实验2子网划分设计实验指导书.docx

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实验2子网划分设计实验指导书

湖南科技学院计算机与信息科学系

实验指导书

实验名称：

子网划分与设计

实验课程：

计算机网络

实验类别：

设计性

主讲教师：

张彬

实验室：

创新网络实验室

20"年3月

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.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5组，每组8台双网卡PC机，4台路由器，2台二层交换机，2台三层交换机

三、实验原理

随着互连网应用的不断扩大，原先的IPv4的弊端也逐渐暴露出来，即网络号占位太多，

而主机号位太少，所以其能提供的主机地址也越来越稀缺，目前除了使用NAT在企业内部

利用保留地址自行分配以外，通常都对一个高类别的IP地址进行再划分，以形成多个子网，

提供给不同规模的用户群使用。

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。

1X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

A,B,C三类最为常用:

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类0—1270

8位24位

B类128-191

1016位16

位

C类192—223

11024位8位

D类224-239

1110组播地址

E类240-255

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

没有

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,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

基础实验1:

1）两人一组，设置两台主机的IP地址与子网掩码：

A:

10.2.2.210.2.3.3）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上分另U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（1022.0），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2.

1）将A的子网掩码改为：

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将目标设备的掩码0相

IP地址（

“与“得,和自己不在同

10.2.3.3）和自己的子网

一网段（A所在网段为：

）

则A必须将该IP分组首先发向缺省网关。

基础实验3

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将目标设备的掩码0相

IP地址（

”与”，发现目标主机与

10.2.2.2）和自己的子网

自己均位于同一网段（）

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”。

ARP的请求与响应

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

表中。

四、设计实验要求：

—个小的公司中，目前有5个部门a至e,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，然后cio分配了一个

总的网段192.给你，作为admin,你的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，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00000000,0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*-2二hosts2An-2=30

n代表掩码中0的个数，5个零则意味着二进制掩码为，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：

;

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

1与0的结果均为0o

已知：

当前的ip地址的最后一位是0,二进制表示为00000000；而我们已经算出的掩码的

最后一位是224,二进制表示为。

下面让我们来做一个与运算。

要注意，由于掩码的后五位为0,那么ip地址只有前三位参加运算，而后五位仅仅列出，不参加运算。

（1）

00000000

（十进制：

0）

（十进制：

32）

这样就得到了a部门的网络id为，依此类推,，根据主机数最多为30个的原则，b部门为，

c部门为等等。

第二步，确定a部门的地址范围。

如果a部门的网络id从32开始、并且主机数为30的时候，似乎b部门的id应

该是从62开始才对，为什么b部门的1d为64呢这是因为，根据局域网规范，网络中必

须要有两个保留地址作为网络专用，一个叫网络回环地址，代表网络本身，其地址全为0;

一个叫广播地址，专用于主机进行数据广播。

其地址全为1,这两个地址是不得被主机占用

或分配的，在本例中，a部门网络地址全为。

时（只是后面5位！

），二进制表示为00100000c

学生通过该实验的训练，可以掌握子网划分的方法和子网掩码的设置的方法，从而具有根据实际的网络需求设计合理的子网划分方案的能力，用很强的实用价值。