4.3 划分子网和构造超网VIP

课件制作人 谢希仁 第4章网络层 4 1基本知识4 2网际协议IP4 2 1虚拟互连网络4 2 2分类的IP地址4 2 3地址解析协议ARP4 2 4IP数据报的格式4 2 5IP层转发分组的流程4 3划分子网和构造超网4 3 1划分子网4 3 2无分类编址CIDR 构造超网 4 4路由选择协议与路由配置4 4 1基本概念与配置4 4 2内部网关协议RIP4 4 3内部网关协议OSPF 课件制作人 谢希仁 网络最大第一个最后一个每个网络类别网络数可用的可用的中最大的网络号网络号主机数A126 27 2 112616 777 214B16 383 214 1 128 0191 25565 534C2 097 151 221 1 192 0 0223 255 255254 主机数太多 用不完 打土豪分田地 抢几个主机位当网络为扩展网络数量 4 3划分子网和构造超网4 3 1划分子网 课件制作人 谢希仁 4 3划分子网和构造超网4 3 1划分子网 1 从两级IP地址到三级IP地址从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 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 145 13 3 10 145 13 3 11 145 13 3 101 145 13 7 34 145 13 7 35 145 13 7 56 145 13 21 23 145 13 21 9 145 13 21 8 所有到网络145 13 0 0的分组均到达此路由器 我的网络地址是145 13 0 0 R1 R3 R2 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 145 13 3 10 145 13 3 11 145 13 3 101 145 13 7 34 145 13 7 35 145 13 7 56 145 13 21 23 145 13 21 9 145 13 21 8 子网145 13 21 0 子网145 13 3 0 子网145 13 7 0 所有到达网络145 13 0 0的分组均到达此路由器 网络145 13 0 0 R1 R3 R2 课件制作人 谢希仁 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 subnetmask 可以找出IP地址中的子网部分 划分子网后 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 2 子网掩码 课件制作人 谢希仁 IP地址的各字段和子网掩码 145 13 3 10 两级IP地址 子网号为3的网络的网络号 三级IP地址 主机号 三级IP地址的子网掩码 网络号 主机号 子网的网络地址 0 网络号 子网号 主机号 145 13 145 13 3 3 10 课件制作人 谢希仁 IP地址 AND 子网掩码 网络地址 网络号 主机号 两级IP地址 网络号 三级IP地址 主机号 网络号 主机号 子网号 子网号 三级IP地址的子网掩码 子网的网络地址 网络号 子网号 0 逐位进行AND运算 111111111111111111111111 00000000 0000000000000000 1111111111111111 11111111 000000000000000000000000 网络号 网络号 主机号为全0 网络号 网络地址 A类地址 默认子网掩码255 0 0 0 网络地址 B类地址 默认子网掩码255 255 0 0 网络地址 C类地址 默认子网掩码255 255 255 0 主机号为全0 主机号为全0 默认子网掩码 141 14 01000000 111111111111111111000000 例4 1 已知IP地址是141 14 72 24 子网掩码是255 255 192 0 试求网络地址 a 点分十进制表示的IP地址 c 子网掩码是255 255 192 0 00000000 141 14 72 24 141 14 64 0 0 01001000 141 14 24 b IP地址的第3字节是二进制 d IP地址与子网掩码逐位相与 e 网络地址 点分十进制表示 3 子网划分例题 141 14 01000000 111111111111111111100000 例4 2 在上例中 若子网掩码改为255 255 224 0 试求网络地址 讨论所得结果 a 点分十进制表示的IP地址 c 子网掩码是255 255 224 0 00000000 141 14 72 24 141 14 64 0 0 01001000 141 14 24 b IP地址的第3字节是二进制 d IP地址与子网掩码逐位相与 e 网络地址 点分十进制表示 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 某单位分配到一个B类IP地址 其net id为129 250 0 0 该单位有4000台机器 平均分布在16个不同的地点 试给每一地点分配一个子网号码 并计算出每个地点主机号码的最小值和最大值 子网划分练习 限定子网数 首先确定主机位 4000 16 250 