划分子网和构造超网的学习

1.划分子网

标准的划分方法的缺点：

• IP 地址空间的利用率有时很低。
• 给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。
• 两级的 IP 地址不够灵活

最终提出解决的办法：划分子网，两级地址变为三级地址

1.1 划分子网的基本思路

• 划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。
• 从主机号借用若干个位作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个位。

1. 凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报，仍然是根据 IP 数据报的目的网络号 net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。
2. 然后此路由器在收到 IP 数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网。
3. 最后就将 IP 数据报直接交付目的主机。

​ IP地址 ::= {<网络号>, <子网号>, <主机号>}

1.1.1划分子网后变成了三级结构

• 当没有划分子网时，IP 地址是两级结构。
• 划分子网后 IP 地址就变成了三级结构。
• 划分子网只是把 IP 地址的主机号 host-id 这部分进行再划分，而不改变 IP 地址原来的网络号 net-id。

1.2子网掩码

1.2.1问题引出

202.196.32.3

11010100 11001000 00100000 00000011

1. 划分子网了吗？
2. 如果划分了，子网号几位？
3. 对于两个IP地址，如何判断是否属于同一个子网？

1.2.2字码掩码规则

1. 子网掩码长度＝32位
2. 某位＝1：IP地址中的对应位为网络号和子网号
3. 某位＝0：IP地址中的对应位为主机号

• 从一个 IP 数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。
• 使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。

1. 一个网络中子网掩码是指他的网络号和子网号对应的位数全为一，然后对应的主机号位置为0

2. 而这个子网掩码和给定的IP地址做逐位与运算或AND运算

3. 运算完成后得到的网络地址就是子网的网络地址

   子网掩码就相当于把IP地址中的主机号给过滤掉 ，剩下的就是网络号和子网号。

1.2.3 子网掩码是一个重要属性

• 子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性。
• 路由器在和相邻路由器交换路由信息时，必须把自己所在网络（或子网）的子网掩码告诉相邻路由器。
• 路由器的路由表中的每一个项目，除了要给出目的网络地址外，还必须同时给出该网络的子网掩码。
• 若一个路由器连接在两个子网上就拥有两个网络地址和两个子网掩码。

不同的子网掩码得出相同的网络地址。但不同的掩码的效果是不同的。

1.3使用子网时分组的转发

• 在不划分子网的两级 IP 地址下，从 IP 地址得出网络地址是个很简单的事。
• 划分子网的情况下，从 IP 地址却不能唯一地得出网络地址来， 这是因为网络地址取决于那个网络所采用的子网掩码，但数据报的首 部并没有提供子网掩码的信息。
• 因此分组转发的算法也必须做相应的 改动。

(1) 从收到的分组的首部提取目的 IP 地址 D。

(2) 先用各网络的子网掩码和 D 逐位相“与”，看是否和 相应的网络地址匹配。若匹配，则将分组直接交付。 否则就是间接交付，执行(3)。

(3) 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则将分组传送给指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。

(4) 对路由表中的每一行的子网掩码和 D 逐位相“与”，若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送 给该行指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。

(5) 若路由表中有一个默认路由，则将分组传送给路由表 中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。

(6) 报告转发分组出错。

判断是否直接交付

判断目的的IP和我源主机是不是在同一个网络上。

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1.4划分子网实例

​ 问题1:已分配了一个C类地址：192.168.5.0，假设需要20个子 网，每个子网有5台主机,试确定各子网地址和子网掩码。

1. 对C类地址，要从最后8位中分出几位作为子网地址:

∵ 24＜20＜25

∴ 选择5位作为子网地址，共可提供30个子网地址。

2. 检查剩余的位数能否满足每个子网中主机台数的要求：

   ∵ 23＞5+2

∴ 可以满足每子网5台主机的要求。

3. 选择5位作为子网地址

∵ 11111000 = 248

∴ 子网掩码为255.255.255.248。

4. 子网地址可在8、16、24、32、……、240共30个地址中任意 选择20个。

问题2：一个大型跨国公司的管理者从网络管理中心获得一个 A类IP地址121.0.0.0；需要划分1000个子网，请给出该所有子网 的IP地址范围。

分析：

该公司需要有1000个物理网络，加上主机号全 0和全1的两 种特殊地址，子网数量至少为1002。 选择子网号的位长为10，可以用来分配的子网最多为1010个， 也就是1024个，满足用户要求 。

