《计算机网络基础》课件项目2

项目二网络地址规划2.1问题情境——如何规划网络参数并检测故障2.2问题分析2.3任务设计与实施2.4知识总结2.5应用实践

2.1问题情境——如何规划网络

参数并检测故障

小王所在公司的规模发展很快，现财务部计算机增加为15台，技术部计算机增加为20台，工程部计算机增加为25台。为了确保公司各部门的数据安全，对数据进行精确管理，小王决定统一规划公司的计算机网络参数，为以后扩展网络或增加服务提供便利。公司现在拥有一个C类地址，子网掩码采用默认的，请帮助小王重新规划网络参数并检测网络常见故障。

2.2问题分析

公司现在拥有一个C类IP地址，根据公司的部门情况为各个部门创建不同的子网，从而限制部门之间数据交换，便于实现部分内部计算机资源的高级管理。为了完成本项目，我们需要解决下面几个问题：

(1)MAC地址和IP地址的识别问题。

(2)网络中计算机的标识问题。

(3)C类IP的子网划分问题。

(4)网络常见故障的检测问题。

2.3任务设计与实施

2.3.1认识并修改MAC地址

网络中每台设备都有一个唯一的网络标识，这个地址叫做MAC地址或网卡地址，生产时由网络设备制造商写在硬件内部。

IP地址与MAC地址在计算机里都是以二进制数表示的，IP地址是32位的，而MAC地址则是48位的。MAC地址的长度为48位(6个字节)，通常表示为12个十六进制数，每2个十六进制数之间用冒号隔开，如08:00:20:0A:8C:6D，其中前6位十六进制数08:00:20代表网络硬件制造商的编号，它由IEEE(电气与电子工程师协会)分配，而后6位十六进制数0A:8C:6D代表该制造商所制造的某个网络产品(如网卡)的系列号。只要不去更改初始设定的MAC地址，那么该MAC地址就是唯一的。2.3.2查看网卡地址

MAC地址固化在网卡中的BIOS，可以通过DOS命令获得，在Windows2000/XP中，单击“开始”→“运行”→输入“cmd”→回车→输入“ipconfig/all”→“回车”，即可看到MAC地址，如图2-1所示，其中PhysicalAddress项后面的内容就是MAC地址。图2-1查看网卡地址2.3.3修改网卡地址

修改网卡地址的操作步骤如下：

步骤1：在Windows2000/XP中，用鼠标右击桌面上的“我的电脑”图标，选择“管理”命令，出现“计算机管理”窗口，如图2-2所示。

步骤2：在“计算机管理”窗口左侧选择“设备管理器”，在右侧列表中选择“网络适配器”，再选择本机网卡，如图2-3所示。图2-2“计算机管理”窗口图2-3选择网络适配器步骤3：双击网卡，出现“网络适配器属性”窗口，在高级选项中，选择网络地址，在其中输入新值：00-01-6C-55-3D-2F，单击“确定”按钮，如图2-4所示。

步骤4：查看修改后的网卡地址(原值在上图)，如图2-5所示。

步骤5：若想还原原来的网卡地址，则在“网络适配器属性”窗口的高级选项中选择“网络地址”，再在窗口右侧选择“不存在”选项，并单击“确定”按钮，如图2-6所示。图2-4网络适配器高级选项图2-5查看修改后的网卡地址图2-6网络适配器高级选项2.3.4设置IP地址

设置IP地址的操作步骤如下：

步骤1：在Windows2000/XP中，用鼠标右击桌面上的“网上邻居”图标，选择“属性”命令，出现“本地连接属性”对话框，如图2-7所示。

步骤2：在“本地连接属性”对话框中，选择“Internet协议(TCP/IP)”并点击“属性”按钮，即出现“Internet协议(TCP/IP)属性”对话框，输入IP地址3等参数后，单击“确定”按钮，如图2-8所示。图2-7“本地连接属性”对话框图2-8“Internet协议(TCP/IP)属性”对话框步骤3：如果要给一台计算机设置多个IP地址，则在“Internet协议(TCP/IP)属性”对话框中选择“高级”按钮，再在“高级TCP/IP设置”对话框中点击“添加”按钮，在弹出的“TCP/IP地址”对话框中输入新的IP地址，如图2-9所示。

