计算机⽹络实验IP⽹络规划与路由设计
(这是头歌平台上的⼀个计⽹实验，我懒得删改内容了，直接把实验报告上传上来了。⼤家可以跳到⽂章内⾃⼰想看的位置去看）
⽂章⽬录
实验⽬的
1. 区别节点.⽹段、⼴播三种类型IP地址
2. 掌握IP⼦⽹掩码的两种表⽰⽅法
3. 明确IP⽹关含义
4. 掌握IP⼦⽹划分、⽹络规划的基本⽅法
5. 熟悉组⽹仿真⼯具GNS3使⽤⽅法
6. 学会使⽤路由器的基本配置命令
7. 深⼊理解路由表基本结构、路由过程
8. 学会静态路由、默认路由配置基本操作
9. 掌握路由分析、⽹络连通故障定位的⽅法
实验环境
1. 头歌基于Linux的虚拟机桌⾯系统
2. 组⽹仿真⼯具GNS3
3. 浏览器firefox
4. 路由跟踪命令traceroute(在Windows平台是tracert)
相关原理或知识点
1. IP⼦⽹掩码的两种表⽰⽅法
32位IP⼦⽹掩码，特点是从⾼位开始连续都是1，后⾯是连续的0，它有以下两种表⽰⽅法：
（1）传统表⽰法，如：255.255.255.0
（2）IP前缀（长度），如：24，表⽰IP地址的前24位是⽹络位。
2. 节点、⽹段、⼴播三种类型IP地址
在IP⽹络中，每个通信节点、IP⽹段、⼴播地址都需要⽤“IP/⼦⽹掩码”来表⽰，并且它们的特征是截然不同的，千万不要弄错。3. IP⼦⽹
每个IP⼦⽹（⽹段），都对应⼀个连续的IP地址块（空间），并且这个地址块的起始地址和长度⼀定是2的幂数。 例如：⼦⽹
172.16.0.0/24，对应的地址块的起始地址（最⼩）是该⼦⽹的⽹络地址； 对应的地址块的结束地址（最⼤）是该⼦⽹的⼴播地址；
其余的IP地址属于节点地址，⼀共有2的8次幂-2=256-2=254个。
4. 路由表的基本结构
构成路由表的表项称之为路由项。典型的路由表实例如下：
表3.1    典型路由表
⽬标IP/⽬标掩码协议优先级开销下⼀跳本地出⼝
8.0.0.0/8RIP1003130.0.0.2Serial1/0
9.0.0.0/8OSPF1050123.0.3.21Serial1/1
9.1.0.0/16RIP1004203.9.0.2Ethernet0/0
9.1.15.0/24Static600172.0.31.2Ethernet0/1
20.0.0.0/24Direct00FastEthernet0/0
3.3.3.2/32Static10192.1.1.2LoopBack0
0.0.0.0/0Static1010.0.1.2GigabitEthernet0
5、路由表的作⽤
⽹络中每台路由器都⽤到了2个或2个以上的⽹络接⼝进⾏⽹络互连，这⾥每个接⼝称之为路由接⼝。每个路由接⼝必须设有⼀个IP地址，如果该接⼝所在IP⽹段还有其它⽤户主机或服务器，该接⼝就是它们的IP⽹关。 路由表的主要作⽤是⽤于路由，路由是路由器若⼲功能中⼀个最基本的功能。当有⼀
个报⽂从外部进⼊路由器后，路由器先判别它是过路报⽂，还是专门发给⾃⼰的报⽂，如果是过路报⽂，就要进⾏路由处理。
6、路由表的静态配置
添加⼀条静态路由操作命令：ip route ⽬标IP ⽬标掩码下⼀跳IP
删除⼀条静态路由操作命令：no ip route ⽬标IP ⽬标掩码下⼀跳IP
7、默认路由及其配置
路由表中，⽬标IP/⽬标掩码是0/0的路由项。称之为默认路由项。
如果路由表中含有⼀个默认路由项，理论上任何IP地址跟它都是匹配的。
⽬标0/0含义：当前路由器中登记的所有的⾮0/0⽬标都是已知的，相对于整个⽹络，其它未登记的都是未知⽬标，它们可以统⼀⽤0/0表⽰。
默认路由项最⼤优势：可以表达批量⽬标，提⾼了配置⼯作的效率，但是必须要确保它们有共同的下⼀跳，否则⽹络永远⽆法实现完全互通。
