智能交通网络构建与管理51课件

智能交通网络构建与管理/01项目一智能场站局域网部署项目一任务一智能场站网络设备部署任务二网络设备部署连线任务三网络地址配置任务四网络连通性测试任务五静态路由配置任务六动态路由配置任务三网络地址配置1．掌握网络层协议IP及IP数据报头部格式；2．掌握TCP/IP的地址、子网掩码和网关等概念；3．掌握子网划分技术和划分方法。课前学习任务单1.3任务三网络地址配置学号姓名日期学习目标1．掌握网络层协议IP及IP数据报头部格式；2．掌握TCP/IP的地址、子网掩码和网关等概念；3．掌握子网划分技术和划分方法。序号内容引导问题1简述IP地址分类及网络地址范围。引导问题2写出A、B、C类的私有地址。引导问题3简述子网掩码和网关的作用。任务评价任务三网络地址配置01040302基础知识拓展知识Q&A实训项目任务三网络地址配置任务三1.3.1IP地址网络地址（NetworkAddress）则是互联网上的节点在网络中具有的逻辑地址，可对节点进行寻址。IP地址是在互联网上给主机编址的方式，为每个计算机分配一个逻辑地址，这样不但能够对计算机进行识别，还能进行信息共享。物理地址MAC物理地址指网卡（NIC）地址，它也称为MAC地址或硬件地址，工作在数据链路层，如图1.3.1所示。物理地址是由生产厂家通过编码烧制在网卡的硬件电路上，不管它位于什么地方，物理地址总是恒定不变的。网卡地址由48位二进制数字组成（用12位十六进制数表示），例如：00-AA-00-3F-89-4A。高24位是由IEEE分配的厂商地址，低24位由生产厂商自己管理的地址（序列号），每一个网卡的物理地址在全球都是惟一的。任务三1.3.1IP地址物理地址MAC物理地址指网卡（NIC）地址，它也称为MAC地址或硬件地址，工作在数据链路层，如图1.3.1所示。物理地址是由生产厂家通过编码烧制在网卡的硬件电路上，不管它位于什么地方，物理地址总是恒定不变的。网卡地址由48位二进制数字组成（用12位十六进制数表示），例如：00-AA-00-3F-89-4A。高24位是由IEEE分配的厂商地址，低24位由生产厂商自己管理的地址（序列号），每一个网卡的物理地址在全球都是惟一的。任务三1.3.1IP地址

IP地址的结构在TCP/IP协议中，使用IP协议传输数据的包被称为IP数据包，每个数据包都包含IP协议规定的内容。IP协议规定的这些内容被称为IP数据报文（IPDatagram）或者IP数据报。IP数据报文由首部（称为报头）和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的，如图1.3.2所示。在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。任务三1.3.1IP地址任务三1.3.1IP地址

IP地址组成IP地址以32位二进制位的形式存储于计算机中。32位的IP地址结构由网络ID和主机ID两部分组成。网络ID（又称为网络标识、网络地址、网络号）用于标识互联网中的一个特定网络，标识该主机所在的网络。主机ID（又称为主机地址、主机号）则标识该网络中的一个特定连接，在一个网段内部，主机ID必须是唯一的。任务三1.3.1IP地址IP地址的编址方式携带了位置信息。通过一个具体的IP地址，马上就能知道它位于哪个网络。正是因为网络标识所给出的网络位置信息才使得路由器能够在通信子网中为IP分组选择一条合适的路径，寻找网络地址对于IP数据报文在互联网中进行路由选择极为重要。地址的选择过程就是通过互联网络为IP数据报文选择目标地址的过程。为了表示方便，国际上使用“点分十进制表示法（dotteddecimalnotation）”。即将32位的IP地址按字节分为4段，高字节在前，每个字节用十进制数表示，并且各字节之间用圆点“.”隔开，表示成w.x.y.z。这样IP地址表示成了一个用点号隔开的4组数字，每组数字的取值范围只能是0～255。利用二进制表示的IP地址可以用点分十进制00表示。

