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IP地址规划、子网划分、网络拓扑结构引入：通过介绍学校实际情况，同时由于不同的科室所使用的设备较少，引入IP地址规划的必要性，进而引入子网划分概念。新授：1.IP地址相关知识及其规划1.1IP地址相关知识现在的IP网络使用32位地址，以点分十进制表示，如172.16.0.0。地址格式为：IP地址=网络地址＋主机地址或IP地址=主机地址＋子网地址＋主机地址。最初设计互联网络时，为了便于寻址以及层次化构造网络，每个IP地址包括两个标识码（ID），即网络ID和主机ID。同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络ID，网络上的一个主机（包括网络上工作站，服务器和路由器等）有一个主机ID与其对应。IP地址根据网络ID的不同分为5种类型，A类地址、B类地址、C类地址、D类地址和E类地址。A类IP地址一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”，地址范围从1.0.0.0到126.0.0.0。可用的A类网络有126个，每个网络能容纳1亿多个主机。B类IP地址一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，地址范围从128.0.0.0到191.255.255.255。可用的B类网络有16382个，每个网络能容纳6万多个主机。C类IP地址一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。范围从192.0.0.0到223.255.255.255。C类网络可达209万余个，每个网络能容纳254个主机。D类地址用于多点广播（Multicast）。D类IP地址第一个字节以“lll0”开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播（Multicast）中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。5．E类IP地址以“llll0”开始，为将来使用保留。全零（“0．0．0．0”）地址对应于当前主机。全“1”的IP地址（“255．255．255．255”）是当前子网的广播地址。在IP地址3种主要类型里，各保留了3个区域作为私有地址，其地址范围如下：A类地址：10.0.0.0～10.255.255.255B类地址：172.16.0.0～172.31.255.255C类地址：192.168.0.0～192.168.255.255A类地址A类地址的表示范围为：0.0.0.0~126.255.255.255，默认网络掩码为：255.0.0.0；A类地址分配给规模特别大的网络使用。A类网络用第一组数字表示网络本身的地址，后面三组数字作为连接于网络上的主机的地址。分配给具有大量主机（直接个人用户）而局域网络个数较少的大型网络。例如IBM公司的网络。B类地址B类地址的表示范围为：128.0.0.0~191.255.255.255，默认网络掩码为：255.255.0.0；B类地址分配给一般的中型网络。B类网络用第一、二组数字表示网络的地址，后面两组数字代表网络上的主机地址。C类地址C类地址的表示范围为：192.0.0.0~223.255.255.255，默认网络掩码为：255.255.255.0；C类地址分配给小型网络，如一般的局域网和校园网，它可连接的主机数量是最少的，采用把所属的用户分为若干的网段进行管理。C类网络用前三组数字表示网络的地址，最后一组数字作为网络上的主机地址。实际上，还存在着D类地址和E类地址。但这两类地址用途比较特殊，在这里只是简单介绍一下：D类地址称为广播地址，供特殊协议向选定的节点发送信息时用。E类地址保留给将来使用。1.2IP地址规划1.2.1规划原则：唯一性：一个IP网络中不能有两个主机采用相同的IP地址。即使使用了支持地址重叠的MPLS/VPN技术，也尽量不要规划为相同的地址。连续性：连续地址在层次结构网络中易于进行路径叠合，大大缩减路由表，提高路由算法的效率。扩展性：地址分配在每一层次上都要留有余量，在网络规模扩展时能保证地址叠合所需的连续性。实意性：“望址生义”，好的IP地址规划使每个地址具有实际含义，看到一个地址就可以大至判断出该地址所属的设备。这是IP地址规划中最具技巧型和艺术性的部分。最完美的方式是得出一个IP地址公式，以及一些参数及系数，通过计算得出每一个需要用到的IP地址。1.2.2规划实例1.如甲地某台客户机位于3楼的30号房间，其IP地址设为196.1.3.30。选用这种方式，有两点需要注意：一是当房间号大于255时，主机标识不能直接引用，应再考虑其他对应关系。二是客户机的IP地址不具有连续性，因为有些房间可能无客户机，而另一些房间可能有不只一台客户机，为方便今后新的客户机IP地址的分配，应做好现有客户机IP地址的整理记录工作。2.某学院采用C类私有地址来规划某楼栋IP地址，楼栋分为五层，每层预计使用200台设备，那么如何合理规划本楼栋IP地址？（综合考虑：唯一性，连续性，扩展性，实意性）2子网划分2.1子网划分基础知识子网划分定义：Internet组织机构定义了五种IP地址，有A、B、C三类地址。A类网络有126个，每个A类网络可能有16777214台主机，它们处于同一广播域。而在同一广播域中有这么多结点是不可能的，网络会因为广播通信而饱和，结果造成16777214个地址大部分没有分配出去。可以把基于每类的IP网络进一步分成更小的网络，每个子网由路由器界定并分配一个新的子网网络地址,子网地址是借用基于每类的网络地址的主机部分创建的。划分子网后，通过使用掩码，把子网隐藏起来，使得从外部看网络没有变化，这就是子网掩码。RFC950定义了子网掩码的使用，子网掩码是一个32位的2进制数，其对应网络地址的所有位置都为1，对应于主机地址的所有位置都为0。由此可知，A类网络的默认子网掩码是255.0.0.0，B类网络的默认子网掩码是255.255.0.0，C类网络的默认子网掩码是255.255.255.0。将子网掩码和IP地址按位进行逻辑“与”运算，得到IP地址的网络地址，剩下的部分就是主机地址，从而区分出任意IP地址中的网络地址和主机地址。