每个地点250台机器 则每个网络至少需要容纳250台主机 由于28 2 254 250 可知主机位至少为8位 然后确定子网位 剩余可分配主机位是16 8 8位 可表示最大可用子网数 28 2 254 16 子网掩码为255 255 255 0 能满足实际需求 最终为每个地点分配如下网络地址 子网划分练习 限定子网数 全0全1子网问题 请参照此文档 每个子网的第一个IP为网络地址 全0 最后一个为广播地址 全1 之间的地址为有效IP 子网划分练习 限定子网数 将上例中的16个地点改为8个地点 尝试自行规划IP地址 子网划分练习 限定子网数 课件制作人 谢希仁 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 然而在1992年因特网仍然面临三个必须尽早解决的问题 这就是 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 因特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 整个IPv4的地址空间最终将全部耗尽 4 3 2无分类编址CIDR1 网络前缀 课件制作人 谢希仁 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 课件制作人 谢希仁 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 课件制作人 谢希仁 无分类的两级编址的记法是 IP地址 4 3 CIDR还使用 斜线记法 slashnotation 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 无分类的两级编址 课件制作人 谢希仁 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 计算得出 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 0128 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 128 14 32 0 20表示的地址 212个地址 1000000000001110001000000000000010000000000011100010000000000001100000000000111000100000000000101000000000001110001000000000001110000000000011100010000000000100100000000000111000100000000001011000000000001110001011111111101110000000000011100010111111111100100000000000111000101111111111011000000000001110001011111111111010000000000011100010111111111111 所有地址的20位前缀都是一样的 课件制作人 谢希仁 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 也叫构成超网 supernetting 它使得路由表中的一个项目可以表示很多个原来传统分类地址的路由 例如如下连续的4个C类网络 需要4个路由项 200 200 200 0 24200 200 201 0 24200 200 202 0 24200 200 203 0 24而使用200 200 200 0 22表示该网络 只需要一个路由项200 200 200 0 22 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 例如对于 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 课件制作人 谢希仁 CIDR记法的其他形式 10 0 0 0 10可简写为10 10 也就是把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 课件制作人 谢希仁 2 最长前缀匹配 使用CIDR时 路由表中的每个项目由 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 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 morespecific 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 收到的分组的目的地址D 206 0 71 128路由表中的项目 206 0 68 0 22 ISP 206 0 71 128 25 四系 查找路由表中的第1个项目 ANDD 206 0 01000100 0 第1个项目206 0 68 0 22的掩码M有22个连续的1 M 11111111111111111111110000000000 因此只需把D的第3个字节转换成二进制 M 11111111111111111111110000000000 206 0 01000100 0 与206 