IP地址组成任务三1.3.1IP地址

IP地址组成任务三1.3.1IP地址

IP地址分类为适应不同规模的网络，可将IP地址分类，称为有类地址。每个32位的IP地址的最高位或起始几位标识地址的类别。互联网络信息中心（InterNIC）将IP地址分为A、B、C、D和E五类，如图1.3.5所示。其中A、B、C类被作为普通的主机地址，D类用于提供网络组播服务或作为网络测试之用，E类保留给未来扩充使用。每类地址中定义了它们的网络ID和主机ID各占用32位地址中的多少位，就是说每一类中，规定了可以容纳多少个网络，以及这样的网络中可以容纳多少台主机。任务三1.3.1IP地址

IP地址分类

A类地址A类地址用来支持超大型网络。A类IP地址仅使用第一个8位组标识地址的网络部分，其余的3个8位组用来标识地址的主机部分。用二进制表示时，A类地址的第1位（最左边）总是0。因此，第1个8位组的最小值为00000000（十进制数为0），最大值为01111111（十进制数为127）。但是0和127两个数保留使用。不能用作网络地址。任何IP地址第1个8位组的取值范围从1-126之间都是A类地址。任务三1.3.1IP地址

IP地址分类

A类地址A类地址用来支持超大型网络。A类IP地址仅使用第一个8位组标识地址的网络部分，其余的3个8位组用来标识地址的主机部分。用二进制表示时，A类地址的第1位（最左边）总是0。因此，第1个8位组的最小值为00000000（十进制数为0），最大值为01111111（十进制数为127）。但是0和127两个数保留使用。不能用作网络地址。任何IP地址第1个8位组的取值范围从1-126之间都是A类地址。B类地址用来支持中大型网络。B类IP地址使用4个8位组的前2个8位组标识地址的网络部分。其余的2个8位组用来标识地址的主机部分。用二进制表示时，B类地址的前2位（最左边）总是10。因此，第1个8位组的最小值为10000000（十进制数为128），最大值为10111111（十进制数为191）。任何IP地址第1个8位组的取值范围从128-191之间都是B类地址。

B类地址任务三1.3.1IP地址

IP地址分类

C类地址C类地址用来支持小型网络。C类IP地址使用4个8位组的前3个8位组标识地址的网络部分。其余的1个8位组用来标识地址的主机部分。用二进制表示时，C类地址的前3位（最左边）总是110。因此，第1个8位组的最小值为11000000（十进制数为192），最大值为11011111（十进制数为223）。任何IP地址第1个8位组的取值范围从192-223之间都是C类地址。D类地址用来支持组播。组播地址是唯一的网络地址，用来转发目的地址为预先定义的一组IP地址的分组。因此，一台工作站可以将单一的数据流传送给多个接收者。用二进制表示时，D类地址的前4位（最左边）总是1110。D类IP地址的第1个8位组的范围是从11100000～11101111，即从224-239。任何IP地址第1个8位组的取值范围从224-239之间都是D类地址。

D类地址任务三1.3.1IP地址

IP地址分类

E类地址Internet工程任务组保留E类地址作为科学研究使用。因此Internet上没有发布E类地址使用。用二进制表示时，E类地址的前4位（最左边）总是1111。E类IP地址的第1个8位组的范围是从11110000～11111111，即从240-255。任何IP地址第1个8位组的取值范围从240-255之间都是E类地址。任务三1.3.1IP地址

