計算機網絡筆記21 劃分子網、無分類編址

劃分子網

三級IP地址

• 在 ARPANET 的早期，IP 地址的設計不夠合理：
– (1) IP 地址空間的利用率有時很低。
– (2) 給每一個物理網絡分配一個網絡號會使路由表變得太大因而使網絡性能變壞。
– (3) 兩級的 IP 地址不夠靈活。

• 從 1985 年起在 IP 地址中又增加了一個“子網號字段”，使兩級的 IP 地址變成爲三級的IP 地址。
• 這種做法叫做劃分子網 (subnetting) 。
• 劃分子網是互聯網的正式標準協議。

劃分子網基本思路

• 劃分子網純屬一個單位內部的事情。單位對外仍然表現爲沒有劃分子網的網絡。
• 從主機號借用若干個位作爲子網號 subnet-id，而主機號 host-id 也就相應減少了若干個位。

• 凡是從其他網絡發送給本單位某個主機的IP 數據報，仍然是根據 IP 數據報的目的網絡號 net-id，先找到連接在本單位網絡上的路由器。
• 然後此路由器在收到 IP 數據報後，再按目的網絡號 net-id 和子網號 subnet-id 找到目的子網。最後就將 IP 數據報直接交付目的主機。

劃分子網舉例

子網掩碼

• 從一個 IP 數據報的首部並無法判斷源主機或目的主機所連接的網絡是否進行了子網劃分。
• 使用子網掩碼 (subnet mask) 可以找出 IP 地址中的子網部分。
規則：
• 子網掩碼長度 ＝ 32 位
• 某位 ＝ 1：IP地址中的對應位爲網絡號或子網號
• 某位 ＝ 0：IP地址中的對應位爲主機號


默認子網掩碼

例題

【例】已知 IP 地址是 141.14.72.24，子網掩碼是 255.255.192.0。試求網絡地址。

【例】上例中，若子網掩碼改爲 255.255.224.0，試求網絡地址，討論所得結果。

不同的子網掩碼得出相同的網絡地址。但不同的掩碼的效果是不同的。

使用子網時分組的轉發

在不劃分子網的兩級 IP 地址下，從 IP 地址得出網絡地址是個很簡單的事。
• 但在劃分子網的情況下，從 IP 地址卻不能唯一地得出網絡地址來，這是因爲網絡地址取決於那個網絡所採用的子網掩碼，但數據報的首部並沒有提供子網掩碼的信息。
• 因此分組轉發的算法也必須做相應的改動。

(1) 從收到的分組的首部提取目的 IP 地址 D。
(2) 先用各相鄰網絡的子網掩碼和 D 逐位相“與”，看是否和相應的網絡地址匹配。若匹配，則將分組直接交付。否則就是間接交付，執行(3)。
(3) 若路由表中有目的地址爲 D 的特定主機路由，則將分組傳送給指明的下一跳路由器；否則，執行 (4)。
(4) 對路由表中的每一行，將子網掩碼和 D 逐位相“與”。若結果與該行的目的網絡地址匹配，則將分組傳送給該行指明的下一跳路由器；否則，執行 (5)。
(5) 若路由表中有一個默認路由，則將分組傳送給路由表中所指明的默認路由器；否則，執行 (6)。
(6) 報告轉發分組出錯。

無分類編址

1985年制定的標準——劃分子網，由於它的靈活性，在一定程度上緩解了互聯網在發展中遇到的困難。然而在 1992 年因特網仍然面臨三個必須儘早解決的問題，這就是：
• 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
• 互聯網主幹網上的路由表中的項目數急劇增長（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。

• 1987 年，RFC 1009 就指明瞭在一個劃分子網的網絡中可同時使用幾個不同的子網掩碼。
• 使用變長子網掩碼 VLSM (Variable Length Subnet Mask)可進一步提高 IP 地址資源的利用率。
• 在 VLSM 的基礎上又進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 (Classless Inter-Domain Routing)。

網絡前綴

• CIDR 消除了傳統的 A 類、B 類和 C 類地址以及劃分子網的概念，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“網絡前綴”(network-prefix)來代替分類地址中的網絡號和子網號。
• IP 地址從三級編址（使用子網掩碼）又回到了兩級編址。

無分類的兩級編址

無分類的兩級編址的記法是：

• CIDR 使用“斜線記法”(slash notation)，它又稱爲CIDR 記法，即在 IP 地址後面加上一個斜線“/”，然後寫上網絡前綴所佔的位數（這個數值對應於三級編址中子網掩碼中 1 的個數）。
• 例如： 220.78.168.0/24

CIDR地址塊

• CIDR 把網絡前綴都相同的連續的 IP 地址組成**“CIDR 地址塊**”。
• 128.14.32.0/20 表示的地址塊共有 2¹² 個地址（因爲斜線後面的 20 是網絡前綴的位數，所以這個地址的主機號是 12 位）。
– 在不需要指出地址塊的起始地址時，也可將這樣的地址塊簡稱爲“/20 地址塊”。
– 全 0 和全 1 的主機號地址一般不使用。

128.14.32.0/20 CIDR地址塊 表示的地址（ 2¹²個地址）

路由聚合

• 一個 CIDR 地址塊可以表示很多地址，這種地址的聚合常稱爲路由聚合 ， 也稱爲構成超網(supernetting)，它使得路由表中的一個項目可以表示很多個（例如上千個）原來傳統分類地址的路由。
• 路由聚合有利於減少路由器之間的路由選擇信息的交換，從而提高了整個互聯網的性能。
• CIDR 雖然不使用子網了，但仍然使用“掩碼”這一名詞（但不叫子網掩碼）。
• 例如對於/20地址塊，它的掩碼是20個連續的 1。

CIDR 記法的其他形式

• 10.0.0.0/10 可簡寫爲 10/10，也就是把點分十進制中低位連續的 0 省略。
• 10.0.0.0/10 隱含地指出 IP 地址 10.0.0.0 的掩碼是255.192.0.0。此掩碼可表示爲：

• 網絡前綴的後面加一個星號 * 的表示方法，如00001010 00*，在星號 * 之前是網絡前綴，而星號 * 表示 IP 地址中的主機號，可以是任意值。

CIDR地址塊劃分舉例

這個 ISP 共有 64 個 C 類網絡。如果不採用 CIDR 技術，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。但採用地址聚合後，只需用路由聚合後的 1 個項目 206.0.64.0/18 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“網絡前綴”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果。
• 應當從匹配結果中選擇具有最長網絡前綴的路由：最長前綴匹配 (longest-prefix matching)，又稱爲最長匹配或最佳匹配。
• 網絡前綴越長，其地址塊就越小，因而路由就越具體 (more specific) 。

舉例：

例題

• 假設下面有4個路由：172.18.129.0/24、172.18.130.0/24、172.18.132.0/24、172.18.133.0/24，
如果這四個進行路由匯聚,能覆蓋這四個路由的是________？
• 172.18.128.0/21