实验 5：IPV4地址的分类地址及划分子网
一、 实验目的
加深对IPV4地址的分类地址的了解。
加深对IPV4地址的划分子网的了解。
二、 实验环境
• Cisco Packet Tracer 模拟器
三、 实验内容
1、验证分类IP地址的作用以及了解路由器的基本功能
(1) 第一步：构建网络拓扑：拖动两个主机，使用自动连接类型将其连接起来。如图1所示。
图 1 构建网络拓扑
(2) 第二步：给左边的计算机配置好一个C类的IP地址，即192.168.0.1，C类IP地址，前面三个字节是用来表示网络好的，后面一个字节是用来表示主机号的，但是192.68.0.0是用来表示具体的C类网络的，所以在这个网络上，最小的可以用来标识的主机的IP就是192.168.0.1。如果最后一个字节取到的值是255，就表示192.168.0这个C类网络上所有的主机，是一个广播地址，所以C类地址，最后一个字节的范围就是1-254（也就是主机号的表示范围）。并配置好IP地址如图2所示。
图2 添加计算机并配置IP
(3) 第三步：验证一下左边的计算机是否可以ping得通右边的计算机，进入左下角计算机的命令提示符下，使用命令ping 192.168.0.2尝试看看可不可以收到响应，如图3所示。
图3 两台主机之间ping通
(4) 第四步：修改右边的主机的IP地址，修改为172.16.0.1，子网掩码默认即可，可以看出，修改之后的IP地址是一个B类地址，后两个字节表示的是主机号，此时两台主机的网络号不一样，所以不在同一个网络上，同样让左边的主机使用命令ping 172.16.0.1尝试看看可不可以收到响应。如图4所示。
图4 两台主机ping不通
(5) 第五步：这次ping不通，因为不在同一个网络上，但是又用线连接了起来，相当于是两个不同网络的互联，接下来，将连接两台主机的连线删除，并拖动一个路由器到达网络拓扑，并使用自动连线将其连接两个主机。如图5所示。
图5 拓建网络拓扑
(6) 第六步：为路由器的两个端口配置IP地址，为左边的端口配置IP地址时，需要注意配置的网络号是要和左边的主机一样，也就是192.168.0是不能动的，剩下一个主机号就从2-254里面选择一个即可，一般选择最大的主机号，也就是254来配置。并打开这个端口。右边的端口在配置的时候也是如此，网络号要相同之外，主机号尽量取成最大值，但是不要写成广播地址即可。进入配置选项，点击GE0/0端口，开始写IP地址。如图6所示
图6 为路由器配置端口选项
(7) 第七步：再次验证一下左下角的计算机是否可以ping得通右下角的计算机，进入左下角计算机的命令提示符下，使用命令ping 172.16.0.1尝试看看可不可以收到响应。如图7所示。
图7 此时计算机之间不能互通
(8) 第八步：之所以ping不通，是因为左边的主机通过给出的IP地址即172.16.0.1判断出了和自己是不处于同一个网络中的，所以是不可以直接将数据包发送到目的主机，因此需要一个路由器来进行转发。但是我们还没有告诉路由器该转发给谁，所以就没办法将数据包转发出去。
(9) 第九步：配置左边主机的默认网关，默认网关的作用就是，当想要发送的数据包给另一台主机的时候，发现另一台主机与自己不在同一个网络上，此时配置默认网关，就是明确想要从哪一个路由器转发出去，左边的主机配置的默认网关地址和路由器的0号端口的IP地址是一样的。同理右边主机也需要配置默认网关。如图8所示。
图8 配置默认网关
(10) 第十步：再次验证一下左下角的计算机是否可以ping得通右下角的计算机，进入左下角计算机的命令提示符下，使用命令ping 172.16.0.1尝试看看可不可以收到响应。如图9所示。
图9 主机之间成功ping通
(11) 第十一步：总共是发送了四个请求报文，为什么第一个不成功，是因为路由器再转发数据报的时候，是需要直到右边的主机的接口的mac地址，也就是发送一个ARP广播请求，在知道mac地址之后，再发送请求报文，然后右边的主机收到之后，发回一个响应，然后再转发给左边的主机，此时左边的主机认为这是一个超时的响应。所以第一次请求报文超时了。而后面三个不超时是因为已经知道mac地址了，所以不会再发送ARP广播请求，所以后面三个ping通了。
2、IPV4地址的划分子网
(1) 第一步：构建网络拓扑：在逻辑工作空间上，拖动六个普通计算机和一个交换机，选择自动连接把设备连接起来，并设置好IP，并在计算机旁边写好IP注释。并写好端口注释。如图10所示。