IP地址具有的特点（1）IP地址是一种非等级的地址结构和电话号码的结构不一样，也就是说IP地址不能反映任何有关主机位置的物理地理信息。（2）当一个主机同时连接到两个网络上时（如作路由器用的主机），该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号码（net-id）是不同的，这种主机称为多地址主机（multihomedhost）。（3）按照Internet的观点用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此，这些局域网都具有同样的网络号码。（4）在IP地址中，所有分配到同一网络号码的网络不管是小的局域网还是很大的广域网都是平等的。任务三1.3.1IP地址保留IP地址在IP地址中，有些IP地址是被保留作为特殊之用的，不能用于标识网络设备。这些保留地址空间如下：（1）网络地址用于表示网络本身，具有正常的网络号部分，主机ID部分为全“0”的IP地址代表一个特定的网络，即作为网络标识之用，如、和分别代表了一个A类、B类和C类网络。（2）广播地址IP协议规定，主机ID为全“1”的IP地址是保留给广播用的。广播地址又分为两种：直接广播地址和有限广播地址。任务三1.3.1IP地址保留IP地址（3）回送地址A类网络地址是一个保留地址，也就是说任何一个以127开头的IP地址（～55）是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机器进程间通信。这个IP地址叫做回送地址（loopbackaddress），最常见的表示形式为。（4）所有地址代表所有的主机，路由器用地址指定默认路由。任务三1.3.1IP地址保留IP地址任务三1.3.1IP地址公有地址和私有地址公有IP地址是唯一的，因为公有IP地址是全局的和标准的，所以没有任何两台连到公共网络的主机拥有相同的IP地址。所有连接Internet的主机都遵循此规则。公有IP地址是从Internet服务供应商（ISP）或地址注册处获得。另外，在IP地址资源中，还保留了一部分被称为私有地址（privateaddress）的地址资源供内部实现IP网络时使用。RFC1918留出3块IP地址空间（1个A类地址段，16个B类地址段，256个C类地址段）作为私有的内部使用的地址。根据规定，所有以私有地址为目标地址的IP数据包都不能被路由至外面的因特网上，这些以私有地址作为逻辑标识的主机若要访问外面的因特网，必须采用网络地址翻译（Networkaddresstranslation，简称NAT）或应用代理（proxy）方式。任务三1.3.1IP地址公有地址和私有地址任务三1.3.1IP地址可变长子网掩码(VLSM)如果把网络分成多个不同大小的子网，可以使用可变长子网掩码，每个子网可以使用不同长度的子网掩码。例如，如果按部门划分网络，一些网络的掩码可以为（多数部门），其他的可为（较大的部门）。在使用有类别路由协议时，因为不能跨主网络交流掩码，所以必须连续寻址且要求同一个主网络只能用一个网络掩码。对于大小不同的子网，只能按最大子网的要求设置子网掩码，造成了浪费。尤其是网络连接路由器时，两个串口只需要两个IP地址，分配的地址却和最大的子网一样。使用可变长子网掩码VLSM（VariableLengthSubnetMasking），或者说VLSM可以改变同一主网络的子网掩码的长度。在使用无类别路由协议（ClasslessRoutingProtocol）如OSPF、RIPv2、EIGRP协议时，就可以使用VLSM。使用可变长子网掩码可以让位于不同端口的同一网络编号采用不同的子网掩码，能节省大量的地址空间，允许非连续寻址则使网络的规划更灵活。任务三1.3.2子网划分子网编址模式下的地址结构为了解决IP地址资源短缺的问题，同时也为了提高IP地址资源的利用率，引入了子网划分技术。子网划分（subnetworking）是指由网络管理员将一个给定的网络分为若干个更小的部分，这些更小的部分被称为子网（subnet）。当网络中的主机总数未超出所给定的某类网络可容纳的最大主机数，但内部又要划分成若干个分段（segment）进行管理时，就可以采用子网划分的方法。为了创建子网，网络管理员需要从原有IP地址的主机位中借出连续的高若干位作为子网络ID任务三1.3.2子网划分子网掩码子网掩码（subnetmask）通常与IP地址配对出现，其功能是告知主机或路由设备，IP地址的哪一部分代表网络号部分，哪一部分代表主机号部分。子网掩码使用与IP地址相同的编址格式，即32位长度的二进制比特位，也可分为4个8位组并采用点分十进制来表示。但在子网掩码中，与IP地址中的网络位部分对应的位取值为“1”，而与IP地址主机部分对应的位取值为“0”。这样通过将子网掩码与相应的IP地址进行求“与”操作，就可决定给定的IP地址所属的网络号（包括子网络信息）。对于传统的A、B和C类网络，其对应的默认子网掩码，见表1.3.5。任务三1.3.2子网划分子网掩码任务三1.3.2子网划分子网掩码引入子网划分技术后，IP地址类的概念已不复存在。对于一个给定的IP地址，其中用来表示网络标识和主机号的位数可以是变化的，取决于子网划分的情况。将引入子网技术后的IP地址称为无类别的（classless）IP地址，并因此引入子网掩码的概念来描述IP地址中关于网络标识和主机号位数的组成情况。为了表达的方便，在书写上还可以采用诸如“X.X.X.X/Y”的方式来表示IP地址与子网掩码，其中每个“X”分别表示与IP地址中的一个8位组对应的十进制值，而“Y”表示子网掩码中与网络标识对应的位数。如上面提到的/也可表示为/8，而/则可表示为/21。任务三1.3.2子网划分子网划分的方法在子网划分时，首先要明确划分后所要得到的子网数量和每个子网中所要拥有的主机数，然后才能确定需要从原主机位借出的子网络标识位数。原则上，根据全“0”和全“1”IP地址保留的规定，子网划分时至少要从主机位的高位中选择两位作为子网络位，而只要能保证保留两位作为主机位，A、B、C类网络最多可借出的子网络位是不同的，A类可达22位、B类为14位，C类则为6位。显然，当借出的子网络位数不同时，相应可以得到的子网络数量及每个子网中所能容纳的主机数也是不同的。表1.3.6给出了A、B、C3类网络的子网络位数和子网络数量、有效子网络数量之间的对应关系，所谓有效子网络是指除去那些子网络位为全“0”或全“1”的子网后所留下的可用子网。任务三1.3.2子网划分子网划分的方法任务三1.3.2子网划分子网划分的方法任务三1.3.2子网划分子网划分的方法任务三1.3.2子网划分无类别域间路由CIDR路由器的增多不但让路由表变大，增加查找的时间，而且加大了数据处理转发的过程。通过用通配掩码代替地址类别来判定地址的网络部分，无类别域间路由CIDR（ClasslessInter-DomainRouting）使路由器能够聚合或者归纳路由信息，并且因此可以缩小路由表的大小。换句话说，只用一个地址和掩码的组合就能表示到多个网络的路由。在地址连续下，路由器可以根据IP地址的前几位决定将数据发向目的地，以加快路由转发的处理过程。超网和路由聚合实际上是同一过程的不同名称。当被聚合的网络是在共同管理控制之下时，更常用超网这个术语。超网和路由聚合实质上是子网划分的反面。超网就是将多个网络聚合起来，构成一个单一的、具有共同地址前缀的网络。也就是说，把一块连续的C类地址空间模拟成一个单一的更大一些的地址空间，模拟一个B类地址。超网的合并过程为：首先获得一块连续的C类地址空间。然后从默认掩码（）中删除位，从最右边的位开始，并一直向左边处理，直到它们的网络ID一致为止。任务三1.3.2子网划分无类别域间路由CIDR任务三1.3.2子网划分

