【文章內容簡介】 子網掩碼 ，只要是一串連續(xù)的 1（不少于 8個）和一串連續(xù)的 0就可以了（每段都是 8位）。如，這也是一段合法的 子網掩碼 。 子網掩碼 決定的是一個子網的計算機數(shù)目，計算機公式是 2的 m次方，其中，我們可以把 m看到是后面的多少個 0。如 ，那就是，后面有 8個 0，那 m就是 8， 子網掩碼 可以容納 2的 8次方（臺）電腦，也就是 256臺，但是有兩個 IP 是不能用的，那就是最后一段不能為 0和 255，減去這兩臺，就是 254臺 。 IP 子網劃分 子網的劃分，實際上就是設計 子網掩碼 的過程。 子網掩碼 主要是用來區(qū)分 IP 地址中的網絡 ID和 主機 ID，它用來屏蔽 IP 地址的一部分，從 IP 地址中分離出網絡 ID和主機南京郵電大學 20xx 級 畢業(yè)論文 12 4個十進制數(shù)組成的數(shù)值 中間用 .分隔，如 。若將它寫成二進制的形式為 :，其中為 1的位分離出網絡 ID,為 0的位分離出 主機 ID，也就是通過將 IP 地址與子網掩碼進行 與 邏輯操作，得出網絡號。 例如，假設 IP 地址為 ， 子網掩碼 為 ，則網絡 ID為,主機 ID為 。計算機網絡 ID的不同，則說明他們不在同一個物理子網內，需通過 路由器 轉發(fā)才能進行數(shù)據(jù)交換。 每類地址具有默認的 子網掩碼 :對于 A類為 ，對于 B類為 ，對于C 類為 。除了使用上述的表示方法之外，還有使用子網掩碼中 1的位數(shù)來表示的，在默認情況下， A類地址為 8位， B類地址為 16位， C 類地址為 24位。例如， A類的某個地址為 ，這里的最后一個 8說明該地址的 子網掩碼 為 8位，而。 如果希望在一個網絡中建立子網，就要在這個默認的 子網掩碼 中加入一些位，它減少了用于 主機地址 的位數(shù)。加入到掩碼中的位數(shù)決定了可以配置的子網。因 而，在一個劃分了子網的網絡中，每個地址包含一個 網絡地址 、一個子網位數(shù)和一個主機地址。 生成樹協(xié)議（ STP）技術 生成樹（ spanningtree protocol）可以在有物理環(huán)路的網絡中阻止 2 層環(huán)路的產生，如圖 41所示。生成樹協(xié)議能夠自動發(fā)現(xiàn)冗余網絡拓撲中的環(huán)路，保留一條最佳鏈路做轉發(fā)鏈路，阻塞其他冗余鏈路，并且在網絡拓撲結構發(fā)生變化的情況下重新計算，保證所有網段的可達且無環(huán)路。 圖 41 STP 協(xié)議的作用 生成樹協(xié)議 STP 的運作過程 （ 1）根橋的選擇 南京郵電大學 20xx 級 畢業(yè)論文 13 圖 42 根橋的選擇 根橋的選舉的依據(jù)是網橋優(yōu)先級和網橋 MAC 地址組合成的橋 ID（ Bridge ID），橋ID最小的網橋將成為網絡中的根橋。各網橋都以默認配置啟動，在網橋優(yōu)先級都一樣（默認優(yōu)先級是 32768）的情況下， MAC 地址最小的網橋成為根橋，它的所有端口的角色都成為指定端口，進入轉發(fā)狀態(tài)；其他的網橋均為非根橋。如圖 42 所示，兩個 網橋的優(yōu)先級是一樣，此時 Switch X的 MAC 地址較小，則為根橋； Switch Y為非根橋。 當收到其他交換機發(fā)出的 BPDU并且其中包含比自己的橋 ID小的根橋 ID時，交換機將此學習到的具有最小橋 ID的交換機作為 STP 的根橋。 當所有交換機都發(fā)出 BPDU后，具有最小橋 ID的交換機被選擇作為整個網絡的根橋。