05计算机网络基础_子网规划与划分

电子工业出版社计算机网络基础计算机网络基础第五章子网规划与划分5.1任务描述现在学校拟对教学用网络实验室进行改建，本实验室有台式PC42台，教师PC1台，在对网络基础设备升级换代后，要求如下：（1）将实验室学生用PC划分为7小组，每小组5台PC。（2）各小组之间不能连通，但需与教师机相连。（3）教师用PC单独用一个网段。（4）本实验室规划使用一个C类网络地址202.202.1.0/24。计算机网络基础5.2设计与实施5.2.1IP子网划分根据本案例功能需求分析得知，在只有一个C类IP地址段的情况下，要完成计算机的分组，可运用划分子网的方式来实现。一般地，IP地址由网络号（NetWorkID）和主机号（HostID）两个部分组成，网络号用来标志一个特定网络，而主机号则用来表示该网络中主机的一个特定连接，可以通过修改子网掩码来实现IP子网的划分，从而实现功能。计算机网络基础1.分析网络需求分析上述网络需求可知，学生用PC需7个子网，另教师用PC需1个子网，所以共计需要划分为8个子网；每个子网最低要求容纳5台PC，共需5个可用IP地址；C类网络地址可用的IP地址总数为254个，所以使用202.202.1.0/24网络完全满足网络编址需求。计算机网络基础2.设计IP编址方案针对本案例，共需8个子网，每个子网中最少需要拥有5个可用IP地址，根据公式2n=8→n=3，从而确定需要借用的主机ID位的位数为3位。因所剩的主机位数是5位，所以每个子网中最多可有25-2=30个可用IP地址，完全满足每个子网最低6个可用IP地址的要求。计算机网络基础2.设计IP编址方案本案例中所规划的网络地址为一个C类地址202.202.1.0，默认掩码为C类地址的标准掩码255.255.255.0，根据需求及计算结果，需向默认的C类子网掩码中加入3位1（掩码中表示网络ID的1的位数必须连续），其子网掩码的二进制表示为11111111.11111111.11111111.11100000，即转换为十进制为255.255.255.224。具体子网划分及有效IP地址范围计算过程如下。计算机网络基础2.设计IP编址方案（1）202.202.1.0/24→202.202.1.0netmask255.255.255.0。（2）向主机位借用3位成为子网掩码，其变化范围为：000，001，010，011，100，101，110，111，而主机位为全0，其表示为如下：00000000→0，00100000→32，01000000→64，01100000→96，10000000→128，10100000→160，11000000→192，11100000→224。（3）具体的子网网络ID及对应的实际可用IP地址范围划分如下：202.202.1.0/27，→202.202.1.1～202.202.1.30202.202.1.32/27，→202.202.1.33～202.202.1.62202.202.1.64/27，→202.202.1.65～202.202.1.94202.202.1.96/27，→202.202.1.97～202.202.1.126202.202.1.128/27，→202.202.1.129～202.202.1.158202.202.1.160/27，→202.202.1.161～202.202.1.190202.202.1.192/27，→202.202.1.193～202.202.1.222202.202.1.224/27，→202.202.1.225～202.202.1.254以上IP地址的子网掩码均为27位，即255.255.255.224。计算机网络基础5.2.2配置VLAN根据需求分析及子网规划设计，使用2个交换机，由于每小组只有5台PC，所以设计如图5-1所示的网络拓扑结构，并且启用交换机F0/24接口的Trunk模式。图5-1网络拓扑结构图计算机网络基础其配置过程如下（使用模拟器完成）：Switch0SwitchenableSwitch#configureterminalSwitch(config)#vlan2Switch(config-vlan)#exitSwitch(config)#vlan3Switch(config-vlan)#exitSwitch(config)#vlan4Switch(config-vlan)#exitSwitch(config)#interfacerangef0/1-6Switch(config-if-range)#switchportaccessvlan2Switch(config-if-range)#exitSwitch(config)#interfacerangef0/7-12Switch(config-if-range)#switchportaccessvlan3Switch(config-if-range)#exitSwitch(config)#interfacerangef0/13-18Switch(config-if-range)#switchportaccessvlan4Switch(config-if-range)#exitSwitch(config)#intf0/24Switch(config-if)#switchportmodetrunk计算机网络基础Switch1SwitchenableSwitch#configureterminalSwitch(config)#vlan5Switch(config-vlan)#exitSwitch(config)#vlan6Switch(config-vlan)#exitSwitch(config)#vlan7Switch(config-vlan)#exitSwitch(config)#vlan8Switch(config-vlan)#exitSwitch(config)#interfacerangef0/1-6Switch