第01章网络工程基础

计算机网络工程

姓名：饶居华

部门：湖南工业大学计算机与通信学院网络工程系

邮箱：raojuhua@

电话/p>

1

2

网络改变了我们的学习方式

我们的学习方式离不开通过数据网络提供的课件.

3

网络支撑着我们的工作方式

lirn-

员工可以远程访问各种业务应用程序，就像亲临现场一样.

远程访问多种资源

4

W络支撑着我们的娱乐方式

在线兴建小组・a

•

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F

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二

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机羲数据网络为毓空公司的个人箱背

即时消息

视频系统提供多种服务.

5

迎

轴

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简介

♦只有不到20年的时间，以Internet为主要特征

的计算机网络技术的快速发展已经从根本上改

变了人们的生活，工作、学习、娱乐无一能够

离开网络。打好网络技术基础已经成为当代大

学生学习专业核心技术的必经之路。

♦先修课程：计算机网络

♦课时：22课时理论+10课时上机

7

这门课程，我们要学习的是

8

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卜号-。畲©I益今-。巴\http：//www.sina.com.cm/▼1■口£,5c•―Q0

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【刘强】

努力学习、斗力工作

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刘萍军啦A梦的）

肖艳华龙，

开学了・..

10

这些都是网络的应用，在这门课程

里我们更关心的是怎样才能搭建这

样一个平台。

如：搭建这样一个网络采用什么样

的结构？采用哪些物理设备？等等

11

＞）湖南工业大学河东枝区网络拓扑图

公网服务器好内部服务器件

电信

TP-linkSwitch

外出用Cernet

G0/28)40公里单

.....----DJL-S5750

G2/24

G2/1

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生宿舍畸，

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-------H3C-MA5200G2/7,

G2/1

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WLZX-SCISC03550

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D-linkEDS1624TML-S2150GDQL-S215O0YSL-S2150GJXL-S2150GJSJL-S2150GCISCO3550