问题3：

主机1的IP地址为156.26.27.71

主机2的IP地址为156.26.27.110

子网掩码为255.255.255.192

判断它们是不是在同一个子网上

2.无分类编址CIDR（构造超网）

2.1互联网仍然面临三个必须尽早解决的问题：

(1) B 类地址在 1992 年已分配了近一半，眼看就要在 1994 年 3 月全部分配完毕！

(2) 互联网主干网上的路由表中的项目数急剧增长（从几千个 增长到几万个）。

(3) 整个 IPv4 的地址空间最终将全部耗尽。

使用变长子网掩码 VLSM 可进一步提高 IP 地址资源的利用 率。

在 VLSM 的基础上又进一步研究出无分类编址方法，它的正式名字是无分类域间路由选择 CIDR (Classless Inter-Domain Routing)。

2.2 CIDR 最主要的特点

CIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的 概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间。 CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分 类地址中的网络号和子网号。

IP 地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。

2.3无分类的两级编址的记法是：

$$IP地址::=<网络前缀>,<主机号>$$

• CIDR 还使用“斜线记法”(slash notation)，它又称为CIDR记法，即在 IP 地址面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数（这个数值对应于三级编址中子网掩码中 1 的个数）。

• CIDR 把网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR 地址块”。
  我们只需要知道CIDR地址块中的任何一个地址，就可以知道这个 地址块的起始地址和最大地址。

2.4 CIDR 地址块

• 128.14.32.0/20 表示的地址块共有 $2^{(}12)$​地址（因为斜线后面的 20 是网络前缀的位数，所以这个地址的主机号是 12 位）。
• 这个地址块的起始地址是 128.14.32.0。
• 在不需要指出地址块的起始地址时，也可将这样的地址块简称为“/20 地址块”。
• 128.14.32.0/20 地址块的最小地址：128.14.32.0
• 128.14.32.0/20 地址块的最大地址：128.14.47.255
• 全 0 和全 1 的主机号地址一般不使用

2.5 路由聚合

• 一个 CIDR 地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，它使得路由表中的一个项目可以表示很多个（例如上千个）原来传统分类地址的路由。
• 路由聚合也称为构成超网(supernetting)。
• CIDR 虽然不使用子网了，但仍然使用“掩码”这一名词（但不叫子网掩码）。
• 对于 /20 地址块，它的掩码是 20 个连续的 1。 斜线记法中的数字就是掩码中1的个数。

2.6 CIDR 记法的其他形式

• 10.0.0.0/10 可简写为 10/10，也就是将点分十进制中低位连续的 0 省略。

• 10.0.0.0/10 相当于指出 IP 地址 10.0.0.0 的掩码是 255.192.0.0，即

  11111111 11000000 00000000 00000000

• 网络前缀的后面加一个星号 * 的表示方法

• 如 00001010 00*，在星号 * 之前是网络前缀，而星号 * 表示 IP 地址中的主机号，可以是任意值。

2.7 构成超网

前缀长度不超过 23 位的 CIDR 地址块都包含了多个 C 类地址。

这些 C 类地址合起来就构成了超网。

CIDR 地址块中的地址数一定是 2 的整数次幂。

网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多。而在三级结构的IP地址中，划分子网是使网络前缀变长。

的表示方法

• 如 00001010 00*，在星号 * 之前是网络前缀，而星号 * 表示 IP 地址中的主机号，可以是任意值。

2.7 构成超网

前缀长度不超过 23 位的 CIDR 地址块都包含了多个 C 类地址。

这些 C 类地址合起来就构成了超网。

CIDR 地址块中的地址数一定是 2 的整数次幂。

网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多。而在三级结构的IP地址中，划分子网是使网络前缀变长。

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