划分子网和构造超网.ppt

4 3 1划分子网 1 从两级IP地址到三级IP地址在ARPANET的早期 IP地址的设计确实不够合理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 4 3划分子网和构造超网 从1985年起在IP地址中又增加了一个 子网号字段 使两级的IP地址变成为三级的IP地址 这种做法叫作划分子网 subnetting 划分子网已成为因特网的正式标准协议 RFC950 三级IP地址 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比特作为子网号subnet id 而主机号host id也就相应减少了若干个比特 划分子网的基本思路 IP地址 6 2 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 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 最后就将IP数据报直接交付给目的主机 划分子网的基本思路 续 一个未划分子网的B类网络145 13 0 0 划分为三个子网后对外仍是一个网络 路由器R1收到数据报后 再根据其目的地址转发到相应子网 当没有划分子网时 IP地址是两级结构 地址的网络号字段也就是IP地址的 因特网部分 而主机号字段是IP地址的 本地部分 划分子网后IP地址就变成了三级结构 划分子网只是将IP地址的本地部分进行再划分 而不改变IP地址的因特网部分 划分子网后变成了三级结构 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的划分 使用子网掩码 subnetmask 可以找出IP地址中的子网部分 2 子网掩码 4 3 1划分子网 续 IP地址的各字段和子网掩码 IP地址 AND 子网掩码 网络地址 A类 B类和C类IP地址的默认子网掩码 网络172 16 0 0 不设子网的网络 网络172 16 0 0 设置子网的网络 子网地址 子网地址 172 16 2 200 172 16 2 2 172 16 2 160 172 16 2 1 172 16 3 5 172 16 3 100 172 16 3 150 172 16 3 1 E0 E1 172 16 2 160 网络 主机 网络 端口 172 16 2 0255 255 255 0172 16 3 0255 255 255 0 E0E1 新路由表 子网 子网掩码 子网规划举例 Q 已分配了一个C类地址 201 222 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 A 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 11111000B 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 子网划分举例 广播地址可达范围举例 广播地址练习 地址 类别 子网 广播地址 201 222 10 60 255 255 255 248 子网掩码 15 16 193 6 255 255 248 0 128 16 32 13 255 255 255 252 153 50 6 27 255 255 255 128 广播地址练习 答案 153 50 6 127 地址 类别 子网 广播地址 201 222 10 60 255 255 255 248 C 201 222 10 63 201 222 10 56 子网掩码 15 16 193 6 255 255 248 0 A 15 16 199 255 15 16 192 0 128 16 32 13 255 255 255 252 B 128 16 32 15 128 16 32 12 153 50 6 27 255 255 255 128 B 153 50 6 0 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 但在划分子网的情况下 从IP地址却不能惟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 使用子网划分后 路由表中的每行所包括的主要内容是 目的网络地址 子网掩码 下一跳地址因此分组转发的算法也必须做相应的改动 4 3 2使用子网掩码的分组转发过程 在划分子网的情况下路由器转发分组的算法 1 从收到的分组的首部提取目的IP地址D 2 用路由器直连的各网络的子网掩码和D逐比特相 与 看是否和相应的直连网络地址匹配 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逐比特相 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 向源结点发送一个ICMP包报告转发分组出错 划分子网后分组的转发举例 主机H1要发送分组给H2 主机H1将分组的目的IP地址128 30 33 138与自己所在网络的子网掩码255 255 255 128逐比特相 与 AND操作 与 运算结果128 30 33 128不等于主机H1自己所在网络地址128 30 33 0 由此IP地址128 30 33 138的目的主机不在H1所在的子网中 所以须间接交付 前图中子网地址的计算举例 IP地址 子网掩码 该IP地址的网络号 前图寻路过程祥析如下 H1首先检查目的主机128 30 33 138是否连接在H1自己直连的网络上 如果是 则直接交付 否则 就间接交付 送交路由器R1 结果 不连接在自己直连的网上H1必须把分组间接交付 传送到路由器R1 然后逐项查找路由表路由器R1收到分组后就用128 30 33 138和路由表中第1个表项的子网掩码逐比特AND操作 结果 不匹配路由器R1再用128 30 33 138和路由表中第2个表项的子网掩码逐比特AND操作 结果 匹配路由器R1断定第二个表项的网络 子网2 就是收到的分组所要寻找的目的网络 于是R1将分组从接口1直接交付给主机H2 划分子网在一定程度上缓解了因特网在发展中遇到的困难 然而当前因特网使用的寻址方案面临三个必须尽早解决的问题 这就是 IPv4A类地址已全部分完 B类只有极少数未分配 C类地址也已所剩无几 因特网主干网路由器中的路由表项急剧增长 