后勤/团委/保卫处土木楼电气楼：艺术楼机械楼计算机楼306科技学院

百兆鼓线I万兆光纤

千兆多模光纤千兆单模光纤千兆双皎线・百兆光纤

湖南工业大学河西枝区网络拓扑图

认证网管服务器

内部服务器好

S2150G

拾金办公楼

1

综合实验楼包印教学楼

千兆单模光纤千兆单模光纤千兆双姣线13

主要内容

第1章网络工程基础2课时

1.1网络工程概述

1.2计算机网络体系结构

1.3MAC地址与IP地址9

1.4下一代网际协议IPv6

1.5局域网基础知识

第2章网络设备2课时

2.1网络传输介质

2.2网络接入设备

2.3网络互连设备

2.4网络安全设备

2.5无线局域网设备

主要内容

第3章交换机技术与应用6课时

3.1交换机概述

3.2交换机的端口与连接线缆

3.3交换机的性能与选型

3.4交换机配置基础

3.5交换机的互连技术

3.6交换机的VLAN技术

3.7交换机的生成树技术

主要内容

第4章路由器技术与应用4课时

4.1路由器概述

4.2路由器接口与连接

4.3路由器的性能与选型

4.4路由器配置基础

4.5路由器接口配置

4.6路由协议及其配置

4.7访问控制列表

4.8网络地址置换技术

第5章网络安全技术与应用2课时

5.1网络安全技术概述

5.2防火墙技术

5.3虚拟专用网技术

5.4入侵检测技术

5.5上网行为管理技术

第6章服务器技术与应用2课时

6.1服务器概述

6.2服务器应用系统的架构

6.3常用网络服务器

6.4服务器应用技术

主要内容

第7章网络规划与设计2课时

7.1网络规划与设计基础

7.2需求分析

7.3网络系统设计

7.4网络中心设计

7.5综合布线系统设计

7.6网络安全与管理平台设计

7.7网络服务与应用平台设计

7.8网络设备选型

7.9网络规划与设计实例

7.10网络规划与设计仿真

主要内容

第8章网络综合布线2课时

8.1综合布线概述

8.2工作区子系统

8.3配线子系统

8.4电信间

8.5干线子系统

8.6设备间

8.7建筑群子系统

8.8进线间

8.9综合布线系统的管理

8.10网络综合布线设计实例

第9章网络工程测试与验收（不讲）

9.1网络测试基础

9.2综合布线系统测试与验收

9.3网络测试

9.4网络系统工程验收

第1章网络工程基础

・争蕖5④*国二

®sr……—二上二—-E……

附3*）厮邂VLANIFH=

基本内容

1、网络工程概述

2、计算机网络体系结构

3、IP地址与子网划分

4、下一代网际协议IPv6

5、局域网基础知识

1.1网络工程概述

♦什么是网络工程

♦网络工程建设的目标

♦网络工程建设的主要内容

♦网络工程的组织机构及其职责

♦网络工程建设的过程

一、什么是网络工程_____________

工程是有一个明确的目标、在组织领导下，按

计划进行的工作。

2、计算机网络工程

计算机网络工程是在信息系统工程方法和完善

的组织机构指导下，根据网络应用的需求，按照

计算机网络系统的标准、规范和技术，详细规划

设计可行方案，将计算机网络硬件设备、软件和

技术系统性地集成在一起，形成一个满足用户需

求、高效高速、稳定安全的计算机网络系统的组

建工作。

♦计算机信息系统的结构图

应用软件：OA、MIS、VOD、VOIP、电

信息系统

子商务、远程教育、电视会议等

应用服务软件：DBMS、群件、开发工具、

系统平台系

DNS、FTP、WWW、E-mail等统

系统软件：管

传输平台理

OS、TCP/IP协议栈等

LAN、WAN、网络设备、因特网接入、

网络平台

传输媒体等

24

网络工程领域的系统集成实际上就是信息系

统的集成。

♦信息系统的集成

•提供整体解决方案

•提供整套软硬件设备

•提供全面服务

25

网络工程的要点

♦有具体的规划设计方案和实施规范。

♦有完善的组织机构、工程设计人员和工程管理人

员。

♦工程设计人员要全面了解计算机网络的原理、技

术、系统、协议、安全、系统布线的基本知识、

发展现状和发展趋势，要掌握网络应用开发技术

、网站设计和Web制作技术、信息发布技术、安

全防御技术以及综合布线技术。

网络工程的要点

骤、要点、流程、案例、技术设备选型和发展

方向。

♦工程主管人员要懂得网络工程的组织实施过程

,能把握网络工程的评审、监理、验收等环节

O

♦工程竣工之后，网络管理人员能够使用网管工

具对网络实施有效的管理和维护，使建成的计

算机网络发挥应有的效益。

二、网络工程建设的目标

法律、法规，遵循国家相关标准和国际相关标准

的前提下，完成网络工程的规划、设计、施工和

验收等工作，为建设方提供一个高速、稳定、安

全、可靠和计算机网络系统。

三、I网络工程建设的主要内容

(1)网络规划与设计。对计划建设的网络系统的

类型规模、体系结构、硬件与软件、管理与安全等

方面提出一套完整的技术方案和实施方案。

(2)网络硬件系统建设。主要包括计算机硬件设

备、网络设备和综合布线系统等硬件的集成。

(3)网络软件系统建设。主要包括网络操作系统