步骤4：单击“确定”按钮后，在“高级TCP/IP设置”对话框中就可以看到两个IP地址了，如图2-10所示。

也可以单击“开始”→“运行”→输入“cmd”→回车→输入“ipconfig”→“回车”查看IP地址，如图2-11所示。图2-9输入新的IP地址图2-10查看IP信息图2-11用ipconfig命令查看IP信息2.3.5规划IP地址

1．拓扑结构

网络拓扑结构如图2-12所示。图2-12公司网络拓扑结构

2．需求分析

公司财务部有15台计算机，技术部有20台计算机，工程部有25台计算机，现拥有一个C类地址，子网掩码采用默认的，需为各个部门创建不同的子网。

3．子网划分方法(以C类IP地址为例)

子网掩码是一个应用于TCP/IP网络的32位二进制值，它可以屏蔽掉IP地址中的一部分，从而分离出IP地址中的网络部分与主机部分。基于子网掩码，管理员可以将网络进一步划分为若干子网。

(1)子网划分前，IP地址采用两级结构，如图2-13所示。

子网掩码采用默认的结构，即网络号全为1、主机号全为0的地址，如图2-14所示。图2-13IP地址两级结构图2-14子网掩码默认结构

(2)子网划分后(假设子网号为3位，主机号为5位)，IP地址采用三级结构，把原来的主机号划分为子网号和主机号两部分，如图2-15所示。

子网掩码采用网络号和子网号全为1、主机号为0的地址，如图2-16所示。

在划分之前，一定要考虑网络目前及将来的需求计划。划分子网主要从以下方面来考虑：

(1)确定划分的子网数量(子网全0和1保留)。

(2)确定每个子网的主机数量(主机全0和1保留)。图2-15IP地址三级结构图2-16划分子网后掩码结构

4．实施步骤

确定子网掩码的步骤如下：

步骤1：确定划分的子网数量，确定子网位数n。如：需要3个子网，2n - 2≥3，取最小的n值，所以n的值为3，如图2-16所示。

步骤2：将新子网掩码中的网络号和子网号全置1，主机号置0。若n = 3且为C类地址，则得到子网掩码为11111111.11111111.11111111.11100000，化为十进制数得到24。步骤3：确定每个子网的主机数量。由于网络被划分为6个子网，占用了主机号的前3位，若是C类地址，则主机号只能用5位来表示，因此每个子网内的主机数量为25-2 = 30。

步骤4：总结分析。网络被划分为6个子网，大于部门总数，每个子网有30台计算机，大于每部门的计算机数量，所以该划分满足项目要求。

步骤5：确定公司IP地址分配情况，如表2-1所示。

可以从网上(/sw/20090824/

smalltool_01281.rar)下载子网划分工具，如图2-17所示。图2-17子网划分工具2.3.6网络故障检测

1．ping

ping是个使用频率极高的实用程序，用于测试网络连通性。

ping用来确定本地主机是否能与另一台主机交换(发送与接收)数据报。根据返回的信息，可以推断TCP/IP参数是否设置正确以及运行是否正常。需要注意的是：成功地与另一台主机进行一次或两次数据报交换并不表示TCP/IP配置就是正确的，必须执行大量的本地主机与远程主机的数据报交换，才能确信TCP/IP的正确性。按照缺省设置，Windows上运行的ping命令发送4个ICMP(因特网消息控制协议)回送请求，每个包含32字节数据，如果一切正常，就能得到4个回送应答，如图2-18所示。图2-18ping命令窗口

(1)测试回环地址。使用ping命令测试回环地址的连通性。如果命令失败，则表示本机的TCP/IP可能出现问题。

(2)测试内部服务器地址。使用ping命令检测远程主机(不同子网上的主机)IP地址的连通性。如果ping命令失败，则应验证远程主机的IP地址是否正确，远程主机是否运行，以及该计算机和远程主机之间的所有网关(路由器)是否运行。

