校园网ip划分.docx
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校园网ip划分.docx
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校园网ip划分
摘要
随着互联网的不断发展,人们之间的距离也不再那么遥远,信息交流也是越来直接快捷,方便。
当代的信息技术,也正在以惊人的速度改变着人们的工作方式、学习方式、思想方式和管理方式。
校内网作为网络在于教育的应用,也同样在不同程度上改变着学校教育教学工作的传统观念,并通过教育信息化建设,推动着学校各项工作跃上新台阶。
校园网络建设已逐步成为学校的基础建设项目,成为衡量一个学校教育信息化、现代化的重要标志。
搞好校园网建设,构建现代化的教育环境,是教育现代化的重要内容,也是形成现代化办学体系的重要组成部分。
关键字:
校园网、TCP/IP协议、IP地址、IP分配
ABSTRACT
WiththecontinuousdevelopmentoftheInternet.Thedistancebetweenpeopleisnolongerdistant.Exchangeofinformationisincreasinglydirectandefficient.Thewayofpeople'swork,learningstyles,thinkingandmanagement,haschangingveryfast,atthecontemporaryIT.AsthenetworkistheapplicationofeducationTheschoolnetworkhaschangingthetraditionalconceptofeducationteachinginvaryingdegrees,Andthroughtheinformationconstructionofeducationtopromotetheworkoftheschooluptoanewstage.Theconstructionoftheschoolnetworkhasbecomingthebasisofschoolconstructionproject,anditbecomestheimportantsymbolofmeasurethemodernizationandinformatizationofschooleducation.It'stheimportantcontentsofmodernizationeducationthathasagreatconstructionoftheschoolnetworkandbuildsamoderneducationalenvironmentAndit'stheimportantpartofTheformationofthemodernschoolsystem.
Keywords:
campusnetwork、TCP/IPprotocol、IPaddress、IPAssignment
目录
第1章引言1
第2章TCP/IP协议2
2.1TCP/IP简介2
2.1.1TCP/IP层级结构2
2.2TCP/IP互联网概念结构3
2.3IP协议3
2.3.1IP的三个重要作用:
3
2.3.2IP数据报4
2.4TCP协议5
2.4.1TCP的3个重要作用:
5
2.4.2TCP数据报6
第3章IP地址与域名8
3.1IP地址8
3.2IP地址结构8
3.2.1网关地址9
3.3子网划分9
3.3.1子网9
3.3.2子网掩码10
3.4IPv611
第4章需求分析12
4.1实用性与先进性12
4.2开放性与标准化12
4.3经济性与可扩充性12
4.4校园网提供的功能12
4.5业务需求分析13
第5章IP划分14
5.1网络拓扑结构14
5.2VLAN15
5.3校园网的拓扑图17
5.4IP规划18
5.4.1整体结构设计18
5.4.2IP规划18
结论21
参考文献22
致谢23
第1章引言
由于网络的发展,校园网已经普及到各大校园。
在网络信息时代的今天,面向新的需求和挑战,为了学校的科研、教学、管理的技术水平,为研究开发和培养高层次人才建立现代化平台,Intranet/Internet技术的高速多媒体校园网。
整个高速多媒体校园网建设原则是"经济高效、领先实惠",既要领先一步,具有发展余地,又要比较实惠。
校园网是集计算机技术、网络技术、多媒体技术于一体的系统,能够最大限度地调动学生对教学内容的参与性以及积极性。