根橋選舉出以后，在正常情況下只有根橋每隔 2 秒鐘從所有指定端口發(fā)出 BPDU。 （ 2） STP 的端口類型的確定 圖 43 STP 的端口類型的確定 STP 的端口類型 包括指定端口、根端口以及阻塞端口三種。 （ 1） 指定端口的選擇規(guī)則： ① 根 橋上的端口均是指定端口； ② 每條鏈路上有且只有一個指定端口 DP； ③ 判斷：路徑開銷＋ BridgeID(優(yōu)先級＋ＭＡＣ地址 )； 其中，路徑開銷 =100M/鏈路帶寬；當拓撲結構比較復雜時，指定端口的確定要通過路徑開銷的大小來確定。 南京郵電大學 20xx 級 畢業(yè)論文 14 （ 2） 根端口、阻塞端口的選擇規(guī)則： ① 根端口是針對非根橋而言的； ② 每個非根橋上有且只有一個根端口 RP； ③ 根端口是到根橋最近的端口； 判斷：路徑開銷 ＋ BridgeID(優(yōu)先級＋ＭＡＣ地址 )+PortID 除了指定端口和根端口以外，剩余的端口就是阻塞端口，從而有效阻止了 2層環(huán)路的形成，保證了整個網絡的可靠性和安全性。如圖 43所示。 其 中端口 ID有 1 字節(jié)端口優(yōu)先級與 1字節(jié)端口號組成。根路徑開銷為到達根橋所經過的所有端口開銷的總和 。 圖 44 STP 的端口類型的產生 當非根橋檢測到了環(huán)路的存在后，必須保留一條鏈路做轉發(fā)鏈路，阻塞掉其 他冗余鏈路，選擇轉發(fā)鏈路的方式為：首先選擇鏈路開銷最小的鏈路做轉發(fā)鏈路， 如果存在多條鏈路開銷相等且具有最小開銷的鏈路則選擇有最小轉發(fā)橋 ID的鏈路，如果存在多條橋ID相同的有最小鏈路開銷的鏈路則選擇有最小轉發(fā)端口 ID的鏈路。 如圖 44所示。 VLAN 技術 VLAN 的定義 VLAN（ Virtual Local Area Network）即虛擬局域網，是一種通過將局域網內的設備邏輯地而不是物理地劃分成一個個網段從而實現(xiàn)虛擬工作組的新興技術。 VLAN 是為解決以太網的廣播問題和安全性而提出的一種協(xié)議，它在以太網幀的基礎上增加了 VLAN頭，用 VLAN ID 把用戶劃分為 更小的工作組，限制不同工作組間的用戶二層互訪，每個工作組就是一個虛擬局域網。虛擬局域網的好處是可以限制廣播范圍，并能夠形成虛擬工作組，動態(tài)管理網絡。 南京郵電大學 20xx 級 畢業(yè)論文 15 VLAN 是一個廣播域，其中的成員仿佛共享同一物理網段一樣。不同 VLAN 成員不能直接訪問。在 VLAN 中，劃分在同一廣播域中的成員并沒有任何物理或地理上的限制，它們可以連接到一個交換網絡中的不同交換機上。廣播分組、未知分組及成員之間的數(shù)據(jù)分組都被限定在 VLAN 之內。 VLAN 的優(yōu)點 （ 1） 區(qū)段化：使用 VLAN 可將單一的交換架構，一個廣播域分隔成多個廣播 域，相當于分隔出物理上分離的多個單獨的網絡。即將一個網絡進行區(qū)段化，減少每個區(qū)段的主機數(shù)量，提高網絡性能。 （ 2） 靈活性： VLAN 配置、成員的添加、移去和修改都是通過在交換機上進行配置實現(xiàn)的。一般情況下無須更改物理網絡與增添新設備及更改布線系統(tǒng)，所以 VLAN 提供了極大的靈活性。 （ 3） 安全性：將一個網絡劃分 VLAN 后，不同 VLAN 內的主機間通訊必須通過 3 層設備，而在 3 層設備上可以設置 ACL 等實現(xiàn)第 3 層的安全性，即 VLAN 間的通訊是在受控的方式下完成的。相對于沒有劃分 VLAN 的網絡，所有主機可直接通訊而言， VLAN 提供了較高的安全性。