zyj-第10講 網(wǎng)絡(luò)層(3)子網(wǎng)與CIDR

第6章網(wǎng)絡(luò)層（3）主講：趙玉娟E-mail：zhaoyujuan@上節(jié)知識回顧IP地址概念和分類；分類的IP地址的表示；IP地址與硬件地址的關(guān)系和轉(zhuǎn)換協(xié)議。學(xué)習(xí)目標(biāo)IPv4地址空間限制，實際應(yīng)用中解決地址細(xì)分或聚合問題，產(chǎn)生了子網(wǎng)劃分技術(shù)和無分類編址。本講重點講解子網(wǎng)劃分方法和無分類編址技術(shù)。目錄1劃分子網(wǎng)的三級地址結(jié)構(gòu)2無分類域間路由CIDR3網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT劃分子網(wǎng)在ARPANET的早期，IP地址的設(shè)計確實不夠合理。IP地址空間的利用率有時很低。給每一個物理網(wǎng)絡(luò)分配一個網(wǎng)絡(luò)號會使路由表變得太大因而使網(wǎng)絡(luò)性能變壞。兩級的IP地址不夠靈活。解決辦法：提出子網(wǎng)(subnet)的概念從1985年起在IP地址中又增加了一個“子網(wǎng)號字段”，使兩級的IP地址變成為三級的IP地址。這種做法叫作劃分子網(wǎng)(subnetting)。從主機號借用若干個位作為子網(wǎng)號subnet-id，而主機號host-id

相應(yīng)減少了若干個位。三級的IP地址IP地址::={<網(wǎng)絡(luò)號>,<子網(wǎng)號>,<主機號>}劃分子網(wǎng)純屬一個單位內(nèi)部的事情。單位對外表現(xiàn)為沒有劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。凡是從其他網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給本單位某個主機的IP數(shù)據(jù)報，仍然是根據(jù)IP數(shù)據(jù)報的目的網(wǎng)絡(luò)號net-id，先找到連接在本單位網(wǎng)絡(luò)上的路由器。單位路由器在收到IP數(shù)據(jù)報后，再按目的網(wǎng)絡(luò)號net-id

和子網(wǎng)號subnet-id

找到目的子網(wǎng)。最后就將IP數(shù)據(jù)報直接交付目的主機。

劃分子網(wǎng)的基本思路單位收發(fā)室………01014563所有到網(wǎng)絡(luò)的分組均到達(dá)此路由器我的網(wǎng)絡(luò)地址是R1R3R2網(wǎng)絡(luò)一個未劃分子網(wǎng)的B類網(wǎng)絡(luò)劃分為三個子網(wǎng)后對外仍是一個網(wǎng)絡(luò)01014563………子網(wǎng)子網(wǎng)子網(wǎng)所有到達(dá)網(wǎng)絡(luò)的分組均到達(dá)此路由器網(wǎng)絡(luò)R1R3R2未劃分子網(wǎng)，IP地址是兩級結(jié)構(gòu)。劃分子網(wǎng)后IP地址就變成了三級結(jié)構(gòu)。劃分子網(wǎng)只是把IP地址的主機號host-id這部分進(jìn)行再劃分，而不改變

IP地址原來的網(wǎng)絡(luò)號net-id。劃分子網(wǎng)后變成了三級結(jié)構(gòu)從一個

IP

數(shù)據(jù)報的首部并無法判斷源主機或目的主機所連接的網(wǎng)絡(luò)是否進(jìn)行了子網(wǎng)劃分。使用子網(wǎng)掩碼(subnetmask)可以找出IP地址中的子網(wǎng)部分。如何從IP地址中提取出子網(wǎng)號？QuestionIP地址的各字段和子網(wǎng)掩碼兩級IP地址三級IP地址子網(wǎng)掩碼0net-idhost-id子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址1111111111111111