(config-if-range)#switchportaccessvlan5Switch(config-if-range)#exitSwitch(config)#interfacerangef0/7-12Switch(config-if-range)#switchportaccessvlan6Switch(config-if-range)#exitSwitch(config)#interfacerangef0/13-18Switch(config-if-range)#switchportaccessvlan7Switch(config-if-range)#exitSwitch(config)#interfacerangef0/19-23Switch(config-if-range)#switchportaccessvlan8Switch(config-if-range)#exitSwitch(config)#intf0/24Switch(config-if)#switchportmodetrunk计算机网络基础5.3相关知识5.3.1TCP/IP体系结构图5-2TCP/IP协议层次计算机网络基础应用层——此层为最高层，提供了若干应用程序供用户调用。应用程序利用传输层服务，发送或接收数据。数据形式可以是一串报文，也可看成是一种字节流。传输层——该层的根本任务是提供可靠的端到端通信。该层保证传输可靠、不乱序，并进行流控。为此，接收就具有确认和请求重发功能。传输层把数据分成报文分组，传给下一层。网络互联层——本层把TCP交来的报文分组封装成IP数据报，加上IP报头，使用路由算法，确定是把此数据报直接送交到主机还是发给下一个网关。该层把数据报交给网络接口层发送出去。网络接口层——该层是互联网络软件的最低层。它负责接收从IP发来的数据报，并把该数据报送到指定的网络上。这一层直接面向不同的通信子网。上面TCP/IP协议模型中，网络接口层直接面向不同的网络，例如LAN。但在Internet应用中，大量个人用户，不是经过LAN，而是通过串行线路直接连到Internet服务提供者的路由器上入网的，因此需要点到数据链路层协议。在Internet上这两个协议是SLIP和PPP，一般称为PPP/SLIP协议。计算机网络基础IPv6是InternetProtocolVersion6的缩写，也被称为下一代网际协议。它是由Internet工程任务组（InternetEngineeringaskForce，IETF）设计的，用来替代现行的IPv4的一种新的IP。Internet中的主机都有一个唯一的IP地址，现有的IP地址用一个32位的二进制数表示一个主机号码，可以支持32位的地址长度，所能分配的地址数目大致相当于4294967296，即232。IPv6对地址分配系统进行了改进，支持128位的地址长度，在性能和安全性上有所增强。5.3.2下一代IP协议计算机网络基础1．lPv6的特点①简化的报头和灵活的扩展。②层次化的地址结构。③即插即用的连网方式。④网络层的认证与加密。⑤服务质量的满足。⑥对移动通信更好的支持。计算机网络基础IPv6数据报的一般格式如图5-3所示。2．lPv6的数据报格式图5-3IPv6数据报的一般格式计算机网络基础IPv6数据报包括首部和数据两部分，首部又包括基本首部和扩展首部，扩展首部是选项。扩展首部和数据合起来称为有效载荷。图5-4IPv6数据报首部格式2．lPv6的数据报格式计算机网络基础（1）IPv6基本首部。IPv6基本首部共40byte，各字段的作用如下。版本：占4bit，指明协议的版本。对于IPv6该字段为6。通信量类：占8bit，用于区分IPv6数据报不同的类型或优先级。流标号：占20bit，IPv6支持资源分配的一个新的机制。“流”是互连网络上从特定源点到特定终点的一系列数据报，“流”所经过路径上的路由器要保证要求的服务质量。所有属于同一个“流”的数据报都具有同样的流标号。有效负荷长度：占16bit，指明IPv6数据报除基本首部以外的字节数，最大值为64KB。下一个首部：占8bit。无扩展首部时，此字段同IPv4的报头中的协议字段：有扩展首部时，此字段指出后面第一个扩展首部的类型。跳数限制：用来防止数据报在网络中无限期地存在。源地址：占128bit，为数据报的发送端的IP地址。目的地址：占128bit，为数据报的接收端的IP地址。2．lPv6的数据报格式计算机网络基础（2）IPv6扩展首部。IPv6定义了6种扩展首部。逐跳选项：用于携带选项信息，数据报所经过的所有路由器都必须处理这些选项信息。路由选择：类似于IPv4中的源路由选项，是源站用来指明数据报在路由过程中必须经过哪些路由器。分片：是当源站发送长度超过路径最大传输单元（MTU）的数据报时进行分片用的扩展首部。IPv6规定分片必须由源站来完成，路径途中的路由器不允许进行分片。鉴别：用于对IPv6数据报基本首部、扩展首部和数据净荷的某些部分进行加密。封装安全有效载荷：指明剩余的数据净荷已加密，并为已获得授权的目的站提供足够的解密信息。目的站选项：用于携带只需要目的站处理的选项信息。2．lPv6的数据报格式计算机网络基础（1）128bit的地址空间。IPv6允许3种类型的地址：单投点：标识单个接口。发送给单投点地址的分组被投递给用哪个地址标识的接口。任意投点：标识一组接口（属于不同的节点）。发送给任意投点地址的分组被投递给以那个地址标识的所有接口中的一个接口（根据路由协议测量的距离最近的一个）。多投点：标识一组接口（属于不同的节点）。发送给多投点地址的分组被投递给用那个地址标识的所有接口。IPv6使用冒号十六进制记法，例如68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFF。规定：在任一地址中只能使用一次零压缩。冒号十六进制记法可以结合点分十进制记法的后缀，例如0:0:0:0:0:0:128:10:2:1可写