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实验5： IPV4地址-分类地址和构建超网
一、实验目的
- 加深对网络体系结构的理解。
- 验证分类地址IP的作用
- 对路由器的功能进行初步理解
- 验证子码掩码的作用
- 构建超网
- 了解默认网关的作用
- 手动配置静态路由
二、实验环境
Cisco Packet Tracer 模拟器
三、实验内容
（一）IPV4地址-分类地址
C类IP地址的前三个字节表示网络号，最后一个字节表示主机号。主机号的取值范围是0~255（其中0为网络地址，255为广播地址）。子网掩码虽然暂时未介绍，但可以使用默认的子网掩码。为了让两台主机可以直接通信，它们的网络部分必须相等，即属于同一个网络。
实验步骤：
构建网络拓扑并配置IP，如图1所示。
图1 构建网络拓扑
查看两台主机的连接状态，如图2所示。证明同一网络的主机可以相互通信。
图2 ping 另一台主机
将右边主机的IP修改为另一个网络，如图3所示。
图3修改主机IP
4. 再次验证能否通信，可以看到请求超时，如图4所示。证明不同网络的主机不可以相互通信。
图4
5. 重新构建网络拓扑，添加路由器，并配置端口IP，在路由器的接口上配置IP地址，确保与主机所在网络中的IP地址网络部分相等。点击打开路由器的接口，使其变为可用状态。如图5、6所示.
图 5
图 6
再次验证两台主机是否能够连通，会看到依旧请求超时，如图7所示。
图 7
默认网关可以帮助主机将数据包转发出去，为两台主机配置网关，如图8、9所示。
图8
图9
8. 再次验证连通性，可以看到第一个超时，剩下三个都正常回来了，这是因为路由器需要先发ARP请求确定目标主机的MAC地址，才能将数据包转发给目标主机，如图10所示。
图10
再次验证连通性，可以看到没有超时了，这是因为在拼接数据包的过程中，当要将数据包发送给路由器时，需要先进行ARP广播请求获取目标主机的MAC地址。这个过程可能会导致超时，因为主机和路由器之间还没有建立好MAC地址的映射关系。但是一旦进行了一次成功的通信，就可以将目标主机的MAC地址缓存起来，以后不再需要广播请求，从而避免超时。如图11所示。
图 11
（二）IPV4地址-构建超网
实验步骤：
- 构建网络拓扑并依次配置IP地址、子网掩码。如图12~16所示。
图 12
图 13
图 14设置路由器1端口0的IP
图 15 设置路由器1端口1的IP
图 16 设置路由器1端口2的IP
- 现在上面的两台主机应该可以通信，下面两台主机可以通信，但是上面和下面的主机应该不可以通信，因为没有配置网关，我们来验证一下。如图所示。
图 17下面两台主机相互连通
图 18 上面两台主机相互连通
图 19 上面的主机ping下面的主机，请求超时
- 给主机依次配置默认网关，如图20~22所示。
图 20
图 21
图 22
4. 再次验证上面主机和下面主机的连通性，可以看到第一个超时，剩下三个都正常回来了，这是因为路由器需要先发ARP请求确定目标主机的MAC地址，才能将数据包转发给目标主机，如图23所示。
图 23
5. 验证上面主机和右边主机的连通性，发现无法确定目标位置，这是因为对于直接相连的网络，路由器可以自行得出，但对于间接相连的网络，需要我们进行手动配置。需要指定每个网络的下一跳地址，以及控制从哪个接口转发数据包。只有进行正确的路由配置，各主机之间才能够进行完全的通信。如图24所示。
图 24
- 给路由器添加静态路由，如图25~27所示。
图 25配置第一个路由器
图 26查看第一个路由表
图 27配置第二个路由器
7. 再次验证上面主机和右边主机的连通性，发现前两次超时，其原因也和上面一样，如图28、29所示。
图 28
图29再次ping发现不会超时了
- 验证右边主机和下面主机的连通性，发现不会超时，如图30所示。
图 30
- 路由聚合是指将多个较小的地址块合并成一个更大的地址块，以减少路由表中的路由记录数量。这样可以降低存储器空间占用，并提高查找路由表的速度，一般是寻找共同前缀的方法来进行路由聚合。共同前缀是指一组地址块中具有相同的最长公共二进制前缀的部分，我们发现第二个路由器的两个静态路由可以聚合，来验证一下结果。
图 31将之前的静态路由移除
- 图 32添加新的静态路由
图 33验证上面主机和右边主机的连通性
图 34 验证下面主机和右边主机的连通性
四、实验体会
在这次计算机网络实验中，我深入了解了IPv4地址的分类地址和如何构建超网。以下是我对实验的理解和体会：
- 加深对网络体系结构的理解：通过实际操作，我更加清晰地理解了网络体系结构的分层思想，以及每一层的功能和责任。特别是路由器的作用，它不仅仅是连接不同网络的设备，更是实现数据包转发的关键节点。
- 验证分类地址IP的作用：C类IP地址的前三个字节表示网络号，最后一个字节表示主机号。这种划分方式使得我们可以有效地组织和管理大量的IP地址。通过实验，我看到了同一网络内的主机可以直接通信，而不同网络的主机则需要通过路由器进行通信。
- 对路由器的功能进行初步理解：路由器是网络的核心设备，它负责将数据包从源地址转发到目的地址。在实验中，我了解到路由器需要先发ARP请求确定目标主机的MAC地址，才能将数据包转发给目标主机。
- 验证子码掩码的作用：子码掩码用于划分IP地址的网络部分和主机部分。通过实验，我看到了默认的子网掩码可以帮助我们快速地配置网络和主机的IP地址。
- 构建超网：超网是一种将多个小的连续CIDR块合并为一个大的CIDR块的技术。这样做的好处是可以简化路由表，减少路由记录的数量，从而提高路由查找的速度。在实验中，我成功地将两个子网聚合为一个超网，并验证了其有效性。
6.** 默认网关的重要性**：默认网关是数据包从一个网络到达另一个网络的“桥梁”。在实验中，我看到了当两台主机没有配置默认网关时，它们之间无法直接通信。但一旦配置了默认网关，数据包就可以被正确地转发到目的地。
手动配置静态路由：在某些情况下，如间接相连的网络，我们需要手动配置静态路由。这要求我们对网络拓扑有深入的了解，并能够正确地指定每个网络的下一跳地址和数据包转发接口。