IP地址的规划与分配当在网络层采用IP协议组建一个IP网络时，必须为网络中的每一台主机分配一个唯一的IP地址，也就是要涉及IP地址的规划问题。通常IP地址规划要参照下面步骤进行。首先，分析网络规模，包括相对独立的网段数量和每个网段中可能拥有的最大主机数。其次，确定使用公用地址还是私有地址，并根据网络规模确定所需要的网络号类别，若采用公有地址还需要向网络信息中心（NetworkInformationCenter，NIC）提出申请并获得地址使用权。最后，根据可用的地址资源进行主机IP地址的分配。任务三1.3.3网络聚合IP地址聚合，就是把两个小网络合并为一个大网络，主要是通过修改子网位实现。通俗点说就是合为一个网段。要计算IP地址聚合后的地址，其实就是比较几个IP的网络前缀，相同的部分有多少位，这多少位就是聚合后的IP，子网掩码就是把相同的网络前缀变为1，剩下的为0，算出十进制就可以了。任务三1.3.3网络聚合IP地址聚合，就是把两个小网络合并为一个大网络，主要是通过修改子网位实现。通俗点说就是合为一个网段。要计算IP地址聚合后的地址，其实就是比较几个IP的网络前缀，相同的部分有多少位，这多少位就是聚合后的IP，子网掩码就是把相同的网络前缀变为1，剩下的为0，算出十进制就可以了。任务三1.3.3网络聚合某企业分配给产品部的IP地址块为92/26，分配给市场部的IP地址块为60/27，分配给财务部的IP地址块为28/27，那么这三个地址块经过聚合后的地址为（）A./25B./26C.28/25D.28/26例【1】任务三1.3.3网络聚合某大学分配给计算机系的IP地址为28/26，分配给自动化系的IP地址块为92/26，那么这两个地址块经过聚合后的地址为（）。A、/24B、/25C、28/25D、28/24例【2】任务三1.3.3网络聚合有４条路由：/24，/24，/24，/24，如果进行路由汇聚，能覆盖这４条路由的地址是（）。A./21B./22C./22D./23例【3】任务三1.3.4Packettracer基本配置命令交换机基本配置的网络拓扑图如图，在PacketTracer模拟器中，使用Console配置线将计算机串行口连接至交换机Console端口，通过计算机超级终端软件向交换机发送命令。在模拟器网络拓扑图中，单击计算机图标，单击“Desktop”，单击“Terminal”进入终端配置模式，出现“TermianlConfiguration”终端参数配置页面，这里选用默认配置参数，单击“OK”按钮，进入终端配置模式，通过计算机RS232串行口向交换机发送配置命令。任务三1.3.4Packettracer基本配置命令交换机各个操作模式之间的切换交换机命令行界面基本功能配置交换机的名称和每日提示信息配置交换机端口参数查看交换机的系统和配置信息保存配置参数任务三1.3.5操作要领思科和锐捷设备的命令行配置界面分成若干不同的命令模式，用户当前所处的命令模式决定了可以使用的命令。交换机在不同命令模式下支持不同的命令，不可以跨模式执行命令。初学者必须掌握每条命令的模式。当进入一个命令模式后，在命令提示符下输入问号键（?），可以列出该命令模式下支持使用的命令。根据配置管理功能不同，思科和锐捷设备可以分为4种命令模式，即用户模式，特权模式，全局模式，接口模式（物理接口模式，VLAN接口模式，虚拟终端接口模式，路由接口模式等）。当用户和设备管理界面建立一个会话连接时，用户首先进入用户模式（User模式），此时可以使用用户模式的命令。在用户模式下，只可以使用少量命令，并且命令的功能也受到限制，如show命令等。在用户模式下，命令的操作结果不会被保存。命令模式任务三1.3.5操作要领若要使用所有命令，首先必须进入特权模式（Privileged模式）。通常，在进入特权模式时必须输入特权模式口令。在特权模式下，用户可以使用所有的特权模式命令，并且能够由此进入全局配置模式。在全局模式和接口模式，命令操作将对当前运行的配置参数产生影响。如果用户保存这当配置信息，则这些配置参数将被保存下来，并在系统重启时被操作执行。全局模式下的操作命令一般对设备产生全局性影响。从全局模式出发，可以进入各种接口配置模式。在接口模式下的操作命令一般只对该接口配置参数起作用。表1.3.7列出了4种命令模式，各种模式的提示符及进入每种模式的命令。这里，交换机的名字为默认的开关。命令模式任务三1.3.5操作要领命令模式任务三1.3.5操作要领获得帮助用户可以在命令提示符下输入问号键（?）列出各个命令模式支持的所有命令。用户也可以使用问号键列出相同开头的命令关键字或者命令的参数信息。用户也可以使用Tab键，自动补齐剩余命令字符。命令简写为了提高输入速度，一般使用命令简写进行配置，即只输入命令字符的前面一部分，只要确保这部分字符足够识别唯一的命令关键字。任务三1.3.5操作要领任务三1.3.5操作要领

