實驗2-劃分子網(wǎng)與連通性測試

1、實驗2 劃分子網(wǎng)與連通性測試實驗學時：2一、實驗目的掌握IP地址的分配和劃分子網(wǎng)的方法。二、實驗環(huán)境用以太網(wǎng)交換機連接起來的Win2003操作系統(tǒng)計算機和Boson NetSim模擬器。三、實驗內(nèi)容及步驟1、IP地址分配2、劃分子網(wǎng)3、模擬器應用四、預備知識1. 常見的網(wǎng)絡設備1.1 集線器集線器的英文稱為“Hub”?！癏ub”是“中心”的意思，集線器的主要功能是對接收到的信號進行再生整形放大，以擴大網(wǎng)絡的傳輸距離，同時把所有節(jié)點集中在以它為中心的節(jié)點上。它工作于OSI(開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型)參考模型第一層，即“物理層”。集線器與網(wǎng)卡、網(wǎng)線等傳輸介質一樣，屬于局域網(wǎng)中的基礎設備，采用CSMA/

2、CD（一種檢測協(xié)議）訪問方式。集線器屬于純硬件網(wǎng)絡底層設備，基本上不具有類似于交換機的"智能記憶"能力和"學習"能力。它也不具備交換機所具有的MAC地址表，所以它發(fā)送數(shù)據(jù)時都是沒有針對性的，而是采用廣播方式發(fā)送。也就是說當它要向某節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，不是直接把數(shù)據(jù)發(fā)送到目的節(jié)點，而是把數(shù)據(jù)包發(fā)送到與集線器相連的所有節(jié)點，如圖1所示。圖1-1 集線器部署圖圖1-2 集線器hub1.2 網(wǎng)橋網(wǎng)橋（Bridge）也稱橋接器，是連接兩個局域網(wǎng)的存儲轉發(fā)設備，用它可以完成具有相同或相似體系結構網(wǎng)絡系統(tǒng)的連接。一般情況下，被連接的網(wǎng)絡系統(tǒng)都具有相同的邏輯鏈路控制規(guī)程（L

3、LC），但媒體訪問控制協(xié)議（MAC）可以不同。 網(wǎng)橋是數(shù)據(jù)鏈路層的連接設備，準確他說它工作在MAC子層上。網(wǎng)橋在兩個局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層（DDL）間接幀傳送信息，起橋接的作用。圖1-3 網(wǎng)橋1.3 交換機交換機(Switch)也叫交換式集線器，是一種工作在OSI第二層(數(shù)據(jù)鏈路層)，基于MAC (網(wǎng)卡的介質訪問控制地址)識別、能完成封裝轉發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡設備。它通過對信息進行重新生成，并經(jīng)過內(nèi)部處理后轉發(fā)至指定端口，具備自動尋址能力和交換作用。交換機不懂得IP地址，但它可以“自學習”源主機的MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直

4、接由源地址到達目的地址。交換機上的所有端口均有獨享的信道帶寬，以保證每個端口上數(shù)據(jù)的快速有效傳輸。由于交換機根據(jù)所傳遞信息包的目的地址，將每一信息包獨立地從源端口送至目的端口，而不會向所有端口發(fā)送，避免了和其它端口發(fā)生沖突，因此，交換機可以同時互不影響的傳送這些信息包，并防止傳輸沖突，提高了網(wǎng)絡的實際吞吐量。圖1-4 交換機1.4 路由器路由器（Router）又稱網(wǎng)關設備（Gateway）是用于連接多個邏輯上分開的網(wǎng)絡，所謂邏輯網(wǎng)絡是代表一個單獨的網(wǎng)絡或者一個子網(wǎng)。當數(shù)據(jù)從一個子網(wǎng)傳輸?shù)搅硪粋€子網(wǎng)時，可通過路由器的路由功能來完成。因此，路由器具有判斷網(wǎng)絡地址和選擇IP路徑的功能，它能在多網(wǎng)絡互

5、聯(lián)環(huán)境中，建立靈活的連接，可用完全不同的數(shù)據(jù)分組和介質訪問方法連接各種子網(wǎng)，路由器只接受源站或其他路由器的信息，屬網(wǎng)絡層的一種互聯(lián)設備。圖1-5 cisco路由器2. IP 地址（1）概述在網(wǎng)絡層唯一標識網(wǎng)絡上設備，將下層物理地址屏蔽起來，實現(xiàn)統(tǒng)一尋址。路由選擇是基于IP 地址以及它們的分配策略的。在LAN 中，只有相同的網(wǎng)絡號的主機才能互相通信，否則只能依托三層設備進行間接通信。主機要在Internet 上進行通信，應有注冊的IP 地址（公網(wǎng)地址）。（2）特殊IP 地址（3）私有地址與保留地址實踐中證明，并不是每一臺聯(lián)網(wǎng)的計算都需要一個全球唯一的IP 地址，同時為了減少對于有限的IP 地址資