、工作站操作系统通信及协议软件、数据库管理系

统、网络应用软件和开发工具软件等的选择与安装

(4)网络安全管理建设。主要包括网络管理与安

全体系以及相应软件系统的组建。

网络工程的组织机构及其职责

计算机网络工程的一种通用组织形式为三方

结构，分别是工程甲方、工程乙方和工程监理

方。这三方的基本关系如下图所示。

1、工程甲方

♦工程甲方是网络工程中的用户，即网络工程的

提出者和投资方。

♦甲方的人员疝成主要包括行政联络人和技术联

络人。行政联络人是甲方的工程负责人，一般

由甲方的行政领导担任，负责甲方的组织协调

工作。技术联络人是甲方的工程技术负责人，

工程中有关技术问题，乙方和监理方可以与甲

方技术联络人协调。

甲方的职责

(1)提出网络工程建设项目和详细需求

(2)对工程项目进行可行性论证

(3)组织工程项目建设经费

(4)编制工程项目招标书

(5)组织或委托招标公司进行工程项目招标

(6)签订工程建设合同

(7)验收产品、协助施工、工程质量监督

(8)组织工程竣工验收

(9)组织管理和技术人员参加乙方组织的培训

(10)对网络系统进行试运行

2、工程乙方

♦工程乙方是计算机网络工程的承建者。

♦乙方在承建计算机网络工程时多采用项目经理

制。项目经理制的人员结构如图所示。

乙方的职责

(1)根据甲方的招标书，编制投标书

(2)若中标，签订工程合同

(3)进行详细的用户需求调查

(4)进行网络工程规划设计

(5)制订网络工程实施方案

(6)网络产品选型

(7)网络系统集成

(8)对系统进行测试，系统试运行

(9)准备工程竣工验收

(10)为甲方培训网络管理人员

3、工程监理方

提供工程监理服务的机构就是监理方，工程监理

方的人员组织包括总监理工程师、监理工程师、监

理人员等。

♦网络工程监理

是指为了帮助用户建设一个性能价格比最优的网

络系统，在网络工程建设过程中，给用户提供前期

咨询、网络方案论证、确定系统集成商、网络质量

控制等服务。

工程监理方的职责

(2)帮助用户做好需求分析。

(3)为用户控制工程进度。

(4)帮助用户控制工程质量。

(5)帮助用户做好网络的各项测试工作。

(6)协同甲方和乙方做好网络工程竣工验收。

详细参见：

《信息系统工程监理暂行规定》

《信息系统工程监理规范》

五、网络工程建设的过程

图中的实线表示组织方

必须参与其过程，虚线

表示组织方可以参与也

可不参与其过程。

1.2计算机网络体系结构

7

数据

6

5

数据

4

3数据

2

数据

1

I络体系结构发展的背

景

中德教师之间的对话

中国

教师

“你好”

翻译

“Hello”

秘书

传真

物理通信线路

问题:

•中国教师与德国教师之间、翻译之间，他们是在直接通信吗?

•都译、秘书各向谁提供什么样的服务？

•中德教师、新译各使用谁提有与的什么服务？

♦不同种类的设备一通用、专用

♦不同的操作系统---Unix、Windows

♦不同的应用环境——固定、移动

♦不同种类业务——分时、交互、实时

♦宝贵的投资和积累——有形、无形

♦用户业务的延续性——不允许出现大的跌落起伏

问题：它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用

环境。

3,网络异质性问题的解决

♦网络彳就是使这些用不同媒介连接起来的

不同设备和网络系统在不同的应用环境下实现相

互操作，并满足各种业务的需求。

♦网络体系结构营造了一种“生存空间”——任何

厂商的任何产品、以及任何技术只要遵守这个空

间的行为规则，就能够在其中生存并发展。

♦网络体系结构解决网络异质性问题采用的是分层

结构方法。即把复杂的网络互联问题划分为若干

个较小的、单一的问题，在不同层面上予以解决。

4、分层结构方法需栗解决的问题

♦网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？

♦各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互?

♦通信双方的数据传输要遵循哪些规则？

即：分层与功能

服务与接口

协议

二、开放系统互联参考模型(OSI/RM)

处理网络员用

7应用层Application

数据表示

6表示层Presentation

主机间通信

5会话层session

端到端的连接

4传输层transport

寻址和最短路径TH

3网络层Network

介质访问(接入)

2数据链路层DataLink

二进制传输

1物理层Physical

通信子网

开放系统互联参考模型(OSI/RM)

系统1系统2

应用层协议

表示层协议

会话层协议

传输层协议

子

网网络层

内

2链路层部链路层

协

议比特

转接直通信子网转接点

OSI各层功能概述

♦第7层：应用层(Application)

•为用户的应用程序提供网络通信服务

•识别并证实目的通信方的可用性

•使协同工作的应用程序之间进行同步

•判断是否为通信过程申请了足够的资源

・应用层协议的例子:

■远程登录协议Telnet、文件传输协议FTP、

■超文本传输协议HTTP、域名月艮务DNS、

■简单邮件传输协议SMTP、邮局协议POP3等

OSI各层功能概述

^^6^^^^^（Presentation^^^*

•处理被传送数据的表示问题，即信息的语法和语义。

如有必要，使用一种通用的数据表示格式在多种数

据表示格式之间进行转换。

•例如：在日期、货币、数值（特别是浮点数）等本

地数据表示格式与标准数据表示格式之间进行转换;

数据的加解密、压缩/解压缩等。

表示层

传输层

OSI各层功能概述

＞建立、管理和中止不同机器上的应用程序之间的会话。

＞会话：完成一项任务而进行的」系列相关的信息交换。

＞同步（解决失败后从哪里重新开始）

•设置检查点——会话失败后，恢复到最后一个检查点

处，而不用从头开始。

例如：数据送到打印服务器上打印。接收的

数据已被确认，但打印机出现故障。这时没

必要再从头开始打印，只要在每页开始处设

置检查点，打印出错时只需重传最后一个检

查点以后的页面O

OSI各层功能概述

♦第5层：会话层(Session)

•活动管理，保证活动的完整性和正确性。

■活动：相对独立的一组相关操作。

例如：一次会话传送多个文件，其中每一个文件

的传送为一个活动。

文件1文件2

,入_

活动1活动2

OSI各层功能概述

用4层：传物层（Iransport）

•为源端主机到目的端主机提供可靠的数据传输

服务；屏蔽各类通信子网的差异，使上层不受

通信子网技术变化的影响。

•进行数据分段并组装成报文流；

•提供“面向连接”（虚电路）和“无连接”

（数据报）两种服务；

・传输差错校验与恢复；

•信息流控制，防止数据传输过载。

OSI各层功能概述

♦第3层：网络层(Network)

•在源端与目的端之间建立、维护、终止网

络的连接。

•功能和服务

■最佳路由选择和数据包中转

■流量控制和拥塞控制

■差错检测与恢复

■流量统计和记账

OSI各层功能概述

♦第3层：网络层(Netwo*)

・路由选择

■如何在多条通信路径中找一条最佳路径？

依据:速度，距离(步跳数)，价格，拥塞程度。

■路由器—路由表建立与维护。

-静态：人工设置，只适用于小型网络。

-动态：运行过程中根据网络情况自动地动态

维护。

■路由算法

-距离向量算法：RIP、CGP等

-链路状态算法：OSPF等

OSI各层功能概述

•在物理线路上提供可靠的数据传输，使之对

网络层呈现为一条无错的线路。

•所关心的问题包括：

■物理地址、网络拓扑；

■组帧：把数据封装在帧中，按顺序传送，并

处理返回的确认帧；

■定界与同步：产生/识别帧边界；

■差错恢复：采用重传（ARQ）的方法；

■流量控制：收发双方传输速率的匹配。

OSI各层功能概述

•实现在物理媒体上透明地传送原始比特流。

•定义了激活、维护和关闭终端用户之间机械的、

电气的、过程的和功能的特性。

■数据终端设备DTE——用于处理用户数据的设

备。如：计算机、路由器

■数据通信设备DCE——用于把DTE发出的数字

信号转换成适合于在传输介质上传输的形式。

如：Modemo

OSI各层功能概述

♦物理层的特性：

■•机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格。

■•电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数

■据传送速率，最大传送距离等。

・功能特性：接口引脚的功能作用。

•规程特性：信号时序，应答关系，操作过程。

OSI模型的通信过程

应用层Application应用层Application

表示层Presentation表示层Presentation

会话层session会话层session

传输层transport传输层transport

网络层Network网络层Network

数据链路层DataLink数据链路层DataLink

物理层Physical物理层Physical

协议数据单元(PDU)

♦OSI参考模型中，对等层协议之间交换

的信息单元统称为协议数据单元

(PDU,ProtocolDataUnit)

♦传输层及以下各层的PDU另外还有各自

特定的名称：

・传输层---数据段(Segment)

•网络层——分组(数据报)(Packet)

•数据链路层一薮据帧(Frame)

・物理层——比特(Bit)