no命令的使用几乎所有命令都有no选项。通常，使用no命令来禁止某个特性或功能，或者执行与命令本身相反的操作。理解CLI的提示信息表1.3.9列出了用户在使用CLI管理设备时经常遇到的几个错误提示信息，了解这些错误的提示信息，能够帮助初学者解决设备配置时经常遇到的问题。任务三1.3.5操作要领任务三1.3.5操作要领使用历史命令系统提供了用户最近输入命令的历史记录。该特性在输入长而且复杂的命令时非常有用，将帮助用户有效地提高输入速度。调用已经使用过的历史命令，可以按照表1.3.10所示进行操作。任务三1.3.5操作要领文件系统管理任务三1.3.5操作要领查看配置信息任务三1.3.5操作要领其他注意事项（1）在操作演示中，命令行后以“!”起始的行是对前面命令的说明，帮助理解命令格式，参数，功能和作用。（2）初学者在学习交换机操作命令时，不仅要了解完整的执行命令，而且还必须掌握操作命令的简写，以提高操作速度。在本书中为了便于理解命令的含义，不使用简写。（3）命令行操作进行自动补齐域命令简写时，要求所简写的字母能够区别该命令，例如switch#conf可以代表命令配置，但switch#con无法代表命令configure，因为以con开头的命令有两个configure和connect，设备无法区分。（4）配置设备名称，在全局配置模式中使用hostname命令时，配置设备名称的字符必须小于22个字节（5）交换机端口在默认情况下是开启的。AdminStatus是UP状态，如果该端口没有连接其他设备，则OperStatus是Down状态。任务三1.3.5操作要领其他注意事项（6）要重点掌握show命令，查看交换机的配置信息及状态。（7）用显示showrunning-config命令查看的是当前生效的配置信息，该信息存储在RAM（随机存储器)里，当交换机重启时，重新生成的交换机配置信息来自交换机Flash（非易失存合器）Startup-config，必须掌握用copy或write命令保存配置信息。01040302基础知识拓展知识Q&A实训项目任务三网络地址配置任务三1.3.6TCP协议