0 68 0 22匹配 最长前缀匹配举例 收到的分组的目的地址D 206 0 71 128路由表中的项目 206 0 68 0 22 ISP 206 0 71 128 25 四系 再查找路由表中的第2个项目 ANDD 206 0 71 10000000 第2个项目206 0 71 128 25的掩码M有25个连续的1 M 11111111111111111111111110000000 因此只需把D的第4个字节转换成二进制 M 11111111111111111111111110000000 206 0 71 10000000 与206 0 71 128 25匹配 课件制作人 谢希仁 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 例如 若某目的地址同时匹配192 168 1 0 24 192 168 1 0 25 则匹配具有最长前缀 25的路由表项进行转发 给某单位分配了一个C类地址块192 168 110 0 24 该单位的计算机数目分布如下图所示 要求 各部门处于不同的网段 确保地址资源不浪费且扩充性好 3 子网划分练习 限定主机数 解 解答前 先分析题目的信息 1 由该公司使用的地址可知 该公司使用的是标准C类地址 即 网络 192 168 110 0 Mask 255 255 255 0 即192 168 110 0 24首先满足主机最多的机房A 由于27 128 105 2 26 所以需要7位主机位 子网位 8 7 1 下图中红色字体为子网位 则子网位有0 1两种情况 假设子网号为 0 组给教师机房A 即可得分配的地址范围 转换为点分十进制 192 168 110 1 192 168 110 126 子网掩码 255 255 255 128 也可写成192 168 110 0 25 再次遇到全0全1子网问题 请参照此文档 2 机器数量第二多的是机房B 由于26 64 32 2 25 不能选用25 因为全0和全1不推荐使用 所以需要6位主机位 子网位 8 6 2 红色字体为子网位 继续借用主机号 则也有0 1两种情况 假设子网号为 10 组给教师机房B 即可得分配的地址范围 转换为点分十进制 192 168 110 129 192 168 110 190 子网掩码 255 255 255 192 也可写成192 168 110 128 26 3 机器数量最少的是机房C 由于25 32 30 2 24 所以需要5位主机位 子网位 8 5 3 红色字体为子网位 继续借用主机号 假设子网号为 110 组给教师机房C 即可得分配的地址范围 192 168 110 193 192 168 110 222 子网掩码 255 255 255 224 也可写成192 168 110 192 27 先确定可分配地址的网络前缀 网络位 和主机位 然后根据要求确定每个子网的主机位和网络前缀 网络位 接下来列出每个地址块的所有子网并选定所需子网 最后根据所选子网确定主机地址 例如将192 168 1 0 23这个网络地址划分成能容纳15 64个主机的子网 需要按照如下步骤划分 总结 子网划分的一般步骤 1 确定可分配地址的网络前缀 网络位 和主机位将可分配地址192 168 1 0 23化为二进制 下划线部分为网络前缀 下同 11000000 10101000 00000001 00000000网络前缀对应的掩码为 11111111 11111111 11111110 00000000将地址块和掩码做与操作 可以得到真正的网络地址 红色部分为主机位 下同 11000000 10101000 00000000 00000000 192 168 0 0 23 可知网络前缀为23位 可自由规划的主机位为24至32位 共9位主机位 子网划分的一般步骤 2 根据要求确定每个子网的主机位和网络前缀 网络位 将所需要的主机数自大而小的排列出来 64 15 然后根据该主机数确定每个子网的主机位 如果2的n次方 2 主机数 那么主机位就等于n 于是得到该方案的主机位分别为 7 5 2的原因是不能使用全0全1主机地址 全0表示该网络 全1表示该网络的广播地址 根据主机位可以确定对应的网络前缀 即网络前缀 32 主机位 可知对应的网络前缀分别为25 27 子网划分的一般步骤 3 列出每个地址块的所有子网并选定所需子网按照主机数的多少来确定的子网分配的顺序 如本例中的主机数为64 15 则应该先确定64主机数的子网 该子网需要7位主机位 网络前缀为25 绿色为可自由规划的子网位 下同 为便于区分 下面图示用分隔线 0 和 0 将网络位 子网位和主机位3者隔开 11000000 10101000 0000000 X X XXXXXXX 192 168 0 0 25 其中 前23位为给定的网络位 不可更改 而后面的7位主机位预留给该子网的主机作为主机地址 也不可以占用 所以能够自由选择的只有24至25位 可知第一个子网的地址块有4个 分别是 11000000 10101000 0000000 0 0 XXXXXXX 192 168 0 0 25 11000000 10101000 0000000 0 1 XXXXXXX 192 168 0 128 25 11000000 10101000 0000000 1 0 XXXXXXX 