另外用戶想加入某一 VLAN 必須通過網絡管理員在交換機上進行配置才能加入特定 VLAN，相應的提高了安全性。 VLAN 的應用 每個 VLAN 相當于一個物理上獨立的網橋，不同 VLAN 成員不能直接訪問。 VLAN 可以跨越交換機，不同交換機上相同 VLAN 的成員處于一個廣播域，可以直接相互訪問。由于VLAN 的劃分是基于交換機的物理端口，交換機從連接主機的某個端口上接收到一個數(shù)據(jù)幀，交換機知道這個數(shù)據(jù)幀是屬于哪個 VLAN 的。 但是對于連接 2臺交換機的鏈路而言，此鏈路需要承載不同 VLAN 的 數(shù)據(jù)，連接此鏈路的交換機的端口不屬于某個特定 VLAN。如果不對數(shù)據(jù)幀做標記，交換機對從這樣的鏈路上接收到的數(shù)據(jù)幀將無法確定所屬的 VLAN。所以交換機將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到這樣的鏈路前必須對數(shù)據(jù)幀做標記，即每一個數(shù)據(jù)幀都被加上了一個標記，用來確定該分組所屬的VLAN。 VLAN 的標記使交換機能夠將來自不同 VLAN 上的業(yè)務流復用到一條 物理線路上。 如圖 45。 南京郵電大學 20xx 級 畢業(yè)論文 16 圖 45兩個交換機的 VLAN 連接 VLAN 間通信的路由選擇 （ 1）普通路由 按照傳統(tǒng)的建網原則，我們應 該從每一個需要進行互通的 VLAN 單獨建立一個物理連接到路由器，每一個 VLAN 都要獨占一個交換機端口和一個路由器端口。，路由器上的路由接口和物理接口是一對一的對應關系，路由器在進行 VLAN 間路由的時候就要把報文從一個路由接口轉發(fā)到另一個路由接口上，同時也是從一個物理接口上轉發(fā)到其他的物理接口上去。 （ 2） 單臂路由 如果路由器以太網接口支持 封裝可實現(xiàn)單臂路由的方式。單臂路由的概念在 VLAN 一章已經介紹過，使用這種技術，可以使多個 VLAN 的業(yè)務流量共享相同的物理連接，通過在單臂路由的物理連接上傳遞打標記 的幀將各個 VLAN 的流量區(qū)分開來。 在做 VLAN 間互通的時候，對于網絡中多個 VLAN，只需要共享一條物理鏈路。在交換機上配置連接到路由器的端口設置為 trunk 端口，在路由器上支持 封裝的以太接口設置多個子接口，將路由器的以太口子接口設置封裝類型為 dot1Q。指定此子接口與哪個 VLAN 關聯(lián)，既此子接口處于哪個 VLAN 的廣播域之中，然后將子接口的 IP 地址設置為此 VLAN 成員的缺省網關地址。 （ 3） 三層 /多層交換機方式 （路由交換機） 三層交換機使用硬件技術，采用巧妙的處理方法把二層交換機和路由器在網絡中的 功能集成到一個盒子里。所有三層交換機上可見的物理接口都是具有 2 層功能的端口（ port），其 3 層接口（ interface）可以通過配置創(chuàng)建。創(chuàng)建的 3層接口是基于 VLAN 的，既此 VLAN 的所有成員可直接訪問到的一個邏輯接口，其 IP 地址被配置為這個 VLAN 中其他所有主機的缺省網關地址。而對于三層交換機而言，在本交換機上基于 VLAN 創(chuàng)建的這些 3層接口被視為直連路由。這樣就提高了網絡的集成度，增強了轉發(fā)性能。 路由技術 路由的概念 南京郵電大學 20xx 級 畢業(yè)論文 17 路由器提供了將異構網互聯(lián)的機制，實現(xiàn)將一個數(shù)據(jù)包從一個網絡發(fā)送到另 一個網絡。