默认路由配置举例：ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 10.10.10.10
实验任务
1. IP地址⼦⽹规划并分配好IP地址后填写对应表格
2. 根据IP地址分配表配置PC端和路由各接⼝的IP地址
3. 配置PC端和路由端之间、路由端和路由端之间的静态路由，查看配置⽂件并分析
4. 为末梢路由器配置默认路由，进⾏⽹络连通测试和路由跟踪测试
IP⽹络规划
IP⼦⽹地址规划采⽤的⼦⽹划分的⽅式。
表5.1    IP⼦⽹地址规划
⽹段序号IP地址⼦⽹掩码所需IP数⽹段类型⽹关IP图中成员节点
1192.168.1.024230⽤户192.168.1.254PC1、R1接⼝F0/0
2192.168.2.252302互连⽆R1接⼝F0/1、R2接⼝F0/0
3192.168.3.252302互连⽆R2接⼝F0/1、R3接⼝F0/0
4192.168.4.12825100⽤户192.168.4.129R3接⼝F0/1、PC2
⽹段序号IP地址⼦⽹掩码所需IP数⽹段类型⽹关IP图中成员节点5192.168.5.252302互连⽆R2接⼝F1/0、R4接⼝F0/0
6192.168.6.1922660⽤户192.168.6.193R4接⼝F0/1、PC3
⾸先要划分不同的⽹段，第⼀步就是要设置不同的⽹络标识。既然要设置不同的⽹络标识，⾸先就要了解⽹络标识怎么计算和判定。
⽹络标识作为⽹段的划分依据，不同⽹段的⽹络标识⼀定是不⼀样的，⽽⽹络标识是通过IP和⼦⽹掩码皆化为⼆进制后，每⼀位进⾏与运算，得到的结果就是⽹络标识。
拿192.168.1.20/24举例：
IP：11000000.10101000.00000001.00010100
⼦⽹掩码：11111111.11111111.11111111.00000000
得出AND结果：11000000.10101000.00000001.00000000 == 192.168.1.0
⽽A、B、C三类IP的⽹络标识算法是有差异的，如下所述
A类：只算第⼀段
B类：只算第⼀、⼆段
C类：算第⼀、⼆、三段
因为此次实验采⽤的是C类IP，所以192.168.1.0是192.168.1.20/24的⽹络标识，也表明IP-192.168.1.20在192.168.1.0⽹段内。
但是！上⾯的的⽹段判定⽅法只适⽤于未进⾏⼦⽹划分的情况，进⾏⼦⽹划分后的⽹络标识计算结果和⽹段判定就不⼀样了！
⼦⽹划分
谈到了⼦⽹划分就先说⼦⽹划分，怎么不⼀样会在⼦⽹划分的分析中解答。
⼦⽹划分是为了划分不同的⽹段，⽽不同的⽹段意味着不同的⽹络标识，前⾯举的例⼦表达的很清楚了，⽹络标识是通过IP和⼦⽹掩码的与运算所得的。⽽与1进⾏与运算得到的永远是本⾝，与0进⾏与运算得到的不⼀定是本⾝，这就表明⼦⽹掩码有着决定⽹络标识结果的能⼒。
route add命令实例为什么这么说呢，⼤家注意，IP是由⽹络地址和主机地址组成的。⽹段划分划分的是IP的⽹络地址，⽹络地址的不同表达出不同的⽹段，后⾯的剩余位表达的就是主机地址。所以⽹段和主机地址是1对N的关系。
⽐如192.168.1.0⽹段，前三段是⽹络地址，后⼀段是主机地址。在192.168.1.0这个⽹段内能表达的主机IP范围就是
192.168.1.1~192.168.1.254(主机位全0和全1扣除)，这就是1对N。
主机位全0表⽰本⽹络，全1留作⼴播地址，所以在保留两位主机位的条件下，排除全0和全1。