6、源的消耗，最初設計者在A、B、C 類中各自劃分了一些地址范圍作為私有地址來使用。A 類: .0 10.255.255.255 B 類: 172.16.0.0 172.31.255.255 C 類: 192.168.0.0 192.168.255.255 （4）有類IP 地址與無類IP 地址有類IP 地址：net-id 的長度只有3 種：8、16 、24 無類IP 地址：net-id 可以設置成1 到32 中的任何一個值無類IP 地址的優(yōu)點組網(wǎng)靈活，管理方便；減輕IP 地址浪費現(xiàn)象。 3. 子網(wǎng)規(guī)劃的目的為了更好的利用大的地址空間及提高網(wǎng)絡安全性，需要使用劃分子網(wǎng)的方法將一個大的地址空間劃分若干

7、個大小合適的網(wǎng)絡。子網(wǎng)劃分只是單位內(nèi)部的事，從外部看，仍為同一個網(wǎng)絡號碼。只有外面的分組進入到本單位范圍后，路由器再根據(jù)子網(wǎng)號碼進行選路，最后找到目的主機。 各個子網(wǎng)在邏輯上獨立。 沒有路由器的轉發(fā)，子網(wǎng)之間的主機不能相互通信。4. 子網(wǎng)規(guī)劃的主要方法（1）決定子網(wǎng)的數(shù)目從原IP 地址的HostID 部分取出多少位（n）最為SubnetID 取決于一個網(wǎng)絡需要劃分多少個（N）子網(wǎng)。n 和N 必須滿足關系：2n-1-2<N<2n-2( 全1和全0的網(wǎng)絡地址不可用)規(guī)劃后實際可得的網(wǎng)絡數(shù)即子網(wǎng)數(shù)為2n-2個。（2）確定可支持的最大的主機數(shù)由HostID的位數(shù)計算，設劃分子網(wǎng)后剩下m位，

8、則每一個子網(wǎng)所支持的主機數(shù)為M=2m-2 。（3）為子網(wǎng)掩碼建立可用IP地址段確定每個子網(wǎng)的地址范圍。每一個地址段從緊挨著網(wǎng)絡地址開始，至網(wǎng)絡的廣播地址為止。（4）子網(wǎng)掩碼 網(wǎng)絡和子網(wǎng)部分全置1，主機部分全0即為子網(wǎng)掩碼。子網(wǎng)掩碼與IP地址的.與.運算可以把IP地址的網(wǎng)絡地址提取出來。 （5）建立子網(wǎng)快查表五、實驗過程5.1課內(nèi)使用任務實驗任務1：針對實驗室計算機聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀來劃分子網(wǎng)連通性測試1、子網(wǎng)規(guī)劃l IP地址分配前需進行子網(wǎng)規(guī)劃。 l 選擇的子網(wǎng)號部分應能產(chǎn)生足夠的子網(wǎng)數(shù)。 l 選擇的主機號部分應能容納足夠的主機。 l 路由器需要占用有效的IP地址。 從標準IP地址的主機號部分借位并把它

9、們作為子網(wǎng)號部分。1）子網(wǎng)號位數(shù)>=2，主機號位數(shù)>=2。 2）去掉全0或全1的主機號、子網(wǎng)號。3）子網(wǎng)數(shù)=2，子網(wǎng)號位數(shù)=2；主機數(shù)=2，主機號位數(shù)=2。2、在局域網(wǎng)上劃分子網(wǎng)將C類網(wǎng)絡192.168.1.0劃分子網(wǎng)實例，劃分如下：子網(wǎng)號：借4位；子網(wǎng)數(shù)：24-2=14主機號：余4位；主機數(shù)：24-2=14子網(wǎng)掩碼：255.255.255.240 子網(wǎng)掩碼二進制位如下：1）子網(wǎng)地址分配表交換機2）子網(wǎng)劃分拓撲圖:3）配置計算機的IP地址和子網(wǎng)掩碼實驗以5人為一組，以實驗室現(xiàn)有的計算機與交換機的物理連接現(xiàn)狀不變，將上圖中的主機IP地址分別分配給小組成員。然后，小組成員分別配置自己的