11111111000000000145.13.3子網(wǎng)號為3的網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號主機號net-idsubnet-idhost-id0(IP

地址)AND(子網(wǎng)掩碼)=網(wǎng)絡(luò)地址網(wǎng)絡(luò)號net-id主機號host-id兩級IP地址網(wǎng)絡(luò)號三級IP地址主機號net-idhost-idsubnet-id子網(wǎng)號子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址1111111111111111

1111111100000000net-idsubnet-id0逐位進(jìn)行AND運算111111111111111111111111000000000000000000000000111111111111111111111111000000000000000000000000net-idnet-idhost-id為全0net-id網(wǎng)絡(luò)地址A類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)地址B類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)地址C類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼host-id為全0host-id為全0默認(rèn)子網(wǎng)掩碼【例4-2】已知IP地址是4，子網(wǎng)掩碼是。試求網(wǎng)絡(luò)地址。(a)點分十進(jìn)制表示的IP地址41111111111111111

11000000(c)子網(wǎng)掩碼是0000000001001000141.14..24(b)IP地址的第3字節(jié)是二進(jìn)制141.14.01000000.0(d)IP地址與子網(wǎng)掩碼逐位相與(e)網(wǎng)絡(luò)地址（點分十進(jìn)制表示）【例4-3】在上例中，若子網(wǎng)掩碼改為。試求網(wǎng)絡(luò)地址。1111111111111111

11100000(c)子網(wǎng)掩碼是00000000(a)點分十進(jìn)制表示的IP地址401001000141.14..24(b)IP地址的第3字節(jié)是二進(jìn)制141.14.01000000.0(d)IP地址與子網(wǎng)掩碼逐位相與(e)網(wǎng)絡(luò)地址（點分十進(jìn)制表示）不同的子網(wǎng)掩碼得出相同的網(wǎng)絡(luò)地址。但不同的掩碼的效果是不同的。但在劃分子網(wǎng)的情況下，從IP地址不能唯一地得出網(wǎng)絡(luò)地址，這是因為網(wǎng)絡(luò)地址取決于那個網(wǎng)絡(luò)所采用的子網(wǎng)掩碼，但數(shù)據(jù)報的首部并沒有提供子網(wǎng)掩碼的信息。因此分組轉(zhuǎn)發(fā)的算法也必須做相應(yīng)的改動。使用子網(wǎng)掩碼的分組轉(zhuǎn)發(fā)過程0目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳282828接口0接口1R23H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼2830R1

的路由表（未給出默認(rèn)路由器）R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址28

子網(wǎng)掩碼28H2380129H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼2【例4-4】已知互聯(lián)網(wǎng)和路由器R1中的路由表。主機H1向H2發(fā)送分組。試討論R1收到H1

向H2發(fā)送的分組后查找路由表的過程。

主機H1要發(fā)送分組給H2

0目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳282828接口0接口1R2R1

的路由表（未給出默認(rèn)路由器）3H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼2830R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址28

子網(wǎng)掩碼28H2380129H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼2要發(fā)送的分組的目的IP地址：38請注意：H1

并不知道

H2

連接在哪一個網(wǎng)絡(luò)上。H1

僅僅知道

H2

的

IP

地址是38因此

H1

首先檢查主機

38

是否連接在本網(wǎng)絡(luò)上如果是，則直接交付；否則，就送交路由器

R1，并逐項查找路由表。0目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳282828接口0接口1R2H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼2830R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址28

子網(wǎng)掩碼28H23380129H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼2主機H1

首先將

本子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼28

與分組的

IP

地址38逐比特相“與”(AND

操作)28AND38的計算255就是二進(jìn)制的全1，因此255ANDxyz=xyz，這里只需計算最后的128AND138即可。128→10000000138→10001010逐比特AND

操作后：10000000→128283828逐比特AND

操作

H1

的網(wǎng)絡(luò)地址因此H1必須把分組傳送到路由器R1

然后逐項查找路由表0目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳282828接口0接口1R2R1