TCP的分段和重组在TCP/IP协议中，应用层创建的数据单元称为报文；TCP或UDP创建的数据单元称为段；网络层创建的数据单元称为数据报。TCP在通信时，发送端的TCP将长的传输划分为更小的数据单元，同时将每个数据单元组装成帧，它也称为段。每个段都包括一个用来在接收后重排的序列号、确认ID号及用于滑动窗口ARQ的窗口大小等字段。分段后的每个段都封装在IP数据报中。在接收端，TCP收集每个接收到的数据报，然后根据序列号进行重组。传输控制协议（TCP，TransmissionControlProtocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC793定义，适合于传输大量数据。任务三1.3.6TCP协议

TCP的段格式整个TCP数据段也分为“数据段头”和“数据”两部分，所谓“数据段头”就是TCP为了实现端到端可靠传输而加上的TCP控制信息，而“数据”部分则是由高层（应用层）来的用户数据。但由于TCP只有一种TPDU格式，所有类型的数据段格式都统一在如图1.3.10所示的TCP数据段格式中，不同类型数据段是通过其中的多个控制位来实现的。任务三1.3.6TCP协议端口号TCP和UDP用端口描述通信的进程，所以计算机网络中的端口是进程访问传输服务的访问点。TCP或UDP的应用程序，都有标识该应用程序的端口号，即端口号用于区分各种应用。端口号的长度是16位，所以可提供216=65536个不同的端口号。在TCP段的头部中，有源端口地址和目标端口地址，它所指的就是端口号。Internet分配号管理局公布了一个常用的端口号表，端口号1～255作为公共端口，是保留号，并将它公布于众，这样常用的进程对应哪个端口号就统一了。56～1024用于UNIX服务。除保留端口号外，还自定义1024～65536之间的本地分配端口号。本地分配方式不受网络规模的限制，但通信双方互相之间需要预先知道，如将HTTP的端口号分配为8080。任务三1.3.6TCP协议端口号任务三1.3.6TCP协议

TCP工作方式（1）建立连接（2）数据传输（3）连接释放任务三1.3.6TCP协议

TCP可靠性的实现（1）应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。这和UDP完全不同，应用程序产生的数据长度将保持不变。（2）当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。TCP有延迟确认的功能，在此功能没有打开，则是立即确认。功能打开，则由定时器触发确认时间点。（3）TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段（希望发端超时并重发）。任务三1.3.6TCP协议

TCP可靠性的实现（4）既然TCP报文段作为IP数