从几千个增长到几万个 导致查找速度变慢 按目前地址分配速度 2008年左右会全部分完 整个IPv4的地址空间最终将全部耗尽 4 3 3无分类编址CIDR 1 网络前缀 1987年 RFC1009就指明了在一个划分子网的网络中可同时使用几个不同的子网掩码 使用变长子网掩码VLSM VariableLengthSubnetMask 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 ClasslessInter DomainRouting IP编址问题的演进 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 CIDR最主要的特点 无分类的两级编址的记法是 CIDR还使用 斜线记法 slashnotation 它又称为CIDR记法 即在IP地址后面加上一个斜线 然后写上网络前缀所占的比特数 这个数值对应于三级编址中子网掩码中比特1的个数 CIDR将网络前缀都相同的连续的IP地址组成 CIDR地址块 IP地址 无分类的两级编址 CIDR地址块 128 14 32 0 20表示的地址块共有212个地址 因为斜线后面的20是网络前缀的比特数 所以主机号的比特数是12 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 这个地址块起始地址是128 14 00100000 00000000 128 14 32 0 20地址块的最小地址 128 14 32 0128 14 32 0 20地址块的最大地址 128 14 47 255一般 地址块内全0和全1的地址不能分配给主机 分别表示该块的网络地址和广播地址 128 14 32 0 20表示的地址 212个地址 1000000000001110001000000000000010000000000011100010000000000001100000000000111000100000000000101000000000001110001000000000001110000000000011100010000000000100100000000000111000100000000001011000000000001110001111111111101110000000000011100011111111111100100000000000111000111111111111011000000000001110001111111111111010000000000011100011111111111111 所有地址的20bit前缀都是一样的 最小地址 最大地址 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 用CIDR地址块后 可以使路由表中的表项大大减少 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 路由聚合 routeaggregation 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隐含地指出IP地址10 0 0 0的掩码是255 192 0 0 此掩码可表示为11111111110000000000000000000000网络前缀的后面加一个星号 的表示方法 如0000101000 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 255 192 0 0 掩码中有10个连续的1 构成超网 前缀长度不超过23bit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 如地址块10 8 0 0 24和10 8 1 0 24就聚合成超网10 8 0 0 23 而地址块10 8 0 0 24 10 8 1 0 24 10 8 2 0 24和10 8 3 0 24就聚合成超网10 8 0 0 22 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 CIDR地址块全0和全1地址限制问题 需要注意的是 在早期的RFC950文档规定中 网络划分为子网后 子网号全0和全1的地址不能分配给子网 这是为了避免网络与0号子网两者的网络地址相同而产生二义性问题 同时也避免了网络与全1子网两者的广播地址相同而产生的二义性问题 这个规定仍应遵守 但是 在无类别域间路由 CIDR 中用前缀表示地址块的范围 不存在子网号全0和全1的限制问题 如网络地址10 1 2 0 24和10 1 2 0 25 广播地址10 1 2 255 24和10 1 2 255 25无二义性问题 但地址块内全0和全1的地址仍然不能分配给主机 它们分别用于表示该地址块的网络地址和该地址块的广播地址 CIDR地址块划分举例 CIDR地址块划分举例 2 最长前缀匹配 使用CIDR时 路由表中每个项目由 目的网络 网络前缀 和 下一跳地址 组成 在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果 如欲转发目的地址206 0 71 130的信包时 应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由 最长前缀匹配 longest prefixmatching 网络前缀越长 其地址块就越小 因而路由就越具体 最长前缀匹配又称为最长匹配或最佳匹配 最长前缀匹配举例 最长前缀匹配举例 最长前缀匹配 DAND 11111111111111111111110000000000 206 0 68 0 22匹配DAND 11111111111111111111111110000000 206 0 71 128 25匹配选择两个匹配的地址中更具体的一个 即选择最长前缀的地址 应该选择后者 3 使用二叉线索查找路由表 当路由表的项目数很大时 怎样设法减小路由表的查找时间就成为一个非常重要的问题 为了进行更加有效的查找 通常是将无分类编址的路由表存放在一种层次的数据结构中 然后自上而下地按层次进行查找 这里最常用的就是二叉线索 binarytrie IP地址中从左到右的比特值决定了从根结点逐层向下层延伸的路径 而二叉线索中的各个路径就代表路由表中存放的各个地址 为了提高二叉线索的查找速度 广泛使用了各种压缩技术