在⼀个⽹段内⽹段是不变的，变的只是主机位，这和“与1进⾏与运算得到的永远是本⾝，与0进⾏与运算得到的不⼀定是本⾝”这句话是不是很契合？⼦⽹掩码是1的部分和IP进⾏与运算得到的结果是不变的，所以可以通过⼦⽹掩码1的位数来决定⽹络地址的位数，进⽽决定了⽹段。现在知道了⼦⽹掩码有着决定⽹段的能⼒。那么上⽂红字部分所提到的“进⾏⼦⽹划分后的⽹络标识计算结果和⽹段判定就不
⼀样了”的问题就有答案了——⼦⽹掩码的1的位数能决定与运算得到的⽹络标识结果有多少位是不变的，即决定⽹络地址位数，即决定⽹段。
那么根据⼦⽹数⽬的需求或者是主机数的需求⽽进⾏⼦⽹划分后，就不能只是单纯的⽤与运算结果的前⼏段进⾏⽹段的判定，⽽是根据⼦⽹掩码为1的位数来决定与运算结果的前多少位是⽤来判定⽹段。
其实⼀直都是根据⼦⽹掩码1的位数，根据前⼏段判断只是不同类型IP的默认值。
那就那么接下来继续分析⼦⽹划分。
⼦⽹划分可以根据⼦⽹数划分和主机数划分。本实验中题⽬只要求了所需IP数，即通过主机数划分。
拿第四个⽹段举进⾏实例分析，第四个⽹段所需IP数是100，因为 2^6 < 100 <2^7 ，所以需要主机位数为7，因为主机位数7能表达2^7-2个IP(主机位全0和全1扣除)。
主机数需要7位可以得知IP的⽹络位是32-7=25位，则⼦⽹掩码的前25个位数为1，即⼦⽹掩码为255.255.255.128，表格内的⼦⽹掩码就填写25，
⽹段IP可以填192.168.4.0或者192.168.4.128。两者表达的范围分别是192.168.4.1192.168.4.254。范围都满⾜分配100个IP。当IP第四段的第⼀位为1时，IP和⼦⽹掩码与运算的结果为192.168.4.128，即
进⼊了192.168.4.128这个⽹段，所以192.168.4.0的⽹段最多就能表⽰128个IP。⾄于为什么第三段是4，只是因为从1递加到4⽽已。
表5.2    IP地址分配表
序号节点名称IP地址/⼦⽹掩码⽹关IP 1PC1192.168.1.1/24192.168.1.254
2R1接⼝F0/0192.168.1.254/24⽆3R1接⼝F0/1192.168.2.253/30⽆4R2接⼝F0/0192.168.2.254/30⽆5R2接⼝F0/1192.168.3.253/30⽆6R3接⼝F0/0192.168.3.254/30⽆7R3接⼝F0/1
192.168.4.129/25⽆
8PC2192.168.4.254/25192.168.4.129
9R2接⼝F1/0192.168.5.253/30⽆10R4接⼝F0/0192.168.5.254/30⽆11R4接⼝F0/1
192.168.6.193/26⽆
12
PC3
192.168.6.254/26
192.168.6.193
分配结点的IP和⼦⽹掩码时，同⼀⽹段内的两结点所分配的IP在⽹段内即可，不分⼤⼩先后，别相等就⾏。⽹关IP选择
⽹关IP的填写前⾸先要明确⽹关位置处于哪个⽹段，在下图中可以看到三台PC机的节点（e0）分别和R1接⼝F0/0，R3接⼝F0/1、R4接⼝F0/1处于同⼀⽹段，⽹关IP的选择⼀定是在同⼀⽹段上选择的，所以PC2和PC3的⽹关IP选择分别是192.168.4.x和192.168.6.x，最后⼀段数字的选择只要在⽹段范围内就可以，⽐如PC2的选择范围就是192.168.4.129192.168.4.254
。
默认⽹关地址是主机位除最后⼀位全置1后得到的，根据⽹络前缀24可知前24位为⽹络位，后8位为主机位。⽐如IP地址/⼦⽹掩码为192.168.4.129/25的节点的默认⽹关就是IP地址192.168.4.11111110（加粗的数字部分为主机位），换算成⼗进制数即192.168.4.254/25
