一．实验目的

1、区别节点、网段、广播三种类型IP地址
2、掌握IP子网掩码的两种表示方法
3、明确IP网关含义
4、掌握IP子网划分、网络规划的基本方法
5、熟悉组网仿真工具GNS3使用方法
6、学会使用路由器的基本配置命令
7、深入理解路由表基本结构、路由过程
8、学会静态路由、默认路由配置基本操作
9、掌握路由分析、网络连通故障定位的方法

二．实验环境

1、头歌基于Linux的虚拟机桌面系统
2、组网仿真工具GNS3
3、路由跟踪命令traceroute

三．相关原理或知识点

1、IP子网掩码的两种表示方法

32位IP子网掩码，特点是从高位开始连续都是1，后面是连续的0，它有以下两种表示方法
（1）传统表示法，如：255.255.255.0
（2）IP前缀（长度），如：24，表示IP地址的前24位是网络位。

2、节点、网段、广播三种类型IP地址

在IP网络中，每个通信节点、IP网段、广播地址都需要用“IP/子网掩码”表示。

3、IP子网

子网172.16.0.0/24，对应的地址块的起始地址是该子网的网络地址；对应的地址块的结束地址是该子网的广播地址；其余的IP地址属于节点地址。
共有2的8次幂-2=256-2=254个。

4、路由器典型配置命令

适用于思科(cisco)、锐捷(Ruijie)出品的交换机、路由器。网络设备所支持操作命令有许多，只能在特定的场景（操作模式）下使用，常见的操作模式有：普通用户模式（刚进入系统）、特权模式、终端配置模式、接口模式等，相邻的模式可以互相切换。

命令	含义
enable	进入特权模式
config terminal	进入终端配置模式
exit	退回到上一层模式
hostname 设备名	给设备命名
show running-config	显示当前配置
copy run start	保存当前配置
interface 接口名	进入指定的接口模式
ip address	ip地址子网掩码设置IP地址和子网掩码
shutdown	关闭当前的网络接口
no shutdown	激活当前的网络接口
ping 目标ip地址	测试两点之间网络连通性
show mac-address-table	显示MAC地址表，适用于交换机
show version	显示系统版本等信息
show users	在线用户信息查询
show interfaces 接口名	显示指定接口状态信息
show ip route	显示路由表
ip route 目标ip 目标掩码下一跳IP	添加某条静态路由
router ospf 进程号（如：1）	启动ospf路由进程
network 直连网段IP 反掩码 area 0	宣告某个IP网段（必须是本地网段），在核心网络区域

5、路由表的基本结构

构成路由表的表项称之为路由项。典型的路由表实例如下：

[目标IP/目标掩码]	[协议]	[优先级]	[开销]	[下一跳]	[本地出口]
8.0.0.0/8	RIP	100	3	130.0.0.2	Serial1/0
9.0.0.0/8	OSPF	10	50	123.0.3.21	Serial1/1
9.1.0.0/16	RIP	100	4	203.9.0.2	Ethernet0/0
9.1.15.0/24	Static	60	0	172.0.31.2	Ethernet0/1
20.0.0.0/24	Direct	0	0		FastEthernet0/0
3.3.3.2/32	Static	1	0	192.1.1.2	LoopBack0
0.0.0.0/0	Static	1	0	10.0.1.2	GigabitEthernet0

从表头行可以看出，路由表的结构由以下字段组成：
（1）目标IP
表示当前路由器某个可识别目标的IP地址，这个目标可以是IP网段，也可是IP节点。
（2）目标掩码
表示当前路由器某个可识别目标的掩码
（3）协议
表示所采用的路由协议，通常看成是当前路由项的类型。
（4）优先级
数值越小优先级越高。路由匹配第二条原则是，当有多条路由项匹配目标时，按优先级高低顺序进行选择。
（5）开销
路由匹配第三条原则是，当有多条路由项匹配目标时，优先选择开销最小的路由项。
（6）下一跳（IP）
下一台直连路由器的入口（IP）。
（7）本地出口
路由器按当前路由项转发过路报文时，所经过的网络接口（出去）。

6、路由表的作用

网络中每台路由器都用到了2个或2个以上的网络接口进行网络互连，这里每个接口称之为路由接口。每个路由接口必须设有一个IP地址，如果该接口所在IP网段还有其它用户主机或服务器，该接口就是它们的IP网关。路由表的主要作用是用于路由，路由是路由器若干功能中一个最基本的功能。当有一个报文从外部进入路由器后，路由器先判别它是过路报文，还是专门发给自己的报文，如果是过路报文，就要进行路由处理，主要步骤是：
• 用过路报文中目标IP地址，在路由表的“目标IP”表列中进行逐项比较，当前1个IP值包含在后1个IP（网段）内，或前后值相等时，称之为“匹配”。
• 当找不到匹配项时，路由器会丢弃该报文，不做转发；
• 当有多个匹配项时，按路由匹配三原则选择其一；
• 依据选中的匹配项，路由器对过路报文进行重新封装，转发给“下一跳”。