路由 就是指導 IP 數(shù) 據(jù)包發(fā)送的路徑信息。 在互聯(lián)網中進行路由選擇要使用路由器，路由器只是根據(jù)所收到的數(shù)據(jù)包頭的目的地址選擇一個合適的路徑（通過某一個網絡），將數(shù)據(jù)包傳送到下一個路由器，路徑上最后的路由器負責將數(shù)據(jù)包送交目的主機。 路由協(xié)議原理 根據(jù)路由信息產生的方式和特點，也就是路由是如何生成的，路由可以被分為直連路由、靜態(tài)路由、缺省路由和動態(tài)路由等。 直連路由：路由器接口上配置的網段地址會自動出現(xiàn)在路由表中并與接口關聯(lián) ,這樣的路由叫做直連路由。直連路由是由鏈路層發(fā)現(xiàn)的。其優(yōu)點是自動發(fā)現(xiàn) 、開銷??；缺點是只能發(fā)現(xiàn)本接口所屬網段。 靜態(tài)路由：系統(tǒng)管理員手工設置的路由稱 之為靜態(tài)（ static） 路由，一般是在系統(tǒng)安裝時就根據(jù)網絡的配置情況預先設定的，它不會隨未來網絡拓撲結構的改變自動改變。 缺省路由 ： 用來指明一些在下一跳沒有明確地列于路由表中的數(shù)據(jù)單元應如何轉發(fā)。對于在路由表中找不到明確路由條目的所有的數(shù)據(jù)包都將按照缺省路由指定的接口和下一跳地址進行轉發(fā)。 動態(tài)路由協(xié)議 ： 動態(tài)路由可以自動學習和記憶網絡運行情況，在需要時自動計算數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴崖窂健Ｋm應大規(guī)模和復雜的網絡環(huán)境下的應用。配置了動態(tài)路由 選擇協(xié)議后，動態(tài)路由協(xié)議通過交換路由信息，生成并維護轉發(fā)引擎所需的路由表。當網絡拓撲結構改變時動態(tài)路由協(xié)議可以自動更新路由表，并負責決定數(shù)據(jù)傳輸最佳路徑。 RIP 協(xié)議 RIP 協(xié)議是基于 BellmanFord 的距離矢量算法 (Distance Vector Algorithms)的， RIP 協(xié)議允許一條路徑最多包含 15個路由器 (經過 15 個 )；在 RFC 1058 中有詳細描述；在網絡產生環(huán)路的情況下，可能要經歷 710 分鐘才能達到收斂！ RIP 協(xié)議的工作過程：開始時， RIP 從每個啟用 RIP 協(xié)議的接口廣播 出帶有請求消息的數(shù)據(jù)包；接著， RIP 程序進入一個循環(huán)狀態(tài)，不斷地偵聽來自其他路由器的 RIP 請求或響應消息，而接收請求的鄰居路由器則回送包含它們的路由表的響應消息。 RIP 協(xié)議 的特點 ： 南京郵電大學 20xx 級 畢業(yè)論文 18 (1) 僅和相鄰的路由器交換信息。如果兩個路由器之間的通信不經過另外一個路由器，那么這兩個路由器是相鄰的。 RIP 協(xié)議規(guī)定，不相鄰的路由器之間不交換信息。 (2) 路由器交換的信息是當 前本路由器所知道的全部信息。即自己的路由表。 (3) RIP 支持水平分割、毒性逆轉和觸發(fā)更新等工作機制防止路由環(huán)路。 (4) 按固 定時間交換路由信息 。 南京郵電大學 20xx 級 畢業(yè)論文 19 第五章 小區(qū)網絡方案設計 網絡拓撲結構 小區(qū)總體的拓撲圖如下： 圖 51 小區(qū)網絡拓撲圖 小區(qū)