校园网建设的目标主要是建立以校园网络为基础的行政、教学及师生之间交互式管理系统,逐步建立学校信息管理网络,实现办公自动化;为开展网上远程教学、多媒体交互式立体教学模式的探索提供高速、稳定的支持平台;逐步建立计算机辅助教学、计算机辅助考试等系统,为实现多媒体课件制作网络化,教师备课电子化、多媒体化打好基础;保证网络系统的开放性、可持续发展性,便于以后集成视频会议、视频点播等高层次教学功能。
建设一个以办公化自动化、计算机辅助教学、现代计算机校园文化及办公自动化为核心,以现代网络为依托,技术先进、扩展性强、能覆盖主要楼宇的校园主干网络,将学校的各种PC机、工作站、终端设备和局域网连接起来,并与有关广域网相连接,获取Internet网络上的教育资源。
形成结构合理、内外沟通的校园计算机网络系统,在基础上建立能满足教学、科研和管理工作需要的硬件环境,开发各类信息库和应用系统,为学校各类人员提供充分的网络信息服务。
第2章TCP/IP协议
2.1TCP/IP简介
TCP/IP协议是在1973年最早由斯坦福大学两名研究员提出的。
随后推出TCP/IP体系结构和协议规范。
它具有良好的跨平台性使其逐步称为Internet的标准协议,通过采用了TCP/IP协议,不同的操作系统、不同结构的多种物理网络之间都可以进行通信。
TCP/IP协议其实是一个协议簇,除了TCP协议,IP协议外还包含了其他一些协议。
每种协议都采用了不同的格式和不同的方式传输数据,它们都是Internet的基础。
他们之间是一种相互补充、相互配合的多个协议的集合。
2.1.1TCP/IP层级结构
TCP/IP采用了4层的层级结构,每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。
分别是网络接口层、网络层、传输层、应用层。
(a.)应用层。
向用户提供一组常用的应用程序,比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。
应用层一般是面向用户的服务。
如FTP、TELNET、DNS、SMTP、POP3。
(b.)传输层。
提供应用程序间的通信。
其功能包括:
一、格式化信息流;二、提供可靠传输。
为实现后者,传输层协议规定接收端必须发回确认,并且假如分组丢失,必须重新发送。
传输层协议主要是:
传输控制协议TCP(TransmissionControlProtocol)和用户数据报协议UDP(UserDatagramprotocol)。
(c.)Internet层。
负责相邻计算机之间的通信。
其功能包括三方面。
a.处理来自传输层的分组发送请求,收到请求后,将分组装入IP数据报,填充报头,选择去往信宿机的路径,然后将数据报发往适当的网络接口。
b.处理输入数据报:
首先检查其合法性,然后进行寻径--假如该数据报已到达信宿机,则去掉报头,将剩下部分交给适当的传输协议;假如该数据报尚未到达信宿,则转发该数据报。
c.处理路径、流控、拥塞等问题。
网络层包括:
IP协议、ICMP控制报文协议、ARP地址转换协议、RARP反向地址转换协议。
(d.)数据链路层。
数据链路层是负责接收IP数据包并通过网络发送之,或者从网络上接收物理帧,抽出IP数据报,交给IP层。
常见的接口层协议有:
Ethernet802.3、TokenRing802.5、X25、Framerelay、HDLC、PPPATM等。
2.2TCP/IP互联网概念结构
Internet软件围绕着三个层次的概念化网络服务而设计。
最底层的服务被定义为不可靠的、尽最大努力传送的和无连接的分组传送系统,这种机制称为Internet协议,即IP协议。
(所谓不可靠,指的是不能保证正确传送,分组和可能丢失、重复、延迟或不按顺序传送,并且服务不检测这些情况,也不通知发送方和接收方。
而无连接,指的是每个分组都是独立处理的,可能经过不同的路径,可能会丢失,有的则可能到达。
尽最大努力传输,则指的是Internet软件尽最大努力来传送每个分组,到资源用尽或者底层网络出现故障为止。
)中间层是一个可靠的传送服务,对应TCP协议,Internet数据传输的可靠性就由该层来保证,同时也为应用层提供了一个有效平台。
最高层就是应用服务层。
2.3IP协议
IP协议是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则,规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。
它是最基本的软件,没台准备通信的计算机都必须有IP软件主流在其内存中。
IP地址具有唯一性,根据用户性质的不同,可以分为5类。
另外,IP还有进入防护,知识产权,指针寄存器等含义。
2.3.1IP的三个重要作用:
(a.)IP规定了Internet上数据传输的基本单元,一集Internet上传输的数据格式。
(b.)IP软件完成路由选择功能,选择数据传输的路径。
(c.)IP包含了一组分组传输的规则,指明了分组处理、差错信息发送以及分组丢弃等规则。
2.3.2IP数据报
IP协议控制传输的协议单元称为IP数据报。
IP协议屏蔽了下层各种物理子网的差异,它使得各种帧或报文格式的的差异性对高层协议不复存在,能够像上层提供统一格式的IP数据报。
图2-1IP数据报结构
表2-1IP数据报格式说明
名称
功能
版本
IP协议的版本,现用为IPv4。
首部长度
以32位字为单位给出数据报报头长度,通常为20字节,最大为60字节。
区分服务
规定优先级、时延、吞吐量、可靠性等。
数据报总长度
以字节表示整个数据报的长度(报头和报文),其上限为65535字节。
标识
用于控制分片重组,标识分组属于哪个数据报,目标主机根据标识号和源地址进行重组。
标志
标志字段中间的一位记为DF(Don’tFragment),意思是“不能分片”。
只有当DF=0时才允许分片。
MF=1即表示后面“还有分片”的数据报。
片偏移
占13位,表示较长的分组在分片后,某片在原分组中的相对位置。
目标主机俺标识和偏移值重组数据报。
生存时间
由发出数据报的源点设置这个字段。
其目的是防止无法交付的数据报无限制地在因特网中兜圈子,因而白白消耗网络资源。
传输协议字段
协议字段指出此数据报携带的数据是使用何种协议,例如TCP\UDP,以便使目的主机的IP层知道应将数据部分上交给哪个处理过程。
首部检验和
这个字段只检验数据报的首部,但不包括数据部分。
以保证报头的完整。
源地址和目的地址
给出发送端和接收端的网络地址和主机地址即IP地址。
任选项
主要用于网络控制测试或调试,长度可变。
最后为填充位,使全长成为4字节的倍数。
数据
用于封装IP用户数据。
2.4TCP协议
IP协议只管将数据包传送到目的主机,无论传输正确与否,不做验证,不发确认,也不保证数据包的顺序,而这些问题就有传输层TCP协议来解决。
TCP协议为Internet提供了可靠、无差错的通信服务。
当数据包达到目的地后,TCP检查数据在传输中是否有损失,如果接收方发现有损坏的数据包,就要求发送端重新发送被损坏的数据包,确认无误后再将各个数据包重新组合成原文件。
2.4.1TCP的3个重要作用:
(a.)TCP提供计算机程序间的链接。
就像人通过电话交流一样提供计算机之间的联系,是一种端到端的服务。
(b.)TCP解决了分组交换系统中的3个问题。
1.TCP解决了如何处理数据报丢失的问题,实现了自动重传已恢复丢失分组。
2.TCP自动检测分组到来的顺序,并调整重排为原来的顺序。
3.TCP自动检测是否有重复的分组,并进行相应处理。
TCP时钟具有自动调整机制。
TCP可以自动根据目标计算机源计算机的远近、网络传输的繁忙情况来自动调整时钟和确认机制中的重传超时值。
2.4.2TCP数据报
Internet中发送方和接收方的TCP软件都是以数据段形式来交换数据的。
TCP软件根据IP协议的载荷能力和物理网络最大传输单元MTU来决定数据段大小,这些数据段称为TCP数据报报文。
图2-2TCP报文段的首部
表2-2TCP数据报格式说明
名称
功能
源端口/目的端口
各包含一个TCP端口编号,分别标识连接两端的程序。
传输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。
序列号
用于标识TCP段数据区的开始位置。
确认号
用于标识接收方希望下次接收的字节序号。
数据偏移
它指出TCP报文段的数据起始处距离CP报文段的起始处有多远。
标志位
分为6个标志:
紧急标志位URG、确认标志位ACK、紧迫标志位PSH、复位标志位RST、同步标志位SYN、终止标志位FIN。
窗口尺寸
在窗口中指明缓存大小,用于流量控制和拥塞控制。
校验和
用于检验首部、数据和伪首部。
紧急数据指针
表示从当前序号到紧急数据位置的偏移量。
它与紧急标志位URG配合使用。
任选项
TCP首部可以有多达40字节的可选信息,用于把附加信息传递给终点,或用来对齐其它选项。
数据
用于封装上层数据。
第3章IP地址与域名
3.1IP地址
IP地址是按照IP协议规定的格式,为每一个正式接入Internet的主机所分配的、供全世界标识的唯一的通信地址。
目前世界广泛应用的是IP协议4.0版本(IPv4)。
简单的说,就是给你一个合法的唯一的"地址",给你发数据就不会到人家那里,让你能够访问Internet。
3.2IP地址结构
根据网络规模IP地址分为了A到E5类,其中D类用于组播,E类为保留不用地址,其余A、B、C类是基本类。