(3)测试网关地址。使用ping命令检测默认网关IP地址的连通性。如果ping命令执行失败，则验证默认网关IP地址是否正确，以及网关(路由器)是否运行。

(4)测试DNS服务器地址。使用ping命令检测DNS服务器IP地址的连通性。如果ping命令失败，则验证DNS服务器的IP地址是否正确，DNS服务器是否运行，以及该计算机和DNS服务器之间的网关(路由器)是否运行。

ping命令的常用参数选项如下：

(1) pingIP-t选项：连续对IP地址执行ping命令，用Ctrl + c中断。

(2)pingIP-l100选项：指定ping命令中的数据长度为100字节，而不是缺省的32字节。

(3) pingIP-n选项：执行特定次数的ping命令。

2．netstat

netstat用于显示与IP、TCP、UDP和ICMP协议相关的统计数据，一般用于检验本机各端口的网络连接情况。

计算机有时候接收到的数据报会出现出错数据，TCP/IP可以容许这些类型的错误，并能够自动重发数据报。但如果累计的出错情况数目占到所接收的IP数据报相当大的百分比，或者它的数目正迅速增加，那么就应该使用netstat检查出错原因。

netstat的一些常用选项如下：

(1) netstat-s选项：按照各个协议分别显示其统计数据。如果应用程序(如Web浏览器)运行速度比较慢，或者不能显示Web页之类的数据，就可以用本选项来查看一下所显示的信息。需要仔细查看统计数据的各行，找到出错的关键字，进而确定问题所在。

(2) netstat-e选项：用于显示关于以太网的统计数据。它列出的项目包括传送的数据报的总字节数、错误数、删除数、数据帧的数量和广播的数量。这些统计数据既有发送的数据帧数量，也有接收的数据帧数量。这个选项可以用来统计一些基本的网络流量。

(3) netstat-r选项：用于显示关于路由表的信息和当前有效的连接。

(4)netstat-a选项：用于显示所有的有效连接信息列表，包括已建立的连接(ESTABLISHED)，也包括监听连接请求(LISTENING)的连接。

(5) netstat-n选项：用于显示所有已建立的有效连接。

用netstat-n或netstat-a可以看到通信对方的IP或端口，如图2-19所示。图2-19netstat-n命令窗口

3．ipconfig

ipconfig的常用选项如下：

(1) ipconfig(不带任何参数选项)：可以显示每个已经配置了的网络接口IP地址、子网掩码和缺省网关值，如图2-20所示。图2-20ipconfig命令窗口

(2) ipconfig/all选项：用于DNS和WINS服务器显示它已配置且所要使用的附加信息(如IP地址等)，并且显示内置于本地网卡中的物理地址(MAC)。如果IP地址是从DHCP服务器租用的，ipconfig将显示DHCP服务器的IP地址和租用地址预计失效的日期，如图2-21所示。图2-21ipconfig/all命令窗口

(3) ipconfig/release和ipconfig/renew附加选项：只能在向DHCP服务器租用其IP地址的计算机上起作用。如果输入ipconfig/release，那么所有接口的租用IP地址便重新交付给DHCP服务器(归还IP地址)。如果输入ipconfig/renew，那么本地计算机便设法与DHCP服务器取得联系，并租用一个IP地址。请注意，大多数情况下网卡将被重新赋予和以前所赋予相同的IP地址。

4．arp

arp中常用命令选项如下：

(1) arp-a或arp-g选项：用于查看高速缓存中的所有项目。-a和-g参数的结果是一样的，多年来-g一直是UNIX平台上用来显示ARP高速缓存中所有项目的选项，而Windows用的是arp-a(-a可被视为all，即全部的意思)，但它也可以接受比较传统的-g选项。arp-aIP可以使用户在拥有多个网卡时，只显示与该接口相关的ARP缓存项目，如图2-22所示。图2-22arp-a命令窗口

