無(wú)類(lèi)域間路由與可變長(cháng)子網(wǎng)掩碼技術(shù)探究
摘 要：在當前IPv4向IPv6過(guò)渡的階段，由于軟硬件技術(shù)的更新限制，IPv4仍占據較為重要的地位，IPv4的無(wú)類(lèi)域間路由與可變長(cháng)子網(wǎng)掩碼技術(shù)仍在網(wǎng)絡(luò )中廣泛應用，IPv4中很好地利用了NAT(網(wǎng)絡(luò )地址轉換)技術(shù)與私有地址相結合緩解了地址不足的矛盾，同時(shí)在IP地址分配過(guò)程中無(wú)類(lèi)域間路由與可變長(cháng)子網(wǎng)掩碼技術(shù)也功不可沒(méi)。該文通過(guò)對其技術(shù)的剖析，幫助愛(ài)好者在實(shí)際網(wǎng)絡(luò )規劃中合理掌控網(wǎng)絡(luò )大小。
關(guān)鍵字：IPv4 無(wú)類(lèi)域間路由 CIDR 子網(wǎng)掩碼 VLSM
隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，IPv4將逐步向IPv6過(guò)渡，但由于軟硬件的更新對于生廠(chǎng)商與用戶(hù)來(lái)說(shuō)都需要一個(gè)過(guò)程，目前國內網(wǎng)絡(luò )中IPv4仍占據較為重要的地位�；ヂ�(lián)網(wǎng)地址分配機構(IANA)已將IPv4的全部地址段分配完畢，已無(wú)地址可分，現今的網(wǎng)絡(luò )中ISP(Internet服務(wù)提供商)需統籌利用自己所掌握的IP地址，調整不合理的IP使用方案，給需要地址的用戶(hù)提供服務(wù)。IPv4中很好地利用了NAT(網(wǎng)絡(luò )地址轉換)技術(shù)與私有地址相結合緩解了地址不足的矛盾，同時(shí)在IP地址分配過(guò)程中無(wú)類(lèi)域間路由與可變長(cháng)子網(wǎng)掩碼技術(shù)也功不可沒(méi)。
1 IPv4基本概念及類(lèi)地址應用局限性
1.1 IP地址與子網(wǎng)掩碼
Internet中使用的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議是TCP/IP協(xié)議，其中網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議為IP(Internet Protocol)協(xié)議，在IP(第4版)報文中表示報文來(lái)源的原地址和發(fā)往目的地的目標地址均為32為二進(jìn)制地址，網(wǎng)絡(luò )中習慣將32位二進(jìn)制數組成的地址稱(chēng)為IP地址。IP地址由網(wǎng)絡(luò )標識號(網(wǎng)絡(luò )ID)與主機標識號(主機ID)組成，這樣IP地址就可以用來(lái)識別某一臺主機，而且還隱含著(zhù)該主機網(wǎng)際間的路徑信息。負責將IP地址劃分成網(wǎng)絡(luò )ID與主機ID的掩碼稱(chēng)為子網(wǎng)掩碼。子網(wǎng)掩碼也是一個(gè)32位二進(jìn)制地址，它的原碼與IP地址原碼做“與”運算，可得到網(wǎng)絡(luò )ID，除去網(wǎng)絡(luò )ID，剩余部分就是主機ID。有了IP地址和子網(wǎng)掩碼，計算機和網(wǎng)絡(luò )設備中的操作系統就可以正確地識別IP報文并作相應的處理。
1.2 IPv4中類(lèi)地址應用的局限性
Internet委員會(huì )將IPv4分為A、B、C、D、E五類(lèi)IP地址以適合不同容量的網(wǎng)絡(luò )。其中A、B、C三類(lèi)由IANA在全球范圍內統一分配，D、E類(lèi)為特殊地址。A類(lèi)地址可標識126個(gè)網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )中可容納16 777 214個(gè)主機;B類(lèi)地址可標識16 382個(gè)網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )中可容納65 534個(gè)主機;C類(lèi)地址可標識2 097 150個(gè)網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )中可容納254個(gè)主機。在早期分配過(guò)程中，規定只允許按類(lèi)地址的網(wǎng)絡(luò )號為最小單位將整個(gè)A或B或C類(lèi)地址分給集團用戶(hù)，這種IP地址分類(lèi)的分配方案涉及三個(gè)方面的局限性。
(1)類(lèi)地址劃分方法造成IP地址的浪費。如一個(gè)組織最多有2 000臺主機的中等大小的網(wǎng)絡(luò )，分配一個(gè)B類(lèi)地址(65 534個(gè))就會(huì )有63 534個(gè)寶貴的IP地址資源浪費。
(2)Internet路由表幾乎裝滿(mǎn)。為盡可能減少I(mǎi)P地址資源的浪費，也可以考慮分配多個(gè)C類(lèi)地址的方案，如給該2 000臺主機的組織分配8個(gè)較小的C類(lèi)網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)C網(wǎng)可容納254臺主機，共分配了2 032個(gè)IP地址。這種解決方案雖然減少了IP地址的浪費，但為解決該組織的8個(gè)C網(wǎng)與Internet互聯(lián)，要在Internet每個(gè)路由器中都寫(xiě)入8條路由來(lái)保障有關(guān)數據包的轉發(fā)，增加了Internet路由表信息量。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )規模的擴大，路由器中路由表幾乎裝滿(mǎn)，影響轉發(fā)數據包的開(kāi)銷(xiāo)進(jìn)而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的性能。
