教育城域网环境下IP地址分配与使用.doc

教育城域网环境下IP地址分配与使用内蒙古自治区鄂尔多斯市电化教育馆 薛刚 中国联通鄂尔多斯市分公司 杨霞教育城域网（EMAN）通常由“市级核心层区（县/旗）汇聚层校园网及接入层”三级构成，教育城域网及其基本单元校园网（Campus Network）是实现教育信息化与数字教育的重要基础设施，要建立一个稳定、可靠、安全、健康的教育城域网与校园网，面临的首要问题就是合理划分和使用IP地址。IP地址的分配是构建任何网络的重要前提。教育城域网和校园网用户既要进行内部互访，又需要访问互联网，此时，用户应当具备公有IP地址（常称为公网IP地址）。但由于现行的公网IP地址标准以IPV4为主，互联网用户的继续快速增长使IPv4地址资源越来越紧张，多数IPv4地址已被分配，在IPV6还没有实现推广之前，为数众多的教育城域网和校园网内用户不可能大量获得公有IP地址，因此一般可分配使用私有IP地址，在内网至互联网的出口处使用NAT（其实是PAT）技术得到公网IP地址，进行互联网互访。根据RFC 1918 规定，私有IP地址包括：A类地址，从10.0.0.0至10.255.255.255，共约1677万个IP地址；B类地址从172.16.0.0至172.31.255.255，约104万个IP地址；C类私有地址，从192.168.0.0至192.168.255.255，共65536个IP地址。一个A类地址包含256个B类或65536个C类，一个B类地址包含4096个C类地址，一个B类地址包含256个C类地址。根据教育城域网的规模和需要，在保证有一定的余量的情况下，依据RFC1918的规定，可选择一段私有IP地址作为整个教育城域网之用，本文中的案例使用10.16.X.X-10.31.X.X(X为0-255的任意整数)共24（即16）个B类地址段供整个教育城域网使用，然后在其中选择地址段分配给各区（县/旗）来使用，分配时也最好以2n为单位进行分配。区/县/旗地址范围A区10.16.0.0/255.255.0.0A区10.17.0.0/255.255.0.0M区10.18.0.0/255.255.0.0M区10.19.0.0/255.255.0.0R区10.20.0.0/255.255.0.0W区10.21.0.0/255.255.0.0S县10.22.0.0/255.255.0.0P县10.23.0.0/255.255.0.0Z县10.24.0.0/255.255.0.010.25.0.0/255.255.0.010.26.0.0/255.255.0.0预留段110.27.0.0/255.255.0.0预留段210.28.0.0/255.255.0.0预留段310.29.0.0/255.255.0.0预留段410.30.0.0/255.255.0.0网络中心10.31.0.0/255.255.0.0图1 教育城域网IP地址分配总表教育城域网中的校园网通常会从上一级的网络管理机构（本案例中应为区/县/旗教育网络管理机构）分到一段网络地址，这个网络地址段通常由若干个连续或不连续的C类地址组成，初次分配时最好分配2n（n为大于等0的整数）个C类地址，这样的话更方便实现路由聚合。对一般的2000人左右的中小学校而言，可参考分配8个（23）C类地址，8个C类地址可以为学校提供256*8=2048个IP地址，通常情况下足够了。同理，千人左右的中小学校一般分配4个(22)C类地址就可以了。并且，未来，在所分配地址不足时，可以再次进行分配，当然，所分配的地址一般就不再连续了，也导致相关设备中的路由表项需要增加，这时路由聚合会存在问题。本文中的案例假定学校分得8个C的IP地址段10.16.24.X-10.16.31.X(此处的X代表0-255的整数)。