(a.)A类地址。
A类地址分配给拥有最大主机的网络。
在IP地址的四段号码中,使用第一个号码作为网络ID,该网络地址最高位总是设为0,其余7位构成了网络ID,剩下的24位这表示主机ID。
每个A类网络地址最多可有1700万台主机。
A类地址的范围:
1.X.X.X~126.X.X.X。
(b.)B类地址。
B类地址分配给中等规模至大规模的网络。
在IP地址的四段号码中,前两段号码作为网络ID,其中网络地址最高位必须是10,剩下的6位以及第二段号码构成网络ID。
其余16位表示主机ID。
每个B类网络地址可支持6万多台主机。
B类地址的范围:
127.X.X.X~191.X.X.X
C类地址。
C类地址用于小型局域网(LAN)。
通过前三个号码作为网络ID,其中网络地址最高位必须是110,剩下的21位构成了网络ID。
其余8位表示主机ID。
每个C类网络地址可支持254台主机。
C类地址的范围:
192.X.X.X~223.X.X.X。
三类主要IP地址空间分布:
A类网络空间有27个,B类网络空间214个,C类网络空间有221个。
表3-1每类中所包含的网络数目和最大主机数目
地址类
前缀二进制位数
后缀二进制位数
网络最大数
网络中最大主机数
A类
7
24
128
16777216
B类
14
16
16384
65536
C类
21
8
2097152
256
3.2.1网关地址
若要使两个完全不同的网络(异构网)连接在一起,一般使用网关,在Internet中两个网络也要通过一台称为网关的计算机实现互联。
这台计算机能根据用户通信目标计算机的IP地址,决定是否将用户发出的信息送出本地网络,同时,它还将外界发送给属于本地网络计算机的信息接收过来,它是一个网络与另一个网络相联的通道。
为了使TCP/IP协议能够寻址,该通道被赋予一个IP地址,这个IP地址称为网关地址。
3.3子网划分
3.3.1子网
子网是通过一个或多个路由器与其他网络分开的物理网段。
对于一些小规模的网络和企业、机构内部网络就算用一个C类网络号码都会是一种浪费,因此在实际使用过程中,都需要对IP地址中的主机号码部分进行再次划分,将它划分成子网号码和主机号两部分。
3.3.1.1子网的作用:
使用子网是为了减少IP的浪费。
因为随着互联网的发展,越来越多的网络产生,有的网络多则几百台,有的只有区区几台,这样就浪费了很多IP地址,所以要划分子网。
使用子网可以提高网络应用的效率。
3.3.1.2使用子网的优点:
1.减少网络流量。
2.提高网络性能。
3.简化管理。
4.易于扩大管理范围。
3.3.1.3创建子网的注意事项:
1.网络中物理网段的数目。
2.每个物理网段所需的主机地址数。
3.每个物理网段的每个接口至少需要一个IP地址。
3.3.2子网掩码
子网掩码是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网以及哪些位标识的是主机的位掩码。
子网掩码不能单独存在,它必须结合IP地址一起使用。
子网掩码只有一个作用,就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。
3.3.2.1子网掩码的作用:
通过IP地址的二进制与子网掩码的二进制进行与运算,确定某个设备的网络地址和主机号,也就是说通过子网掩码分辨一个网络的网络部分和主机部分。
子网掩码一旦设置,网络地址和主机地址就固定了。
子网一个最显著的特征就是具有子网掩码。
与IP地址相同,子网掩码的长度也是32位,也可以使用十进制的形式。
例如,为二进制形式的子网掩码:
11111111.11111111.11111111.00000000,采用十进制的形式为:
255.255.255.0。
3.3.2.2VLSM
VLSM是一种产生不同大小子网的网络分配机制,可以为一个网络配置不同的掩码。
他能有效的分配IP地址空间,在添加每个静态路由时都可指定一个子网掩码,不同类型的子网可以才用不同类型的子网掩码越过网络。
3.3.2.3无类域间路由
在IP地址的使用过程中,人们发现机械的将IP分类会造成很多的麻烦,比如IP地址的严重浪费、配置网络设备复杂等问题。
为了解决这个问题,人们提出了无类别间路由的概念,模糊了A、B、C类IP地址的严格区分。
无类域间路由(CIRD,ClasslessInter-DomainRouting)不在但存的规定A、B、C三类地址的网络位和主机位。
使得A、B、C三类地址在使用时没有本质的区别。
它是一个在Internet上创建附加地址的方法,这些地址提供给服务提供商(ISP),再由ISP分配给客户。
