《工業網絡技術與應用（微課版）》-第12次課程教學方案

PAGEPAGE2第12次課程教學方案備課時間備課教師教學時間教學地點周次課時數4教學內容（章、節）模塊/單元第6章NAT網絡地址轉換 6.1NAT原理 6.1.1專用私有地址 6.1.2網絡地址轉換 6.2利用西門子三層交換機實現NAT 6.2.1靜態地址轉換（NATStatic） 教學目標和要求掌握靜態地址轉換基本原理熟練掌握NAT靜態地址轉換配置培養學生具備需求分析的能力培養學生耐心、細致和認真的工作精神教學重點網絡地址轉換NAT靜態地址轉換配置教學難點NAT靜態地址轉換配置教學方法教學方法：1.啟發式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2.教師演示3.學生實踐使用媒體資源eq\o\ac(□,√)紙質材料eq\o\ac(□,√)多媒體課件□網絡資源□其他資源：使用教具、設備、設施等多媒體計算機、投影機兩臺安裝有博途軟件的電腦、兩臺S7-1200PLC、四臺SCALANCE-XB-208工業交換機、兩臺SCALANCE-XM-408工業交換機，兩臺SCALANCEX204RNA交換機及網線若干。。作業練習課后記（空白不夠可添加附頁）教學內容（板書）教學步驟、方法及學生活動教學管理：點名記錄考勤，上交手機一、實驗室安全〖實訓室日常安全措施〗1、不要隨意更換鼠標和鍵盤，機器使用有問題請及時向老師反映。2、嚴禁在實訓室吃各種食物，請將水杯擰緊放好，注意不要將水潑灑在鍵盤上。3、未經允許不得隨意使用實訓室電源給手機充電或使用其他電子設備。4、發現有安全隱患的電子設備應及時報告老師，不要擅自動手。5、下課后請整理好桌面雜物、將機器正常關閉后再離開。6、每天課后安排2名學生整理實訓室，打掃衛生、關閉電源、關好門窗。引導學生了解整個課程的教學設計；了解這個課程的組成要素和實施要求二、理論講解第6章NAT網絡地址轉換NAT（NetworkAddressTranslation，網絡地址轉換）是一種廣域網（WAN）的技術，用于將私有地址轉換為共有IP地址，被廣泛應用于各種類型Internet接入方式和各種類型的網絡中。NAT不僅能夠有效地隱藏并保護網絡內部的計算機，避免外部網絡攻擊，還能夠在IP地址分配不理想、不足的時候，有效、合理化地分配IP地址，從而能夠進行互聯網訪問。6.1NAT原理6.1.1專用私有地址類地址范圍A10.0.0.0-10.255.255.255B172.16.0.0-172.31.255.255C192.168.0.0-192.168.255.255假設公司A和公司B都在使用網絡10.0.0.0/8。在公司A中，一個內部用戶A想訪問公司B的一臺服務器C，此時就會出現問題：兩個網絡都在使用網絡10.0.0.0/8，并都使用了相同的地址10.0.0.2，這兩個網絡不能彼此通信，如圖6-1所示。有兩種方法可以解決這個問題：（1）將兩個網絡中的一個（或兩個）重新分配地址；（2）使用地址轉換。6.1.2網絡地址轉換網絡地址轉換（即NAT）是IETF（InternetEngineeringTaskForce，Internet工程任務組）提出的RFC1631標準，可以將數據包中的地址信息從一個地址轉換為另一個地址。1.需要使用NAT的情況以下情況可能需要使用NAT：（1）申請的公有IP地址數量不足以分配給所有的設備；（2）正在更換服務提供商，新服務提供商不再支持舊的公有地址空間；（3）需要連接兩個使用相同地址空間網絡；（4）正在使用給別人分配的公有IP地址；（5）想要實現負載平衡，用一個虛擬IP地址來代表多個設備；（6）想要對進出網絡的流量進行更好的控制，隱藏內部網絡結構，保護內部網絡。2.NAT的優缺點1）NAT的優點2）NAT的缺點6.2利用西門子三層交換機實現NAT三種地址：內部本地地址、內部全局地址和外部地址內部本地地址：分配給內部網絡中某個設備的實際IP地址，外部網絡無法訪問該地址。內部全局地址：可供外部網絡訪問內部設備的IP地址外部地址：分配給外部網絡中某個設備的實際IP地址。6.2.1靜態地址轉換（NATStatic）我們通過一個例子來展示靜態地址轉換的工作原理，在內部網絡中有3臺PLC控制器，連接到SCALANCEXM408交換機上，并通過交換機訪問外部網絡。因此，在交換機上配置了2個虛擬專用網VLAN10和VLAN20，VLAN10是內部私有網絡，VLAN20連接外部公共網絡。為了隱藏內部網絡結構，在VLAN20端口配置靜態地址轉換，NAT靜態映射表格如圖6-3所示。當工作站訪問PLC1時，工作站發出的數據包目的IP地址應為PLC1的內部全局地址，數據包經過交換機后，目的IP地址被轉換成內部本地地址。當響應數據包返回時，源地址為PLC1的內部本地地址，經過交換機后，源地址為PLC1的內部全局地址，如圖6-4所示。靜態地址轉換的優點是映射關系固定，適用于需要對外提供服務的設備，如Web服務器、郵件服務器等。可以實現一對一的映射，確保外部網絡可以直接訪問特定設備。缺點也是顯而易見的，對于全局IP地址資源不足時，靜態NAT會浪費IP地址資源，因為每個設備需要一個獨立的映射IP地址。理論部分以教師講授為主要形式學生可以提問，由教師進行進一步的解釋和說明三、實踐講解NAT靜態地址轉換配置在圖6-9網絡中192.168.20.0網段和192.168.30.0網段屬于內網，192.168.10.0網段屬于外網。內網中PLC1和PC2在訪問外網設備時需要提供地址保護，地址轉換如表6-2所示，使得PC3不知道PLC1和PC2的內部實際地址。表6-2靜態地址轉換表轉換接口內部本地地址內部全局地址VLAN10192.168.20.219