A区地址范围(C类地址为单位)学校110.16.0.0-10.22.7.0学校210.16.8.0-10.22.15.0学校310.16.16.0-10.22.23.0学校410.16.24.0-10.22.31.0学校510.16.32.0-10.22.39.0幼儿园110.16.116.0-10.22.119.0幼儿园210.16.120.0-10.22.123.0预留段10.16.160.0-10.22.253.0网络中心10.16.254.0图2 教育城域网IP地址分配分表在校园网中，分得的IP地址会分给终端与服务器以及网络设备使用。不但终端与服务器需要IP地址才能接入网络，而且搭建一个数据通信网络设备（包括路由器、交换机、防火墙等）本身也会有IP地址开销。路由器的接口需要配置正确的IP地址以正常工作，但对于数据通信网络设备而言，不是所有物理接口都能够提供和对应网络层接口，比如一般的以太网交换机（常称为二层交换机）是不能为对应的RJ45端口配置IP地址的，而三层交换机则只能为虚接口配置IP地址。为数据通信设备分配的IP地址通常有以下用途：一是在网络层实现设备互连与互通，相连的接口需分配IP地址（常称为接口地址），而且两个设备相连的接口地址必须在同一个网段内，否则无法实现互通。二是作为网关地址，供与该网关地址处于同一网段下的终端与服务器与外界其他网段的设备互通之用。三是作为远程对设备进行网络管理之用。在星型网络结构构建的教育城域网中，网络设备间互连通常都是点对点连接，这种方式下工程上通常采用255.255.255.252的子网掩码，此时，一个网段内除了广播地址和网段地址外，只有两个有效地址，适于实现点对点到连。比如：10.16.254.0/255.255.255.252网段中有4个IP地址，其中，10.16.254.0是网段地址，10.16.254.3是广播地址，剩下的10.16.254.1和10.16.254.2恰可用于点到点互连。10.16.254.110.16.254.2图3 点到点连接在三层交换机或路由器上的接口上设置网关地址，通过该接口下连交换机时，可以认为是点对多点的连接，此时采用的子网掩码能够提供更大范围的IP地址段，如10.16.24.0/255.255.255.0地址段中，10.16.24.0为网络地址，10.16.24.255为广播地址，剩余的254个地址使用一个作为网关地址，其余253个IP地址全部可用来给终端与服务器使用。这里要注意：尽管理论上可以使用10.16.24.X(X为从1-254的任一整数)中的任何一个作为网关，但工程上常用第一个或最后一个IP地址作为网关，即10.16.24.1或10.16.24.254作为网关。同时，一般在分配地址段的时候为了避免较大的广播流量通常会将网段定义得较小，在工程实践中，使用255.255.255.192的子网掩码可实现可用地址62个（64个地址需减去网络地址和广播地址各1个）的地址段，同理使用255.255.255.224的子网掩码实现可用地址30个的地址段，这时源自二层的广播流量占比相对较小。例如10.16.24.0/255.255.255.192的可用地址即10.16.24.X(X为从1-62的任一整数)。10.16.24.210.16.24.110.16.24.310.16.24.60图4 点到多点连接网络层的设备配置了IP地址与远程管理命令后，可以通过Telnet及SSH方式进行远程登录管理。这里要注意的是即使是二层的以太网交换机,如果是可网管的交换机，通常也可以配置IP地址，与三层交换机不同的是在它上面可以有多个VLAN，但只有一个VLAN能配置虚接口以配置IP地址，而三层交换机则可以有多个VLAN虚接口并配置多个IP地址。注意，如果在一个校园网中配置了网管VLAN，则既要为各台二层交换机的网管VLAN配置处于同网段的不同的虚接口IP地址，并在终结该VLAN的三层设备上为该VLAN配置该网段的网关地址，这样就可以从相通的其他任何网络接入点（教育城域网内其他任何交换机）发起登录进行网管。在教育城域网与校园网中IP地址划分还存在其他实践与方法，各种IP地址的划分与使用也各有优劣。比如尽管NAT（实际上是PAT）可以有效地解决公网IP地址短缺的问题，但是实际上IP地址在许多应用中不只是数据