子网掩码常用点分十进制表示，我们还可以用CIDR的网络前缀法表示掩码，即“/网络地址位数；”。如138.96.0.0/16表示B类网络138.96.0.0的子网掩码为255.255.0.0。例如，有两台主机，主机一的IP地址为222.21.160.6，子网掩码为255.255.255.192，主机二的IP地址为222.21.160.73，子网掩码为255.255.255.192。现在主机一要给主机二发送数据，先要判断两个主机是否在同一网段。主机一222.21.160.6即：11011110.00010101.10100000.00000110255.255.255.192即：11111111.11111111.11111111.11000000按位逻辑与运算结果为：11011110.00010101.10100000.00000000十进制形式为（网络地址）：222.21.160.0主机二222.21.160.73即：11011110.00010101.10100000.01001001255.255.255.192即：11111111.11111111.11111111.11000000按位逻辑与运算结果为：11011110.00010101.10100000.01000000十进制形式为（网络地址）：222.21.160.64两个结果不同，也就是说，两台主机不在同一网络，数据需先发送给默认网关，然后再发送给主机二所在网络。2.2子网划分的目的1.节约IP地址，避免浪费。2.限定广播的传播。3.保证网络的安全。具体实例C类地址例子：网络地址192.168.10.0;子网掩码255.255.255.192(/26）1.子网数=2*2=4(ipsubnetzero命令启用）2.主机数=2的6次方-2=623.有效子网:blocksize=256-192=64；所以第一个子网为192.168.10.0，第二个为192.168.10.64，第三个为192.168.10.128，第四个为192.168.10.192。4.广播地址：下个子网-1.所以第一和第二个子网的广播地址分别是192.168.10.63和192.168.10.1275.有效主机范围是：第一个子网的主机地址是192.168.10.1到192.168.10.62；第二个是192.168.10.65到192.168.10.1262.3VLSM可变长子网掩码(VLSM）的作用：节约IP地址空间；减少路由表大小.使用VLSM时，所采用的路由协议必须能够支持它，这些路由协议包括RIPv2,OSPF,EIGRP和BGP。以后将在路由协议选择时介绍。3网络拓扑结构网络拓扑是网络形状，或者是它在物理上的连通性。构成网络的拓扑结构有很多种。网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，就是用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接，它的结构主要有星型结构、环型结构、总线结构、分布式结构、树型结构、网状结构、蜂窝状结构等。3.1星型结构星型结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话属于这种结构。目前一般网络环境都被设计成星型拓朴结构。星型网是目前广泛而又首选使用的网络拓朴设计之一。星型结构是指各工作站以星型方式连接成网。网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。3.2环形结构环型结构在LAN中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户，直到将所有的端用户连成环型。数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。这种结构显而易见消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。环行结构的特点是：每个端用户都与两个相临的端用户相连，因而存在着点到点链路，但总是以单向方式操作，于是便有上游端用户和下游端用户之称；信息流在网中是沿着固定方向流动的，两个节点仅有一条道路，故简化了路径选择的控制；环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单；由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影响信息传输速率，使网络的响应时间延长；环路是封闭的，不便于扩充；可靠性低，一个节点故障，将会造成全网瘫痪；维护难，对分支节点故障定位较难。3.3总线型网络总线上传输信息通常多以基带形式串行传递，每个节点上的网络接口板硬件均具有收、发功能，接收器负责接收总线上的串行信息并转换成并行信息送到PC工作站；发送器是将并行信息转换成串行信息后广播发送到总线上，总线上发送信息的目的地址与某节点的接口地址相符合时，该节点的接收器便接收信息。由于各个节点之间通过电缆直接连接，所以总线型拓扑结构中所需要的电缆长度是最小的，但总线只有一定的负载能力，因此总线长度又有一定限制，一条总线只能连接一定数量的节点。在总线两端连接有端结器(或终端匹配器)，主要与总线进行阻抗匹配，最大限度吸收传送端部的能量，避免信号反射回总线产生不必要的干扰。3.4网状型网络网状拓扑结构主要指各节点通过传输线互联连接起来,并且每一个节点至少与其他两个节点相连.网状拓扑结构具有较高的可靠性,但其结构复杂,实现起来费用较高,不易管理和维护,不常用于局域网!将多个子网或多个网络连接起来构成网状拓扑结构。在一个子网中,集线器、中继器将多个设备连接起来，而桥接器、路由器及网关则将子网连接起来。根据组网硬件不同,主要有三种网状拓扑：网状网：在一个大的区域内，用无线电通信链路连接一个大型网络时，网状网是最好的拓扑结构。通过路由器与路由器相连，可让网络选择一条最快的路径传送数据,如图5-4所示。主干网：通过桥接器与路由器把不同的子网或LAN连接起来形成单个总线或环型拓扑结构，这种网通常采用光纤做主干线。星状相连网：利用一些叫做超级集线器的设备将网络连接起来，由于星型结构的特点，网络