(2) arp-s选项：可以向ARP高速缓存中人工输入一个静态项目。该项目在计算机引导过程中将保持有效状态，或者在出现错误时，人工配置的物理地址将自动更新该项目，如图2-23所示。

(3) arp-d选项：能够人工删除一个静态项目，如图2-23所示。图2-23arp-s和arp-d命令窗口

5．tracert

当数据报从本地计算机经过多个网关传送到目的地时，tracert命令可以用来跟踪数据报使用的路由(路径)。该实用程序跟踪的路径是源计算机到目的地的一条路径，不能保证或认为数据报总遵循这个路径。tracert是一个运行得比较慢的命令(如果指定的目标地址比较远)，每个路由器大约需要15 s(图2-24所示为tracert的运行结果)。图2-24tracert命令窗口

6．nbtstat

nbtstat(TCP/IP上的NetBIOS统计数据)实用程序用于提供关于NetBIOS的统计数据。

nbtstat的常用选项如下：

(1) nbtstat-n选项：用于显示寄存在本地的名字和服务程序，如图2-25所示。图2-25nbtstat-n命令窗口

(2) nbtstat-c选项：用于给定每个名称的IP地址并列出NetBIOS名称高速缓存的内容。NetBIOS名字高速缓存用于存放与本计算机最近进行通信的其他计算机的NetBIOS名字和IP地址对。

(3) nbtstat-r选项：用于清除和重新加载NetBIOS名字高速缓存。

(4) nbtstat-a选项：通过IP显示另一台计算机的物理地址和名字列表，所显示的内容就像对方计算机自己运行nbtstat-n一样。

(5) nbtstat-s选项：用于显示使用该IP地址的另一台计算机的NetBIOS连接表。

7．net

net命令用于使用和核查计算机之间的NetBIOS连接，最常用的是netview命令。

通过netview命令，可以查看目标服务器上的共享点名字。任何局域网里的人都可以发出此命令，而且不需要提供用户ID或口令，如图2-26所示。图2-26netview命令窗口2.3.7任务总结

通过合理的子网划分，从物理上对企业局域网进行划分，从而提高网络的安全性，这是不少网络工程师首选的企业网络安全方案。在子网掩码的帮助下，可以把企业网络划分成几个相对独立的网络，然后把企业的机要部门放在一个独立的子网中，以限制其他部门人员对这个部门网络的访问。另外，还可以利用子网对一些应用服务器进行隔离，防止因为客户端网络中毒而对服务器产生不利的影响。

2.4知识总结

2.4.1TCP/IP模型

TCP/IP模型是一系列网络协议的总称，这些协议的目的就是使计算机之间可以进行信息交换。

所谓“协议”可以理解成机器之间交谈的语言，每一种协议都有自己的目的。TCP/IP模型一共包括几百种协议，对互联网上交换信息的各个方面都做了规定。

1．什么是TCP/IP

TCP/IP指传输控制协议/网际协议(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)，用于提供已连接因特网的计算机之间的通信协议。

TCP/IP定义了电子设备(比如计算机)如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。

2．协议族

TCP/IP是基于TCP和IP这两个最初的协议之上的不同通信协议的大集合。

IP(网际协议)用于计算机之间的通信，负责在因特网上发送和接收数据包。ICMP(因特网消息控制协议)负责网络中的错误处理。

ARP(地址转换协议)用于通过IP来查找基于IP地址的计算机网卡的硬件地址。

RARP(反向地址转换协议)用于通过IP查找基于硬件地址的计算机网卡的IP地址。

TCP(传输控制协议)用于从应用程序到网络的数据传输控制，负责在数据传送之前将它们分割为IP包，然后在它们到达的时候将它们重组。

HTTP(超文本传输协议)用于Web服务器与Web浏览器之间的通信。从Web客户端(浏览器)向Web服务器发送请求，并从Web服务器向Web客户端返回内容(网页)。

