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2011年3月、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－ 127 0B 类 128－ 191C 类 192－ 2238位 24位10 16 位 16 位110 24 位 8 位D 类 224－ 2391110 组播地址E类240 — 255 1111 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I P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: 10.2.2.2 10.2.3.3 ）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（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 IP 地址（ 10.2.3.3）和自己的子网掩码（）相 "与"得，和自己不在同 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 31 ）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 IP 地址（ 10.2.2.2）和自己的子网掩码（）相 "与"，发现目标主机与 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Echo Request报文。
但由于 A不能向B正确地发回Echo Reply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表中四、设计实验要求：一个小的公司中，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2 0台，c部门3 0台，d部门15台，e部门2 0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：25-2=hosts 2A n-2=30 n=5n 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 2 24 ．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；0 与 0 、0 与 1、1 与 0 的结果均为 0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⑴0 0 0 0 0 0 0 0110000000000000（十进制：0）⑵00100000与1110000000100000（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3 2开始、并且主机数为3 0的时候，似乎b部门的id应该是从6 2开始才对， 为什么b部门的id为6 4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0时 （只是后面5位！），二进制表示为OO1OOOOO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。