10、計算機的IP地址。配置圖如下：4）利用ipconfig查看網(wǎng)絡配置5）測試子網(wǎng)劃分、IP分配和計算機配置是否正確（1）測試處于同一子網(wǎng)的計算機是否能夠通信？利用ping命令（如利用IP地址為192.168.1.17的計算機去ping IP地址為192.168.1.19的計算機）。 觀察ping命令輸出結果，判定是否能連通。（2）測試通過交換機連接的處于不同子網(wǎng)的計算機是否能夠通信？ 利用ping命令（如利用IP地址為192.168.1.17的計算機去ping IP地址為192.168.1.162的計算機）。 觀察ping命令輸出結果，判定是否能連通。 實驗任務2：Packet Tracer模擬

11、器環(huán)境下的劃分子網(wǎng)連通性測試實驗內(nèi)容：1、設計網(wǎng)絡拓撲圖參照實驗任務1的子網(wǎng)劃分拓撲圖，運用Cisco Packet Tracer7.0軟件，設計模擬器的網(wǎng)絡拓撲圖如下。交換機可選擇2960型號。將網(wǎng)絡拓撲圖保存，并在Cisco Packet Tracer模擬器中打開該圖。2、配置PC的IP地址和網(wǎng)關在Packet Tracer模擬器中，參照實驗任務1的子網(wǎng)劃分拓撲圖內(nèi)各個主機的IP地址和子網(wǎng)掩碼分配情況，對各個主機進行配置。過程如下：1）點擊主機圖標，即選擇了配置主機PC0，如下圖所示：2）在Packet Tracer模擬器的PC0主機的Desktop選項卡中選擇點擊“Command Pro

12、pt”，則彈出DOS窗口，輸入ipconfig命令，即顯示當前PC0主機的IP設置，如圖所示。3）在Packet Tracer模擬器的PC0主機的Desktop選項卡中選擇點擊“IP Configuration”，則彈出IP設置欄，即顯示當前主機PC0主機的IP設置，參照實驗任務1的子網(wǎng)劃分拓撲圖，對主機1的IP地址和子網(wǎng)掩碼分配，如圖所示。4）完成配置IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關后，然后在模擬器的DOS窗口中，輸入ipconfig命令，即顯示當前PC0主機的IP設置，如圖所示。5)參照上述的1）4）步驟完成對其他PC主機的IP配置。然后，按照實驗任務1的ping方法，在Packet Tracer

13、模擬器中完成對各個主機和子網(wǎng)的連通性測試。疑問：為什么不同子網(wǎng)的2個主機用層2交換機連接互相ping不通？解釋：PING實際上就是把利用ICMP協(xié)議進行探測，icmp封裝在IP數(shù)據(jù)包中。當ping某臺主機的時候，主機IP協(xié)議檢查目的地址，將目的地址與本機的子網(wǎng)掩碼進行與運算，得出目的主機與本機不在一個網(wǎng)段，那么主機就會把目的主機理解成外網(wǎng)或者遠程網(wǎng)絡，然后轉發(fā)到路由器。當前的實驗只有層2交換機，交換機是基于物理地址轉發(fā)數(shù)據(jù)幀的，交換機只能識別物理地址（MAC），不能識別IP地址。所以，PING的數(shù)據(jù)包交換機不認識。解決的方案是將網(wǎng)絡拓撲拓展連接到路由器。當主機發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包是外網(wǎng)或者遠程網(wǎng)絡的時，

14、就轉發(fā)到路由器，由路由器再轉發(fā)到目的主機所處的網(wǎng)段。5.2課外實驗任務劃分子網(wǎng)并測試子網(wǎng)間的連通性1、實驗準備工作方法1：準備一臺帶有兩個Ethernet端口的路由器，并事先使用RIP配置路由器，將路由器的兩個端口的IP地址分別設置為192.168.1.65和192.168.1.129，子網(wǎng)掩碼中的主機號位數(shù)為6，并啟動IP路由功能。方法2：如果沒有路由器，也要可以使用一臺服務器（或PC），并安裝兩塊網(wǎng)卡（雙宿主主機）。在該計算機上安裝Windows 2000/2003 Server操作系統(tǒng)，將兩塊網(wǎng)卡的IP地址分別設置為192.168.1.65和192.168.1.129，子網(wǎng)掩碼設置為25

15、5.255.255.192。并且打開服務器的路由功能（本實驗使用靜態(tài)路由就可以，也可以通過安裝“RIP協(xié)議”組件實現(xiàn)動態(tài)路由功能）。方法3：如果沒有實際的路由器，可以從 Packet Tracer局域網(wǎng)交換與路由模擬器，并安裝到計算機中。通過Cisco Packet Tracer軟件的模擬操作，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡設計、路由器配置基本操作。本實驗采用Cisco Packet Tracer軟件設計下列網(wǎng)絡拓撲，然后通過Cisco Packet Tracer軟件的模擬操作完成相應的實驗工作。這里選擇2600系列路由器的2621型號，交換機選擇2900系列。NET 1NET 2f0/0f0/1 2、實驗內(nèi)容