SMTP(简易邮件传输协议)用于电子邮件的传输。

MIME(多用途因特网邮件扩展)使SMTP有能力通过TCP/IP网络传输多媒体文件，包括声音、视频和二进制数据。

IMAP(因特网消息访问协议)用于存储和取回电子邮件。

POP(邮局协议)用于从电子邮件服务器向个人电脑下载电子邮件。

FTP(文件传输协议)负责计算机之间的文件传输。

DHCP(动态主机配置协议)用于向网络中的计算机分配动态IP地址。

SNMP(简单网络管理协议)用于计算机网络的管理。

3．TCP/IP模型

TCP/IP参考模型共有四层，自底向上分别是网络接口层(IP子网层)、网络层(IP层)、传输层(TCP层)和应用层，如图2-27所示。

(1)网络接口层。

网络接口层主要定义各种物理网络互联的网络接口。由于IP协议是一族与物理层无关的协议，因此，TCP/IP参考模型没有真正描述这一部分，只是指出主机必须使用某种协议与网络互联。图2-27TCP/IP参考模型

(2)网络层。

网络层(IP层)是整个体系结构的关键部分。网络层负责向上层(传输层)提供无连接的、不可靠的、“尽力而为”的数据报传送服务。网络层的功能是使主机可以把数据包发往任何网络并使数据包独立地传向目标(可能经过不同的网络)。这些数据包到达的顺序和发送的顺序可能不同，因此如果需要按顺序发送和接收，则高层必须对数据包进行排序。

网络层主要协议包括用来控制网络报文传输的ICMP(网间控制报文协议)以及转换IP地址和MAC地址的ARP/RARP协议。IP层的主要功能就是把IP数据包发送到应该去的地方。路由和避免阻塞是该层主要的设计问题。

(3)传输层。

传输层(TCP层)位于网络层之上。它的功能是使源端和目标主机上的对等实体可以进行会话。传输层负责提供面向连接的端到端无差错报文传输。由于它下面使用的IP层服务的不可靠性，因此要求TCP能够进行纠错与连接的管理。在这一层定义了两个端到端的协议。

一个协议是传输控制协议(TransmissionControlProtocol，TCP)，它是一个面向连接的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错地发往另一台机器。它将输入的字节流分成报文段并传输给IP层。TCP还要处理流量控制，以避免快速发送方向低速接收方发送过多的报文而使接收方无法处理。另一个协议是用户数据报协议(UserDatagramProtocol，UDP)，它是一个不可靠的、无连接的协议，用于不需要TCP排序和流量控制能力而由自己完成这些功能的应用程序。

(4)应用层。

在TCP/IP模型的最上层是应用层(ApplicationLayer)，包含所有的高层协议。2.4.2IP地址

1．什么是IP地址

人们为了通信方便给每一台计算机都事先分配一个类似日常生活中的电话号码一样的标识地址，该标识地址就是IP地址。在Internet上，每台计算机或网络设备的IP地址是全世界唯一的。固定IP地址是长期分配给一台计算机或网络设备使用的IP地址。一般来说，采用专线上网的计算机才拥有固定的IP地址。

通过Modem、ISDN、ADSL、有线宽频、小区宽频等方式上网的计算机，每次上网所分配到的IP地址都不相同，这就是动态IP地址。因为IP地址资源很宝贵，所以大部分用户都是通过动态IP地址上网的。

2．IP地址的表示

根据TCP/IP协议规定，IP地址是由32位二进制数组成的，而且在Internet范围内是唯一的。例如，某台在Internet上的计算机的IP地址如图2-28所示。

很明显，这些数字不太好记忆。为了方便记忆，就将组成计算机的IP地址的32位二进制数分成四段，每段8位，中间用小数点隔开，然后将每8位二进制数转换成十进制数，这就是点分十进制法。

一个IP地址在一个网络中是唯一的，一台计算机可以有2个或多个IP地址，但是不允许2台计算机共用一个IP地址。图2-28IP地址标示图

3．IP地址的分类

按照网络规模的大小，我们把IP地址分为5类，如图2-29所示。

A类地址：主要用于拥有大量主机的网络编址。

B类地址：主要用于中等规