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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:10.2.2.2255.255.254.0B:10.2.3.3255.255.254.02）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pingB，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41）按照实验2的配置，接着在B上pingA，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=5n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。首发网络转载请保留出处，传统媒体与本站联系。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=2525-2=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=192.168.10.3211000000101010000000101001000000=192.168.10.6411000000101010000000101001100000=192.168.10.9611000000101010000000101010000000=192.168.10.12811000000101010000000101010100000=192.168.10.16011000000101010000000101011000000=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