的路由表（未給出默認(rèn)路由器）3H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼2830R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址28

子網(wǎng)掩碼28H2380129H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼2路由器R1收到分組后就用路由表中第1個項目的

子網(wǎng)掩碼和38逐比特AND

操作0目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳282828接口0接口1R2R1

的路由表（未給出默認(rèn)路由器）3H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼2830R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址28

子網(wǎng)掩碼28H2380129H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼228AND38=28不匹配!（因為28與路由表中的不一致）R1

收到的分組的目的IP地址：38不一致路由器R1再用路由表中第2個項目的

子網(wǎng)掩碼和38逐比特AND

操作0目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳282828接口0接口1R2R1

的路由表（未給出默認(rèn)路由器）3H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼2830R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址28

子網(wǎng)掩碼28H2380129H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼228AND38=28匹配!這表明子網(wǎng)2就是收到的分組所要尋找的目的網(wǎng)絡(luò)R1

收到的分組的目的IP地址：38一致!子網(wǎng)規(guī)劃與地址空間劃分的基本方法實例：一個校園網(wǎng)要對一個B類地址()進(jìn)行子網(wǎng)劃分，該校園網(wǎng)由近210個網(wǎng)絡(luò)組成。分析：考慮到校園網(wǎng)的子網(wǎng)數(shù)量不超過254個，因此取子網(wǎng)號的長度為8位，子網(wǎng)掩碼：。解決方案：校園網(wǎng)可用的IP地址為：子網(wǎng)1：~54子網(wǎng)2：~54…………子網(wǎng)254：~54目錄1劃分子網(wǎng)的三級地址結(jié)構(gòu)2無分類域間路由CIDR3網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT劃分子網(wǎng)在一定程度上緩解了因特網(wǎng)在發(fā)展中遇到的困難。然而

1992

年因特網(wǎng)仍然面臨三個必須盡早解決的問題：B類地址在1992年已分配了近一半，眼看就要在1994年3月全部分配完畢！因特網(wǎng)主干網(wǎng)上的路由表中的項目數(shù)急劇增長（從幾千個增長到幾萬個）。整個IPv4的地址空間最終將全部耗盡。網(wǎng)絡(luò)前綴

1987年，RFC1009就指明了在一個劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中可同時使用幾個不同的子網(wǎng)掩碼。使用變長子網(wǎng)掩碼

VLSM(VariableLengthSubnetMask)可進(jìn)一步提高IP地址資源的利用率。在VLSM的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步研究出無分類編址方法，它的正式名字是無分類域間路由選擇CIDR

(ClasslessInter-DomainRouting)。IP編址問題的演進(jìn)CIDR消除了傳統(tǒng)的A類、B類和C類地址以及劃分子網(wǎng)的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空間。CIDR使用各種長度的“網(wǎng)絡(luò)前綴”(network-prefix)來代替分類地址中的網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號。IP地址從三級編址（使用子網(wǎng)掩碼）又回到了兩級編址。CIDR最主要的特點無分類的兩級編址的記法是：IP地址::={<網(wǎng)絡(luò)前綴>,<主機號>}CIDR記法，在IP地址后面加上一個斜線“/”，然后寫上網(wǎng)絡(luò)前綴所占的位數(shù)（這個數(shù)值對應(yīng)于三級編址中子網(wǎng)掩碼中1的個數(shù)）。CIDR把網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)的IP地址組成“CIDR地址塊”。

無分類的兩級編址CIDR地址塊/20表示的地址塊共有212個主機地址（20是網(wǎng)絡(luò)前綴的位數(shù)）。最小地址：（起始地址）最大地址：55全0和全1的主機號地址一般不使用。/20表示的地址（212個地址）1000000000001110