CIDR将路由集中起来,使一个IP地址代表主要骨干提供商服务的几千个IP地址,从而减轻Internet路由器的负担。
3.3.2.4VLSM和CIRD的区别
VLSM是把一个IP分成几个连续的IP网段;CIDR是把几个IP地址合并成一个IP在外网显示。
3.4IPv6
随着全球数字化和信息化的迅猛发展,IP地址已不能满足需求。
于是IPv6成了IPv4的替代品,IPv6是IP协议的6.0版本,也是下一代网络的核心协议。
由于IPv6不断的发展和完善,在不久的将来将取代目前被广泛使用的IPv4。
出现的必然性:
目前我们使用的第二代互联网IPv4技术,它的最大问题是网络地址资源有限,从理论上讲,编址1600万个网络、40亿台主机。
但采用A、B、C三类编址方式后,可用的网络地址和主机地址的数目大打折扣,以至目前的IP地址已于2011年2月3日分配完毕。
其中北美占有3/4,约30亿个,而人口最多的亚洲只有不到4亿个,中国截止2010年6月IPv4地址数量达到2.5亿,落后于4.2亿网民的需求。
地址不足,严重地制约了中国及其他国家互联网的应用和发展。
特点及优势:
1.IPV6地址长度为128位,地址空间增大了296主干节点示意图次方倍;
2.灵活的IP报文头部格式。
使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPV4中可变长度的选项字段。
IPV6中选项部分的出现方式也有所变化,使路由器可以简单路过选项而不做任何处理,加快了报文处理速度;
3.IPV6简化了报文头部格式,字段只有8个,加快报文转发,提高了吞吐量;
4.提高安全性。
身份认证和隐私权是IPV6的关键特性;
5.支持更多的服务类型;
6.允许协议继续演变,增加新的功能,使之适应未来技术的发展;
IPv4仅仅是服务于人就已经面临地址不足,而IPv6拥有地址数量上的优势,它不仅仅可以服务于人,也可以服务于众多的硬件设备,比如家用电器、传感器、远程照相机、汽车等,它将是无时不在,无处不在的深入社会每个角落的真正的宽带网。
而且它所带来的经济效益将非常巨大。
第4章需求分析
校园网必须具备教学、管理和通信三大功能。
教师可以方便的查询和浏览网上资源,学生可以通过网上学习学会信息处理能力,管理人员可以方便的对教务、行政事务、学生学籍、财务等进行综合管理,实现各级管理层之间的信息数据交换及设备资源的共享。
因此需要一个高速的、具有先进性的、可扩展的校园计算机网络以适应当前网络技术发展的趋势并满足学校各方面应用的需要。
4.1实用性与先进性
根据学校实际情况和特点,在设计中特别强调实用性与先进性的结合,应采用成熟的网络技术,保证校园网实用;跟踪国际网络技术的新发展,设计技术先进的网络。
在保证校园网可靠、实用、先进的基础上,可以提供研究先进网络技术的科研环境,方便学校的科研与开发。
4.2开放性与标准化
整个校园网的设计采用开放的网络体系,以方便网络的升级、扩展和互联。
同时,在选择服务器、网络产品时,强调产品支持的网络协议的国际标准化。
4.3经济性与可扩充性
在满足学校需求的前提下,选用性价比高的网络设备和服务器。
采用的网络架构和设备,应充分考虑到易升级换代,并且在升级时可以最大限度地保护原有的硬件设备和软件投资。
4.4校园网提供的功能
校园网设计主导:
1.“度身定制”
对用户的需求进行了定量分析。
站在用户的立场上为用户“度身定制”出这
个网络方案。
2.“素质教育与Intel先进技术的完美结合”
采用Intel全线产品,从主交换机到服务器,从网络集线器到CPU,从多媒体教学软件到网络管理软件。
真正实现了“现代化素质教育与Intel先进技术的完美结合”。
3.“精打细算”
选用产品应具有最佳性价比,不论是在Intel全线产品中,还是与其它品牌相比较。
考虑到VLAN的各种优点(高效率、安全、降低成本)对IP地址划分的同时要,尽量减少IP地址的浪费。
4.5业务需求分析
校园网络概括起来有四个方面的典型应用:
(1)校园网是为学生学习活动服务的,是一种学习工具。
校园网不但是学生与他人之间的交流工具,同时也是学习资源(教学资源库)的提供者,有利于学生进行探索式学习和协作学习。
(2)校园网是为教师的教学、科研活动和培训服务的,如提供教学资源、辅助教师备课,参与课堂教学活动和支持教师再学习活动等。
(3)校园网是为学校教育教学管理服务的,如辅助学校的教学教务管理、学生学籍管理、人事档案管理、财产管理等。
(4)校园网是沟通学校与外界的窗口,利用校园网既可以从校外获取各种教育信息,也可以向外发布各种教育信息。
综上所述,
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