挑戰408——一週網絡——網絡層（2）

劃分子網

分類的IP地址也稱爲兩級IP地址（網絡號，主機號）。這樣的分類有幾點不好的地方：

1. IP地址空間利用率低。試想A類地址能表示（2^31）個網絡地址，全球的主機數遠不止如此。
2. 每個物理網絡都分配一個網絡號，會使得路由表過大。
3. 二級地址不夠靈活。

劃分子網就是爲了解決這些問題的。具體的思路如下：

• 一個擁有許多物理網絡的單位，可以將所屬的物理網絡劃分成子網，這樣的子網只對單位內可見，對外仍然表現爲一個網絡。
• 方法是，從IP地址的主機號中借用部分來作爲子網號。於是變成3級地址：
  
• 發送到本網絡的數據報，仍是將此數據報交付給本單位的對外的路由器，路由器再根據子網號找到對應的網絡，然後把數據交付給主機。

注意：劃分子網是在原來的IP地址的主機號進行劃分，而不改變IP地址原有的網絡號。

子網掩碼

那麼數據到了本網絡的路由器，路由器又是怎麼把數據交付到對應的子網的呢？這就要使用到子網掩碼了。子網掩碼的原理很簡單：子網掩碼中用1來代替原IP地址中的網絡號和子網號，用0來代替主機號。將子網掩碼與數據報的目的IP地址相與，便可以得出目的IP所在的子網號。 如下圖的網絡地址的計算

不管網絡有沒有劃分子網，只要把子網掩碼與IP地址相與，就可以立即得出網絡地址，這樣在路由器處理分組的時候就可以採取同樣的算法。即使網絡沒有劃分子網，使用子網掩碼也可以方便的查找出路由表，一般這種網絡使用默認的子網掩碼。子網掩碼是犧牲主機號來擴展網絡號的，也就是說，劃分子網雖然增加了靈活性，但是減少了能在網絡上連接的主機數。
子網內的分組轉發中，路由表相比之前的二級地址的路由表多了一項子網掩碼，下圖就是一個示例：

1. 從數據報首部提出目的主機的IP地址D。
2. 對路由器直接相連的網絡，用子網掩碼與目的網絡地址D相與，得出網絡地址，再看是否存在相應的網絡地址，存在則直接交付，否則間接交付
3. 如果路由表中有到目的地址爲D的特定主機路由，則將數據交付給該條目的下一跳地址。否則轉4
4. 對路由表中的每一個子網掩碼，都與D相與，如果得出的網絡號N與該行的目的地址網絡相同，則將數據交付給下一跳路由。否則轉5.
5. 如果路由表中有設置默認路由，那麼將數據交付給指明的默認路由器地址。否則轉6
6. 分組轉發出錯。

實際上，對子網的分組轉發，就是在之前IP的分組互轉發的基礎上，多了跟子網掩碼計算的步驟。

CIDR構成超網

爲了使得32位的網絡地址能物盡其用，IEFT提出了無分類編址的方式。它消除了傳統的分類IP地址跟劃分子網的概念，改用網絡前綴來標識網絡號。並且把網絡前綴都相同的IP地址，組成一個CIDR地址塊。CIDR在IP地址後面加上斜槓，表示網絡前綴所佔的位數。這樣三級分類地址又回到了二級分類：

將主機號全部置0或者置1，可以得出該地址塊的地址範圍：

同樣的，CIDR也可以使用主機號來構成子網，且其掩碼的規則跟之前的一樣。一個CIDR中有很多地址塊，所以路由表中可以用地址塊來查找目的網絡，這樣的地址稱爲路由聚合。通常我們在網絡前綴後面加一個星號用來表示CIDR的地址：

當網絡前綴不是8的倍數的時候，就需要將數值轉換成二進制數，來找到對應的網路前綴。將劃分的子網的網絡前綴以二進制數寫出表示，可以很清楚的看出路由聚合的概念：

一系到四系的路由可以聚合成ISP的路由，而一系的所有主機可以聚合成206.0.68.0/23這個路由。

ICMP協議（網際控制報文協議）

爲了有效轉發IP數據報和提高交付成功的機會，在網絡層使用ICMP協議。該協議允許主機或者路由器報告差錯情況以及提供異常情況的報告。ICMP報文主要分爲差錯報告，詢問報文。
ICMP差錯報告報文共有4種：

• 終點不可達，當主機或者路由器不能交付數據的時候，發送此報文。
• 時間超過，當路由器收到TTL = 0的報文時。報此錯誤
• 參數問題，略
• 路由重定向，略

常用的ICMP詢問報文爲：

• 回送請求回答
• 時間戳請求和回答

應用：ping命令。