图 10 构建网络拓扑
(2) 第二步：此时这四个主机之间可以互相通信，因为网络号都是一样的，原理是通过192判断都是属于C类地址，而且子网掩码都是默认的，所以并没有划分子网，并且将IP地址与子网掩码相与，得到的网络号也是一样的，所以四个主机位于同一个网络，是可以互相通信的。
(3) 第三步：尝试使用左下角的主机去ping以下另外三台主机。如图11所示。
图11 四台主机之间成功ping通
(4) 第四步：修改一下各个主机的子网掩码，将子网掩码的最后一个字节的数改为192。如图12所示。
图12 修改子网掩码
(5) 第五步：此时左边的两台主机是可以互通的，且右边的两台主机也是可以互通的，但是左边的主机不可以和右边的主机进行互通，因为左边的和右边的主机不属于一个子网，原理是将IP地址与对应的子网掩码进行相与运算，发现左边的两台主机的网络号是一样的，右边的两台主机的网络号也是一样的，但是左边和右边的主机的网络号不一样，所以左边与右边主机不可以互通。
(6) 第六步：验证一下刚才的说法，让左下角的主机ping一下左上角的主机，再ping一下右边的其中一台主机。如图13所示。
图 13 不同子网的主机不可以互通
(7) 第七步：为了使得左右两边的主机可以互相通信，需要使用互联设备即路由器，拖动一个路由器到逻辑工作空间，并将连接在交换机之间的线删除，将两个交换机连接在路由器上。并打开0号和1号端口。如图14所示。
图14 拓展网络拓扑
(8) 第八步：为路由器的两个端口分别配置IP地址和子网掩码，由于左边的端口和左边的主机属于同一个子网，所以在配置时应该使得左边的端口具有和左边主机的相同的子网掩码以及相同的网络号，而主机号不应相同，且右边也是如此。为路由器的接口0分配IP地址为192.168.0.62，并且把子网掩码改为255.255.255.192，右边端口1也是同样的道理。如图15所示。
图15 修改端口的子网掩码及IP地址
(9) 第九步：配置左边两个主机的默认网关，网关地址设置成路由器左边端口的IP地址，而右边的主机的默认网关设置成路由器右边端口的IP地址。如图16所示。
图 16 配置默认网关
(10) 第十步：此时我们使用路由器将各个主机都连接起来了，并且都设置了默认网关以及配置子网掩码和路由器，此时四个主机应该都可以互相通信了。验证一下刚才的说法，让左下角的主机ping一下左上角的主机，再ping一下右边的其中一台主机。如图17所示。
图17 主机之间成功ping通
(11) 第十一步：至于左边的主机ping一次右边的主机为什么第一次请求超时，是因为那个ARP广播请求的问题，想要知道目的计算机的MAC地址，所以来来回回的ARP以及相关响应就会导致第一次请求超时。
四、 实验体会
1. 这两个实验的步骤都遵循构建网络拓扑、配置网络环境、跟踪数据包和查看数据包这四个规则。
2. Cisco Packet Tracer 模拟器可以清晰地展示 PDU 在传送过程，设备是如何处理 PDU 的。通过仿真传送过程，有助于我们理解有关的知识。
3. 知道IPv4地址是互联网协议版本4的核心组成部分，采用32位二进制表示，通常以四个十进制数的形式出现，IPv4地址分为几类。A类地址以0开头，范围从1.0.0.0到126.255.255.255，适用于大型网络，能够支持超过一千六百万个主机。B类地址以10开头，范围从128.0.0.0到191.255.255.255，适合中型网络，最多支持65536个主机。C类地址以110开头，范围从192.0.0.0到223.255.255.255，主要用于小型网络，最多支持256个主机，D类地址以1110开头，范围从224.0.0.0到239.255.255.255，专门用于多播这些分类有助于网络设计和管理，提高网络资源的有效利用。
4. IPv4地址的划分子网是为了提高网络的管理效率和资源利用率。一个IPv4地址由网络部分和主机部分组成，子网划分通过改变默认的子网掩码来实现。子网掩码定义了哪些位用于表示网络，哪些位用于表示主机。通过将一个大网络划分为多个小子网，可以减少广播域，提高网络性能，子网划分还可以增强网络的安全性，通过将不同部门或功能的设备放置在不同的子网中，可以有效隔离流量和管理访问权限。总之，IPv4的子网划分是网络设计中的重要环节，有助于优化资源和提高网络性能。