但凡是跟IP地址格式⼀样的都要加⽹络前缀，跟⼦⽹掩码格式⼀样的就不⽤加，假如192.168.4.129/25的⽹络前缀为27，那么主机位就变成32-27=5位了，即默认⽹关地址为192.168.4.10
011110 —>193.6.7.158/27 。
图5.1    实验例图
⽹络基本配置
1. 在开始配置节点之前我们可以做⼀些基础准备，⽐如路由器的命名。因为此次实验初始化后所有路由器名称都默认为Router ，所以为
了观察和记录⽅便我们可以将四个路由器名称设为R1~R4，流程如下：① 进⼊特权模式：enable ② 进⼊终端配置模式：conf t
③ 更改路由器名称：host R1/R2/R3/R4
192.168.4.127和192.168.4.128192.168.4.`254`，PC3的范围就是
192.168.6.`193`
③ 更改路由器名称：host R1/R2/R3/R4
2. 配置节点IP
先配置三台PC机的IP，命令格式为ip IP地址/⼦⽹掩码⽹关IP
PC1
[外链图⽚转存失败，源站可能有防盗链机制，建议将图⽚保存失败，源站可能有防盗链机制，建议将图⽚保存失败，源站可能有防盗链机制，建议将图⽚保存下来直接上传下上传上传Mr8rJXQlpFb4I-1632838157840)(D:\学习资料\计⽹实验\实验三\3-1-2.jpg)(D:\学习资料\计⽹实验\实验三\3-1-2.jpg)(D:\学习资料\计⽹实验\实验三\3-1-1.jpg)]
图6.1    PC1的IP配置
PC2
[外链图⽚转存失败，源站可能有防盗链机制，建议将图⽚保存下来直接上传(img-ADMMVWv5-1632838684379)(D:\学习资料\计⽹实验\实验三\3-1-2.jpg)]
图6.2    PC2的IP配置
PC3
[外链图⽚转存失败，源站可能有防盗链机制，建议将图⽚保存下来直接上传(img-
PeQ19BmZ653e9b73aa78bfe2de28c07d77d4387.png1(D:\学习资料\计⽹实验\实验三\3-1-3.jpg)]
图6.3    PC3的IP配置
再配置R1~R4路由器节点的IP，命令格式为IP 接⼝IP地址接⼝IP的⼦⽹掩码；同时查看接⼝IP配置是否正确，命令格式为do show ip int b
因为初次配置后忘记截图，被初始化后失去了截图的机会，故图⽚仅展⽰接⼝配置，具体的配置接⼝的命令⾏⽤代码展⽰
⾸先进⼊终端配置模式：conf t
R1
int f0/0//进⼊f0/0接⼝模式
ip add 192.168.1.254255.255.255.0//设置IP地址和⼦⽹掩码
no sh        //激活f0/0接⼝
int f0/1//进⼊f0/1接⼝模式
ip add 192.168.2.253255.255.255.252//设置IP地址和⼦⽹掩码
no sh        //激活f0/1接⼝
R2~R4的代码展⽰将只展⽰ ip add 的命令
图6.4    R1的IP配置
R2
ip add 192.168.2.254255.255.255.252
ip add 192.168.3.253255.255.255.252
ip add 192.168.5.253255.255.255.252
图6.5    R2的IP配置
R3
ip add 192.168.3.254255.255.255.252
ip add 192.168.4.129255.255.255.128
图6.6    R3的IP配置
R4
ip add 192.168.5.254255.255.255.252

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