7、路由表的静态配置

例如：ip route 172.16.16.0 24 10.10.10.10
常见错误：第3个参数不合法，跳不过去。因此，要确保：
• 当前路由器跟下一跳路由器在物理层链路层直接相连
• 两侧接口IP地址属同一IP网段

8、静态路由分析

例如：图中数据为路由器R1的路由表，该路由器可以识别整个网络中4个网段级目标。
路由表中有2条直连路由项（C类型），目标指向本地直连网段192.168.12.0/24、10.1.1.0/24，对应的路由接口分别是Serial0、FastEthernet0/0；路由表中有2条静态路由项（S类型），目标指向IP网段20.1.1.0/24、192.168.23.0/24，对应的下一跳IP都是192.168.12.2，对应的优先级（管理距离）都是1，对应的开销值都是0。

四．实验任务

网络拓扑图

1、分析该网络，完成IP子网地址规划，并设置仿真网络中各主机的IP地址、子网掩码、IP网关参数：图中R1、R2、R3、R4是路由器，PC1、PC2、PC3是用户用的主机。该网络需要规划出6个IP网段（子网）。
2、为各子网内的节点（主机节点、路由接口）分配IP地址，设置仿真网络中各路由接口的IP地址。
3、查看实验三（2）的配置文件（show run）, 对得到的数据进行检查分析，若有错误的或遗漏的操作，需要重新或补充操作。对数据进行适当整理，采用本地截图工具进行截图，并复制到实验报告内，课后完成相应的分析工作。
4、在各个路由器上分别进行静态路由配置，其中在R3上必须配置默认路由。
5、查看实验三（3）的配置文件（show run）对于R3、R4路由表，要求采用本地截图工具进行截图，并复制到实验报告内，课后完成相应的分析工作。
6、网络连通测试以PC1为起点，以网络中任意一节点为目标，在PC1控制台窗口内，执行连通测试命令：ping，并将测试结果记录到实验报告中。
7、路由跟踪测试以PC1为起点，以PC3为目标,在PC1控制台窗口内，执行路由跟踪测试命令：trace，并将测试结果记录到实验报告中。

五．IP网络规划

1、IP子网地址规划

采用子网划分的方法

网段序号	IP地址	子网掩码	所需IP数	网段类型	网关IP	图中成员节点
1	192.168.1.0	24	230	用户	192.168.1.254	PC1、R1接口F0/0
2	192.168.4.0	24	2	互连	无	R1接口F0/1、R2接口F0/0
3	192.168.5.0	24	2	互连	无	R2接口F0/1、R3接口F0/0
4	192.168.2.0	24	100	用户	192.168.2.254	R3接口F0/1、PC2
5	192.168.6.0	24	2	互连	无	R2接口F1/0、R4接口F0/0
6	192.168.3.0	24	60	用户	192.168.3.254	R4接口F0/1、PC3

2、IP地址分配表

序号	节点名称	IP地址/子网掩码	网关IP
1	PC1	192.168.1.1/24	192.168.1.254
2	R1接口F0/0	192.168.1.254/24	无
3	R1接口F0/1	192.168.4.1/24	无
4	R2接口F0/0	192.168.4.254/24	无
5	R2接口F0/1	192.168.5.254/24	无
6	R3接口F0/0	192.168.5.1/24	无
7	R3接口F0/1	192.168.2.254/24	无
8	PC2	192.168.2.1/24	192.168.2.254
9	R2接口F1/0	192.168.6.254/24	无
10	R4接口F0/0	192.168.6.1/24	无
11	R4接口F0/1	192.168.3.254/24	无
12	PC3	192.168.3.1/24	192.168.3.254

六．网络基本配置

(这里以R2、PC1、R3为例，略去“！”)
1、完成IP子网地址规划，并设置仿真网络中各主机的IP地址、子网掩码、IP网关参数（R2）

enable
config terminal
interface f0/0
ip address 192.168.4.254 255.255.255.0
no shutdown
exit
interface f0/1
ip address 192.168.5.254 255.255.255.0
no shutdown
exit
interface f1/0
ip address 192.168.6.254 255.255.255.0
no shutdown
exit
exit
write