(3)所有有效IP地址會(huì )最終分配完。因為分類(lèi)方法的浪費以及有限數量的有效IP地址，如果仍然使用分類(lèi)方法分配IP地址，整個(gè)公網(wǎng)IP地址將很快被耗盡。
2 無(wú)類(lèi)域間路由與可變長(cháng)子網(wǎng)掩碼技術(shù)
互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)小組(IETF)引入了無(wú)類(lèi)域間路由(CIDR)與可變長(cháng)子網(wǎng)掩碼(VLSM)技術(shù)，解決IPv4中類(lèi)地址劃分的局限性。無(wú)類(lèi)域間路由的基本思想是取消地址的分類(lèi)結構，IP地址之間不再有類(lèi)型差別，即不再有A、B、C類(lèi)地址之分，它是通過(guò)靈活改變子網(wǎng)掩碼的長(cháng)度來(lái)實(shí)現的。IP地址是由子網(wǎng)掩碼將其分成網(wǎng)絡(luò )ID與主機ID，子網(wǎng)掩碼是用從左向右若干個(gè)連續“1”來(lái)控制IP地址的網(wǎng)絡(luò )ID，只要合理設計子網(wǎng)掩碼的構成，即子網(wǎng)掩碼左邊起連續“1”的個(gè)數，便可控制網(wǎng)絡(luò )的大小，這便是可變長(cháng)子網(wǎng)掩碼技術(shù)的核心。
以一個(gè)標準的C類(lèi)地址221.232.130.158(11011101.11101000.10000010.10011110)為例，其子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0(11111111.11111111.11111111.00000000，從左向右連續24個(gè)1，右邊不足32位的全部用0填充，也可記作“/24”)，可計算出該地址對應的網(wǎng)絡(luò )ID為221.232.130.0，廣播地址為221.232.130.255，主機ID為158，與其在同一子網(wǎng)的主機ID范圍為1～254，該子網(wǎng)共有254個(gè)主機地址可用。
通過(guò)增加子網(wǎng)掩碼的長(cháng)度，可以縮小網(wǎng)絡(luò )范圍，量體裁衣，減少地址的浪費。若要將IP地址221.232.130.158控制在8個(gè)IP地址(包括網(wǎng)絡(luò )地址與廣播地址)的網(wǎng)絡(luò )范圍內，則要將原有網(wǎng)絡(luò )256個(gè)地址，細分為32個(gè)網(wǎng)絡(luò )，子網(wǎng)掩碼須加長(cháng)5個(gè)“1”(由2m=32，計算得m=5)，來(lái)控制網(wǎng)絡(luò )的大小，即設計子網(wǎng)掩碼為“/29”(11111111.11111111.11111111.11111000)，將IP地址與該子網(wǎng)掩碼“與”運算后，可得其網(wǎng)絡(luò )ID為221.232.130.152，不難推算出該網(wǎng)絡(luò )廣播地址為221.232.130.159，可用的6個(gè)主機ID范圍為153～158。一般將原有較大的網(wǎng)絡(luò )細分成多個(gè)“子網(wǎng)”，其目的有二：(1)ISP合理分配IP地址從而減少浪費;(2)控制Intranet中子網(wǎng)廣播范圍來(lái)保證網(wǎng)絡(luò )信號質(zhì)量，同時(shí)也便于日常管理與維護。
也可以通過(guò)縮短子網(wǎng)掩碼的長(cháng)度擴展網(wǎng)絡(luò )的容量。若要將IP地址221.232.130.158控制在500個(gè)左右IP地址的網(wǎng)絡(luò )范圍內，設計子網(wǎng)掩碼為“/23”(11111111.11111111.11111110.00000000，2n-2≥500，nmin=9，m=32-9=23)，將IP地址與該子網(wǎng)掩碼“與”運算后，可得其網(wǎng)絡(luò )ID為221.232.130.0，可用的512個(gè)IP地址范圍為：221.232.130.1至221.232.131.254。也可以認為是將221.232.130.0/24與221.232.131.0/24這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )匯聚成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，在路由器中只需要設置一條路由(ip route 221.232.130.0 0.0.1.255 x.x.x.x)即可將其連接到Internet中，這種將多個(gè)網(wǎng)絡(luò )匯聚成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )形成的新網(wǎng)絡(luò )稱(chēng)之為“超網(wǎng)”，其大多應用到路由設備的路由匯聚方案中。
3 結語(yǔ)
通過(guò)對無(wú)類(lèi)域間路由與可變長(cháng)子網(wǎng)掩碼技術(shù)的深入理解，我們可以靈活控制網(wǎng)段的大小，滿(mǎn)足實(shí)際網(wǎng)絡(luò )環(huán)境的需要。在Intranet網(wǎng)絡(luò )設計中，為優(yōu)化路由設備的路由表，要盡可能匯聚路由，增加單條路由的容積，使設備和網(wǎng)絡(luò )性能達到最優(yōu)，我們需要設計較大的網(wǎng)絡(luò );同時(shí)為控制廣播信號，避免網(wǎng)絡(luò )“噪音”過(guò)大，我們又要將網(wǎng)絡(luò )設計得足夠小，盡可能多地設計子網(wǎng)，將不同類(lèi)用戶(hù)分組到不同的VLAN中，提高網(wǎng)絡(luò )性能。當然，隨著(zhù)Intranet中網(wǎng)絡(luò )設備的不斷更新，我們應規劃并有序推進(jìn)IPv6方案，讓無(wú)類(lèi)域間路由與可變長(cháng)子網(wǎng)掩碼完成其技術(shù)使命，最終讓其隨IPv4成為歷史。
參考文獻
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