16、1）對網(wǎng)絡進行劃分（1）對于一個C類的網(wǎng)絡，子網(wǎng)掩碼中的主機號位數(shù)為6，將其劃分為兩個子網(wǎng)。請對該網(wǎng)絡進行劃分,并計算確定子網(wǎng)掩碼及每個子網(wǎng)主機的可用IP地址的范圍。（參考實驗2劃分子網(wǎng)方法）（2）在劃分子網(wǎng)時，要考慮去除全0子網(wǎng)和全1子網(wǎng)（雖然在Microsoft公司的TCP/IP網(wǎng)絡中，可以支持全0和全1的子網(wǎng)，但在本實驗中以RFC標準為準）。2）配置TCP/IP參數(shù)（1）將路由器的兩個端口的IP地址分別設置為和，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.192，啟動路由功能。（2）根據(jù)子網(wǎng)劃分結構，每臺計算機均可以分配一個唯一的子網(wǎng)IP地址和子網(wǎng)掩碼。按照手工配置TCP/IP參數(shù)實驗的方法，實驗

17、者自行計算分配子網(wǎng)的IP地址和子網(wǎng)掩碼給A、B、C、D、E計算機。例如：A計算機的IP地址為，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.192，網(wǎng)關不變（使用默認的設置值）。其他計算機的IP地址可以設置為192.168.1.71、192.168.1.135等。（3）使用網(wǎng)絡連通測試程序“ping”命令測試主機、路由器與網(wǎng)絡上其他計算機的連通性。注意會發(fā)現(xiàn)什么問題？記錄連通性結果。3）設置網(wǎng)關的IP地址（1）參照實驗4配置主機的方法，配置兩個子網(wǎng)主機的網(wǎng)關IP地址分別是“192.168.1.65”和“192.168.1.129”，分別對A、B、C、D、E計算機再次配置TCP/IP，但不需要修改IP地址和

18、子網(wǎng)掩碼?！癐nternet協(xié)議（TCP/IP）屬性”對話框中，在“默認網(wǎng)關”文本框中輸入網(wǎng)關IP地址（要注意，兩個子網(wǎng)中的計算機使用的網(wǎng)關是不同的）。（2）使用網(wǎng)絡連通測試程序“ping”命令測試主機、路由器與網(wǎng)絡上其他計算機的連通性。注意會發(fā)現(xiàn)什么問題？記錄連通性結果。4）測試子網(wǎng)間的連通性和數(shù)據(jù)交換（1）網(wǎng)絡連通測試程序“ping”實驗提供了測試網(wǎng)絡連通性的方法，但在設置了網(wǎng)關IP地址后，對網(wǎng)絡連通性測試內(nèi)容又增加了一項，也就是說，測試了與本機回路地址、本機IP地址和其他主機IP地址的連通性后，還要測試當前計算機能否連接到本地網(wǎng)的網(wǎng)關（實質是路由器）上，即測試與網(wǎng)關IP地址之間連通，即“

19、ping 192.168.1.65”和“ping 192.168.1.129”，若能連通，說明本機所處的網(wǎng)絡環(huán)境良好。若與另一個子網(wǎng)上的某臺主機也能連通，則表明兩個子網(wǎng)之間可以進行通信。（2）除了使用“ping”命令測試網(wǎng)絡鏈路的連通外，還有一個很重要的應用程序“tracert”，它也被稱為路由跟蹤程序。通過tracert，可以了解到數(shù)據(jù)包從源主機到達目的主機的過程，在中間鏈路上所經(jīng)過的路由器的名稱和數(shù)量。注意：在Cisco Packet Tracer模擬器環(huán)境下，對PC機用tracert命令，而對路由器用traceroute命令。（3）具體使用tracert時，可以在PC的“命令提示符”窗口下，輸入“tracert X”，其中X代表目的主機的IP地址。按回車鍵后，就可以查看相關的信息。在本實驗中，可以進行下面兩種情況的測試。A）使用同一子網(wǎng)上的計算機進行測試。使用“tracert X”，X為同一子網(wǎng)上的某臺計算機的IP地址，如“tracert 192.168.1.70”或“tracert 192.168.1.135”命令。B）使用不同子網(wǎng)上的計算機進行測試。使用“tracet X”，X為另一個子網(wǎng)上的某臺計算機的IP地址。例