2、为各子网内的节点（主机节点、路由接口）分配IP地址，设置仿真网络中各路由接口的IP地址（PC1）

ip 192.168.1.1 255.255.255.0

3、在各个路由器上分别进行静态路由配置，其中在R3上必须配置默认路由（R3）

enable
config terminal
ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.5.254
ip route 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.5.254
ip route 192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.5.254
ip route 192.168.6.0 255.255.255.0 192.168.5.254
ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.5.254
exit
write

PC1设置

路由器设置（R2）

show run（R2）

R2#show running-config
Building configuration…
Current configuration : 924 bytes //当前配置所占字节数
version 12.4 // 版本号
service timestamps debug datetime msec //显示以打开服务时间戳日志
service timestamps log datetime msec // 服务时间戳日志日期
no service password-encryption //没有enable密码
hostname Router //路由器名
boot-start-marker //引导-开始-标记
boot-end-marker // 引导-结束-标记
no aaa new-model //没有开启3A
resource policy //资源策略
memory-size iomemze 5 //5%的内存用作IO缓存
ip cef //已开启CEF
interface FastEthernet0/0 //R2接口f0/0
ip address 192.168.4.254 255.255.255.0 //f0/0接口IP及其子网掩码
duplex auto //双工（双向的资料传输）自动适应
speed auto //速度自动适应
interface FastEthernet0/1
ip address 192.168.5.254 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
interface FastEthernet1/0
ip address 192.168.6.254 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
interface FastEthernet2/0
no ip address
shutdown //关闭当前的网络接口
duplex auto
speed auto
ip forward-protocol nd //udp广播 nd的转发
ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.4.1 //目标地址NAT的路由指向转换为目的地方向
ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.5.1
ip route 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.6.1
no ip domain lookup //禁止域名查找
ip http server //以打开HTTP服务
no ip http secure-server //未打开HTTP服务器的安控服务器
control-plane // 控制平面
line con 0 // line口的信息
line aux 0 //辅助接口配置模式
line vty 0 4 //VTY线路有0到4共5条
login //登录信息
end //结束

静态路由设置（R3）

七．静态路由、默认路由配置

1、R3路由表及其分析

R3路由表

图中数据为路由器R3的路由表，该路由器可以识别整个网络中7个网段级目标。
路由表中有2条直连路由项（C类型），目标指向本地直连网段192.168.5.0/24、192.168.2.0/24，对应的路由接口分别是FastEthernet0/0、FastEthernet0/1；路由表中有4条静态路由项（S类型），目标指向IP网段192.168.1.0/24、192.168.3.0/24、192.168.4.0/24、192.168.6.0/24，对应的下一跳IP都是192.168.5.254，对应的优先级（管理距离）都是1，对应的开销值都是0;路由表中有1条默认路由项（S*类型），目标指向192.168.5.254。

2、R4路由表及其分析

R4路由表

路由表中有2条直连路由项（C类型），目标指向本地直连网段192.168.3.0/24、192.168.6.0/24，对应的路由接口分别是FastEthernet0/0、FastEthernet0/1；路由表中有4条静态路由项（S类型），目标指向IP网段192.168.1.0/24、192.168.2.0/24、192.168.4.0/24、192.168.5.0/24，对应的下一跳IP都是192.168.5.254，对应的优先级（管理距离）都是1，对应的开销值都是0。

3、网络连通测试

ping

ping 192.168.3.1    //PC1 ping PC3

一共发送了五个数据包，均能到达，说明以PC1（IP为192.168.1.1）为起点，以PC3为目标（IP为192.168.3.1），路由成功。

4、路由跟踪测试

路由跟踪


trace 192.168.3.1    //PC1 ping PC3

数据包从PC1发送到PC3，沿途依次经过192.168.1.254、192.168.4.254、192.168.6.1、192.168.3.1，最终到达目的地（包已经到了目标主机但无返回信息。）

八．实验总结

路由处理的步骤：

• 用过路报文中目标IP地址，在路由表的“目标IP”表列中进行逐项比较，当前1个IP值包含在后1个IP（网段）内，或前后值相等时，称之为“匹配”。
• 当找不到匹配项时，路由器会丢弃该报文，不做转发；
• 当有多个匹配项时，按路由匹配三原则选择其一；
• 依据选中的匹配项，路由器对过路报文进行重新封装，转发给“下一跳”。

路由匹配的三大原则是：

• 当有多条路由项匹配目标时，以其 IP 地址或网络号最长匹配的作为最佳路由。
• 当有多条路由项匹配目标时，按优先级高低顺序进行选择。
• 当有多条路由项匹配目标时，优先选择开销最小的路由项。

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