00100000000000001000000000001110

00100000000000011000000000001110

00100000000000101000000000001110

00100000000000111000000000001110

00100000000001001000000000001110

00100000000001011000000000001110

00101111111110111000000000001110

00101111111111001000000000001110

00101111111111011000000000001110

00101111111111101000000000001110

0010111111111111所有地址的20位前綴都是一樣的最小地址最大地址一個CIDR地址塊，實現(xiàn)地址聚合，稱為路由聚合，也稱為構(gòu)成超網(wǎng)(supernetting)。使得路由表中的一個項目可以表示很多個（例如上千個）原來傳統(tǒng)分類地址的路由。仍然使用“掩碼”一詞，對于/20地址塊，它的掩碼是20個連續(xù)的1。路由聚合(routeaggregation)CIDR記法的其他形式/10可簡寫為10/10，也就是把點分十進(jìn)制中低位連續(xù)的0省略。/10隱含地指出IP地址的掩碼是。此掩碼可表示為

1111111111000000000000000000000025519200掩碼中有10個連續(xù)的1構(gòu)成超網(wǎng)前綴長度不超過23位的CIDR地址塊都包含了多個C類地址，這些C類地址合起來就構(gòu)成了超網(wǎng)。CIDR地址塊中的地址數(shù)一定是2的整數(shù)次冪。網(wǎng)絡(luò)前綴越短，其地址塊所包含的地址數(shù)就越多。而在三級結(jié)構(gòu)的IP地址中，劃分子網(wǎng)是使網(wǎng)絡(luò)前綴變長。CIDR地址塊劃分舉例因特網(wǎng)/22/18ISP大學(xué)X一系二系三系四系28/2692/26/2528/25/2528/25/264/2628/2692/26/24/25/264/2628/25/23單位地址塊二進(jìn)制表示地址數(shù)

ISP/1811001110.00000000.01*16384

大學(xué)/2211001110.00000000.010001*1024

一系/2311001110.00000000.0100010*512

二系/2411001110.00000000.01000110.*256

三系/2511001110.00000000.01000111.0*128

四系28/2511001110.00000000.01000111.1*128CIDR地址塊劃分舉例因特網(wǎng)/22/18ISP大學(xué)X一系二系三系四系28/2692/26/2528/25/2528/25/264/2628/2692/26/24/25/264/2628/25/23這個ISP共有64個C類網(wǎng)絡(luò)。如果不采用CIDR技術(shù)，則在與該ISP的路由器交換路由信息的每一個路由器的路由表中，就需要有64個項目。但采用地址聚合后，只需用路由聚合后的1個項目/18就能找到該ISP。最長前綴匹配使用CIDR時，路由表中的每個項目由“網(wǎng)絡(luò)前綴”和“下一跳地址”組成。在查找路由表時可能會得到不止一個匹配結(jié)果。應(yīng)當(dāng)從匹配結(jié)果中選擇具有最長網(wǎng)絡(luò)前綴的路由：最長前綴匹配，又稱為最長匹配或最佳匹配。

網(wǎng)絡(luò)前綴越長，其地址塊就越小，因而路由就越具體。最長前綴匹配舉例收到的分組的目的地址D=28路由表中的項目：/22（ISP）

28/25（四系）查找路由表中的第1個項目ANDD=206.0.01000100.0第1個項目/22的掩碼M

有22個連續(xù)的1。M=11111111111111111111110000000000因此只需把D

的第3個字節(jié)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制。M=11111111111111111111110000000000206.0.01000100.0與/22匹配最長前綴匹配舉例收到的分組的目的地址D=28路由表中的項目：/22（ISP）

28/25（四系）再查找路由表中的第2個項目ANDD=0000000第2個項目28/25的掩碼M

有25個連續(xù)的1。M=1111111111111111

1111111110000000因此只需把D

的第4個字節(jié)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制。M=1111111111111111

11111111100000000000000與28/25匹配最長前綴匹配DAND(11111111111111111111110000000000)=206.0.