192 168 1 0 25 11000000 10101000 0000000 1 1 XXXXXXX 192 168 1 128 25 一般我们选择第一个子网 也就是地址最小的子网块192 168 0 0 25 子网划分的一般步骤 接下来确定其它子网 剩下的子网可以在余下的地址块中分配 11000000 10101000 0000000 0 1 XXXXXXX 192 168 0 128 25 11000000 10101000 0000000 1 0 XXXXXXX 192 168 1 0 25 11000000 10101000 0000000 1 1 XXXXXXX 192 168 1 128 25 一般我们选择第一个子网 也就是地址最小的子网块192 168 0 128 25进行进一步划分 本子网需要5位主机位 网络前缀为27 11000000 10101000 00000000 1 XX XXXXX 192 168 0 128 25 其中 前25位为网络位 不可更改 而后面的5位主机位预留给该子网的主机作为主机地址 也不可以占用 所以能够自由选择的只有26至27位 可知第二个子网的地址块有4个 分别是 11000000 10101000 00000000 1 00 XXXXX 192 168 0 128 27 11000000 10101000 00000000 1 01 XXXXX 192 168 0 160 27 11000000 10101000 00000000 1 10 XXXXX 192 168 0 192 27 11000000 10101000 00000000 1 11 XXXXX 192 168 0 224 27 一般我们选择第一个子网 也就是地址最小的子网块192 168 0 128 27 子网划分的一般步骤 4 根据所选子网确定主机地址每个子网的第一个IP为网络地址 全0 最后一个为广播地址 全1 之间的地址为有效IP 得到 在实际规划当中 尽量不要使用网络位或子网位为全0或全1的子网 子网划分的一般步骤 某集团公司给下属子公司甲分配了一段IP地址192 168 5 0 24 现在甲公司有两层办公楼 1楼和2楼 每个楼层均有独立的路由器 1楼有100台电脑联网 2楼有53台电脑联网 如果你是该公司的网管 你该怎么去规划这个IP 子网划分练习 实际应用 根据需求 画出下面这个简单的拓扑 将192 168 5 0 24划成3个网段 1楼一个网段 至少拥有101个可用IP地址 2楼一个网段 至少拥有54个可用IP地址 1楼和2楼的路由器互联用一个网段 需要2个IP地址 子网划分的一般步骤 思路 我们在划分子网时优先考虑最大主机数来划分 在本例中 我们就先使用最大主机数来划分子网 101个可用IP地址 那就要保证至少7位的主机位可用 2的m次方 2 101 m的最小值 7 如果保留7位主机位 那就只能划出两个网段 剩下的一个网段就划不出来了 但是我们剩下的一个网段只需要2个IP地址并且2楼的网段只需要54个可用IP 因此 我们可以从第一次划出的两个网段中选择一个网段来继续划分2楼的网段和路由器互联使用的网段 子网划分练习 实际应用 1 先根据大的主机数需求 划分子网因为要保证1楼网段至少有101个可用IP地址 所以 主机位要保留至少7位 先将192 168 5 0 24用二进制表示 11000000 10101000 00000101 00000000 24主机位保留7位 即在现有基础上网络位向主机位借1位 可划分出2个子网 1 11000000 10101000 00000101 00000000 25 192 168 5 0 25 2 11000000 10101000 00000101 10000000 25 192 168 5 128 25 1楼网段从这两个子网段中选择一个即可 我们选择192 168 5 0 25 2楼网段和路由器互联使用的网段从192 168 5 128 25中再次划分得到 子网划分练习 实际应用 2 再划分2楼使用的网段2楼使用的网段从192 168 5 128 25这个子网段中再次划分子网获得 因为2楼至少要有54个可用IP地址 所以 主机位至少要保留6位 2的m次方 2 54 m的最小值 6 先将192 168 5 128 25用二进制表示 11000000 10101000 00000101 10000000 25主机位为6位 即在现有基础上网络位再向主机位借1位 可划分出2个子网 1 11000000 10101000 00000101 10000000 26 192 168 5 128 26 2 11000000 10101000 00000101 11000000 26 192 168 5 192 26 2楼网段从这两个子网段中选择一个即可 我们选择192 168 5 128 26 路由器互联使用的网段从192 168 5 192 26中再次划分得到 子网划分练习 实际应用 3 最后划分路由器互联使用的网段路由器互联使用的网段从192 168 5 192 26这个子网段中再次划分子网获得 因为只需要2个可用IP地址 所以 主机位只要保留2位即可 2的m次方 2 2 m的最小值 2 先将192 168 5 192 26用二进制表示 11000000 10101000 0000010