在网络中,真正能标识某台主机身份的实际上是MAC地址(又叫物理地址,它是固化在网卡上的,理论上是永远不会重复的),但MAC地址是以类似00-1E-4C-5E-19-8C的方式出现以及书写的,很显然不便于人们的记忆。
所以,通常情况下,我们用类似于xx.xx.xx.xx的方式(例如:
192.168.1.1)来标识一台主机,计算机会利用一种叫ARP的协议自动将IP地址解析为相对应的MAC地址。
这样,主机与主机之间的通讯就可以通过IP地址实现了。
一般情况下,IP地址分为五大类,其中A,B,C是咱们经常用到的(其实D类也常用到,只不过对于普通用户而言它是“透明”的,主要用于“组播”;E类主要用于科研)。
A类地址范围:
1----126私有地址:
10默认掩码:
8位(255.0.0.0)
B类地址范围:
128----191私有地址:
172.16默认掩码:
16位(255.255.0.0)
C类地址范围:
192----223私有地址:
192.168默认掩码:
24位(255.255.255.0)
有人会问,怎么没有127?
对,127代表本地回环,也就是说所有127开头的地址都代表本机。
咱们看看下面的几个例子:
12.24.35.1这是一个A类地址(以12开头),所以默认的掩码应该是8位,也就是255.0.0.0(掩码有什么用咱们等会再讲),可以简写为12.24.35.1/8.
128.3.0.1这是一个B类地址(以128开头),默认掩码为16位,也就是255.255.0.0
简写成128.3.0.1/16。
172.16.34.56这是一个B类的私有地址(以172.16开头),默认掩码16位(255.255.0.0)
简写位172.16.34.56/16.
默认情况下,A,B,C三类的子网掩码分别为8位,16位,24位。
那么子网掩码是干什么用的呢。
简单点说,掩码就是用来表示使用某一IP地址的主机隶属于哪一个网络。
隶属于不同的网络的主机是无法相互通讯的(当然也有特殊情况,举个简单的例子1.0.0.1/8和1.1.0.1/16就可以ping通)。
咱们还是来看上面的三个例子,12.24.35.1/8说明使用这个ip地址的主机隶属于12.0.0.0这个网络;128.3.0.1/16的主机隶属于网络128.3.0.0;172.16.34.56/16的主机隶属于网络172.16.0.0。
怎么得来的?
用ip地址和子网掩码做“与”运算。
(当然,要先化为二进制)看第一个例子,12.24.35.1化为二进制为00001100.00011000.00100011.00000001,掩码也化为二进制11111111.11111111.00000000.00000000,然后做“与”运算。
00001100.00011000.00100011.00000001
11111111.11111111.00000000.00000000
=00001100.00011000.00000000.00000000化为十进制就是12.24.0.0
怎么判断两台主机是否在同一网络(网段)?
呵呵,太简单了,12.24.1.1/16和12.24.2.1/16的主机就在同一网段,因为她们都属于12.24.0.0的网络。
12.24.1.1/16和12.25.1.1/16就属于不同的网段(当然,如果都是/8的就是同一网段的了,所以要结合子网掩码来判断)
什么是子网划分
讲完了什么是IP地址再来讲什么是子网划分。
子网划分通俗的说,就是把大的网络划为小的网络。
为什么要划分呢?
原因有很多,可能是为了节约IP地址(其实不一定节约,有时候还更浪费),可能是为了控制广播(哈哈,和划分VLAN异曲同工),也可能是为了便于管理。
咱们前面说过,默认情况下,A,B,C类IP地址的子网掩码分别为8位,16位和24位,如果要做子网划分,就需要在子网掩码上做手脚,也就是咱们通常说的借位,这时子网掩码就会发生变化,就不再是默认的8,16,24位了。
前面第一部分的最后一个例子12.25.1.1/16就是借了位的,默认应该是A类地址(8位),借位后变成了16位。
如何快速实现子网划分
子网划分,对于很多初学者来说是一件很头痛的问题。
其实如果掌握了正确的方法,很多时候一看题目答案就在脑海里出来了,就是这么神奇,就是这么简单。
不信?
好,咱们一起来学习我用的方法。
要记住的十进制与二进制转换的关系
20=1
21=2
22=4
23=8
24=16
25=32
26=64
27=128
28=256
29=512
210=1024
其实只需要记3个就可以了,分别是25=32,28=256,210=1024,其他的当时算也来得急,当然能都记住最好。
掩码网络位数与十进制的转换关系
十进制表示法二进制掩码网络位数
12827100000001
19227+26110000002
22427+26+25111000003
24027+26+25+24111100004
24827+26+25+24+23111110005
25227+26+25+24+23+22111111006
25427+26+25+24+23+22+21111111107
25527+26+25+24+23+22+21+20111111118
*具体怎么用后面会有例
要记住的公式
2n-2≥m
为什么要减二,因为全零和全一的不能用。
全零表网段,全一是广播地址。
后面会有例子
掩码的组成结构
网络位+主机位
比如192.168.1.1/24,它的子网掩码是255.255.255.0,根据前面讲到的方法咱们知道它属于网络192.168.1.0/24,那么它的地址范围是192.168.1.1---192.168.1.254(0和255不能用,一个表网段,一个是全一的广播),它的前3个255表示网络(网络位),后面的0表示可用的主机地址范围(主机位)。
如果是192.168.1.1/16,那子网掩码就是255.255.0.0,地址范围是192.168.0.1---192.168.255.254,前2个255是网络位,后2个0是主机位。
具体实例:
一,192.168.1.0/24划为18个子网.应该
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