数据封装

1

先必须打包，打包的过程成为封装。

♦封装就是在数据前面加上特定的协议头部。

协议头

发送邮件的例子:信装入写有源地址和目的地址的信封

中发送,还要写明用航空或挂号…。

数据多层封装与拆封

封装拆封

数据

段头「数据段

网络头|段头ftp数据报

帧头I网络头I段头「数据事帧尾帧

011101000011000010100101111010110比特

电脉冲

数据多层封装的过程

段头段

网络头段头数据〔数据报

帧头网络头段头数据］.帧尾帧

011101000011000010100101111010110比特

电脉冲

数据多层拆封的过程

段

数据报

帧

011101000011000010100101111010110比特

OSI模型的通信过程

A

应用层Application应用层Application

表示层Presentation表不层Presentation

会话层session会话层session

传输层transport传输层transport

网络层Network网络层Network

数据链路层DataLink数据链路层DataLink

物理层Physical物理层Physical

Internet协议体系

应用层

传输层

网络层

链路层

物理层操作系统及物理层驱动

TCP/IP的4层模型

TCP/IP

协议OSI分层

分层

应用层FTPSMTPTelnetDNSSNMP7、6、5

传输层TCPUDP4

IP,ICMP,(RIP,OSPF)

网络层3

ARP,RARP

EthernToken

TokenRingFDDIWLAN1、2

链路层etBus

必OSI和TCP/IP模型的比较

开放式系统互连参考模型是由iso制定的一个

参考模型，提供了一个参考建议；

TCP/IP是产生于早期ARPA网的一组协议，但

由于各厂家主动遵守而变成了一个事实上的工

业标准。

♦共同点：

解决异构网络的互连问题；采用了分层结构

的思想；各层次的划分和所应用的协议功能大

体相同。

必OSI和TCP/IP模型的比较

①0SI参考模型体协结构清晰，TCP/IP把功能

描述与实现细节混杂起来。如想分析更普遍的网

络通信问题，0SI模型能起到更好的效果。

②0SI详细的定义和划分了各个层次的功能，

特别是区分了物理层和数据链路层；TCP/IP却只

用一个网络接口层来代替。

③0SI提供了面向连接和面向无连接的服务，

提供了较高的可靠性；TCP/IP降低了可靠性。

④0SI造成了协议复杂、效率低下和现实困难

;TCP/IP设计目的单一，协议简单而有效，可操

作性强。

1.3IP地址

IP地址是与物理地址相对应的一种逻辑地址,

由两个部分组成：

网络标识（netid）主机标识（hostid）

网络标识用于区分不同的网络，主机标识用于

在一个网络中区分主机。如：

202.103.99.6

HF

网络号主机号

2、IP地址的表示

二进制的IP地址为32位，由4个8位的二进制数

组成，每8位之间用圆点隔开。由于二进制数不利

于记忆，通常转换成十进制数表示，其取值范围

为0〜255。

点分十

进制

转化

二进制

3、IP地址的分类

IP地址被分成了A、B、C、D、E五类，各类IP

地址结构如下：

A类

B类

C类

D类

E类

各类IP地址的范围

A类：0900。55

B类OO55

C类口55

D类：22400.0。239.255・255.255

E类：240.0・0,0。247・255・255.255

如：湖南工业大学:

IP地址的类别与规模

目前，一般具体的网络只分配到A类、B类、C类地址中

的一种。IP地址中的D类作为多目地址(multicast

address)是比广播地址稍弱的多点传送地址，用于支持

多点传输技术。E类地址保留作为将来使用。

类

每个网络的适用的网

别地址范围网络数

主机数络规模

〜

大型网络

A5512816777216

-

B16384中型网络

5565536

-

小型网络

C552097152256

4、TCP/IP对IP地址的一些规定

网络号主机号源地址目的地址代表的意义

00可以不可以在本网络上的本主机

0主机号可以不可以在本网络上的某个主机

网络号0不可以可以“网络号”所指的网络（网络地址）

对在网络号的网络上所有主机进行广播（广

网络号1不可以可以

播地址）

11不可以可以只在本网络上进行广播（有限广播地址）

127任何数可以可以用作本地软件环回测试用（回送地址）

4、TCP/IP对IP地址的一些规定

(1)主机号全“0”和全“1”的IP地址分别表示

本网络的网络地址和广播地址，不能用于主机的

IP地址。

(2)地址段127・0.0.1〜127,255・255.254也是属

于保留使用的，用于本机环路测试类IP地址。例

如，测试网卡是否正常，可采用

pingo

5、保留地址________________

无需得到ICANN批准。尽管这些地址可以被任何

组织任意使用，但他们不允许用于Internet通信。

因这些地址不会分配给某个组织，所以只能在局

域网内部使用，称为私有IP地址或保留IP地址。

类别起始地址结束地址

A类55

B类55

C类55

♦子网的概念

由于Internet规模的急剧增长，促使对IP地址

的需求激增。由此带来的问题是：第一，巨大的

网络地址管理开销，使IP地址资源严重不足；第

二，网关寻径要求急剧膨胀，“路由表”规模急

速增长。

上述问题的一种解决办法是划分子网，即把一

个网络再分为多个更小的一些网络，称为子网。

子网是一个逻辑概念，子网中的各主机的网络地

址部分是相同的。

子网编址

增加子网在IP编址系统中就是：从主机号部分拿

出几位作为子网号。这种在原来IP地址结构的基础

上增加一级地址结构的方法称为子网编址(subnet

addressing)技术或子网划分。如下图所示。

上网络号部分一|主机号部分

划分子网的好处

①混合使用多种技术，如以太网和令牌网；

②克服已有技术的缺陷，如超过每网段中最

大主机数目；

③通过对交通重定向和减少广播来减少网络

阻塞；

④便于网络的管理，划分子网以后，每个子

网看起来像一个独立的网络。

7、子网掩码

♦一个网络被划分成子网后就存在一个子网的识别

的问题，使用子网掩码(subnetmask)可以找出

IP地址中的子网部分。

♦IP协议标准规定：每一个使用子网的节点都选择

一个32位的位模式，若位模式中的某位置为1,

则对应IP地址中的某位就为网络地址(包括网络

部分和子网号)中的一位，若位模式中的某位置0,

则对应IP地址中的某位就为主机地址中的一位，

这种位模式叫做子网模(subnetmask)或子网

掩码。

7、子网掩码

♦子网掩码常常使用"点分整数表示法”来表示

一个IP地址和子网掩码。例如C类地址子网掩码

为：255,255,255.0o

(11111111.11111111.11111111.00000000)

♦由子网掩码可以获取主机IP地址的网络地址信

息，用于区分通信的两台主机是否在同一子网,

由此选择不同的路径。路由器就是利用此技术

得到网络或子网地址信息的。

7、子网掩码

则得到的掩码称为缺省子网掩码。

各类地址的缺省子网掩码表示：

A类地址：25500.0

B类地址：255・255・0.0

C类地址:255・255・255.0。

8、子网掩码举例

例1」：一个B类网络166・111.0.0,若在主机标识

中取出5位作为子网地址位，则该子网的子网掩码

是多少？

网络

地址10100110.01101111.00000000.00000000

子网11111111.11111111.11111000.00000000

掩码255,255・248.0

从主机标识中拿出5位作为子

、网地址住

8、子网掩码举例

例1・2：子网掩码与IP地址结合使用，可以区分出

一个网络地址的网络号和主机号。例如：有一个

C类地址为：1929200.15,其缺省的子网掩码

为：255・255・255・0。求其网络号和主机号。

解答步骤：

(1)将IP地址192.9・200.15转换为二进制,

11000000000010011100100000001111

将子网掩码255・255・255.0转换为二进制，

11111111111111111111111100000000

解答步骤

(2)将两个二进制数逻辑与(AND)运算后

得出的结果即为网络部分；

11000000000010011100100000001111

AND11111111111111111111111100000000

11000000000010011100100000000000

结果为1929200。即网络号为192.9・200.0。

解答步骤

(3)将子网掩码取反再与IP地址逻辑与(AND)

后得到的结果即为主机部分。

11000000000010011100100000001111

AND000000000000000000000000

00000000000000000000000000001111

结果为0・0.0・15,即主机号为15。

8、子网掩码举例

例1・3：利用子网掩码