第5章 子網劃分和CIDR

第5章 子網劃分和CIDR

劃分網絡

根據A類、B類或C類網絡ID來識別網段具備一些侷限性，主要是在網絡級別之下不能對地址空間進行任何邏輯細分

若是一個IP是一個A類網絡。數據報到達網關，而後傳輸到99.0.0.0地址空間。若是要考慮它在這個地址空間中是如何傳遞的，這個圖示就會變得很是複雜，由於A類網絡可以容納超過1600萬臺主機。這個網絡也許包含數百臺主機，這大大超過了在一個子網上容納的數量。

爲了在大型網絡裏實現更高效的數據傳輸，地址空間被劃分爲較少的網段。把網絡劃分爲獨立的物理網絡可以增長網絡的總體性能，也就可以讓網絡使用更大的地址空間。它們不能使用網絡ID，由於傳輸到這個網絡的數據報具備相同的網絡ID(99.0.0.0)。儘管能夠利用主機ID來組織地址空間，可是對於可以容納超過1600萬臺主機的網絡來講，將會是很麻煩、很是不靈活、徹底不實用的。惟一可行的解決方法是在網絡標ID下對地址空間進行某種細分，讓主機和路由器可以根據IP地址判斷應該把數據發送到哪一個網段。

TCP/IP的設計者借用了主機ID裏的一些位來造成子網地址。一個名爲子網掩碼的參數指明瞭地址中多少位用於子網ID、保留多少位做爲實際的主機ID。

像IP地址同樣，子網掩碼也是個32位的二進制值，它的形式可以說明與之相關的IP地址的子網ID。

數據表先根據網絡ID被路由到目標網絡，而這個網絡ID是由地址類別決定的。當數據報到達目標網絡以後，它根據子網ID路由到合適的網段。在到達這個網段以後，再根據主機ID傳輸到正確的計算機。

將子網掩碼轉換爲點分十進制標記

子網掩碼必須仔細計算，而且要反應網絡的內部組織。一個子網內的全部主機應該具備相同的子網ID和子網掩碼。爲了便於人們使用，子網掩碼一般以點分十進制的形式表示，相似於IP地址

與IP地址相比，子網掩碼的轉換一般更爲簡單。對應於地址中的網絡ID和子網ID的掩碼位是1，表明IP地址裏主機ID的掩碼是0。這意味着1都在掩碼的左側，而0都在右側。在子網掩碼中，一組8位1對應於十進制的255（二進制11111111），8位0對應於十進制的0。下面這個常見的子網掩碼：

1111111111111111111111111111111100000000
以點分十進制的形式表示就是255.255.255.0。相似地，子網掩碼：

11111111111111110000000000000000
以點分十進制的形式表示就是255.255.0.0

使用子網

子網掩碼決定了網絡ID以後有多少位是做爲子網ID的。子網ID的長度不是固定的，取決於子網掩碼的值。子網ID越長，留給主機ID的位數越少。換句話說，若是網絡有不少子網，每一個子網上的主機容量就會減小；若是子網數量較少，並且子網ID佔據的位數也較少，每一個子網的主機容量就會增長。

子網ID的分配（以及子網掩碼的分配）取決於網絡的配置。最好的方案是先規範網絡，肯定所有網段的數量與位置，而後爲每一個網段分配一個子網ID。

下面是一個簡單的示例。這裏是一個B類網絡，它的第3個八位組被用做子網ID。假設網絡129.100.0.0分配的子網掩碼是255.255.255.0，表示網絡ID和子網掩碼佔據了IP地址中的3個八位組。因爲這個地址是個B類地址，地址中的前兩個八位組是網絡ID。全0和全1的主機ID是不能分配的，所以該配置最多支持254個子網，每一個子網最多容納254臺主機。在可以使用B類網絡地址（已經愈來愈難得到了）而且任何子網不會超過254臺主機時，這是一種至關明智的解決方案。

無類別域間路由（CIDR）

在2011年,ICANN宣佈，IPv4地址已經耗盡，應用對IP地址耗盡問題的長期解決方案是使用IPv6地址系統，它能夠提供大量的地址。然而ICANN分配光全部的IPv4地址並不意味着人們中止使用其地址。ISP一直在參與IPv4地址的買賣與分配。IP地址的高額交易，對路由表中地址條目的擴散進行限制的需求，催生了另一種路由表示形式，這種形式提供了更爲一致的方法來聚合和劃分IP地址空間。

A類地址已經耗盡，B類地址也很快用完了，C類地址還有剩餘，但它的地址空間比較小（最多254臺主機），這對於ISP是個限制。固然，咱們能夠向須要包含超過254臺主機的網絡全部者分配多個C類地址，可是把屬於同一個網絡的多個C類地址分別管理只會路由器產生沒必要要的混亂。

而無類別域間路由(CIDR)在路由表中定義地址塊時更容易修改，更具備靈活性。這種技術不依賴於預約義的8位、16位或24位網絡ID，而是使用一個名爲CIDR的前綴的值指定地址中做爲網絡ID的位數。這個前綴有時也被稱爲變長子網掩碼（VLSM）。這個前綴能夠位於地址空間的任何位置，讓管理員可以以更靈活的方式定義子網，以簡便的形式指定地址中網絡ID部分與主機ID部分。CIDR標記使用一個斜線（/）分隔符，後面跟一個十進制數值來表示地址中網絡部分所佔的位數。例如，在CIDR地址205.123.196.183/25中，/25表示地址中25位用於網絡ID，相應的子網掩碼就是255.255.255.128

CIDR前綴就是代表了IP地址中前面的多少位對於網絡裏的所有主機是同樣的。CIDR的一個強大的特性是不只可以對網絡劃分子網，還讓ISP或管理員可以把多個連續C類網絡聚合或組合爲一個實體。這種特性極大地簡化了網際路由表，從而延長了IPv4的生命。出租一系列連續C類網絡的ISP只須要一個條目就能夠定義所有網絡。在這種狀況下，CIDR前綴發揮了所謂超網掩碼的做用。例如，一個ISP能夠分配204.21.128.0（11001100000101011000000000000000）~204.21.255.255(11001100000101011111111111111111)的所有C類地址。

問與答

問：B類網絡在使用255.255.0.0做爲掩碼時，子網ID佔據了多少位？
答：0位（不存在子網ID字段）。掩碼255.255.0.0是B類網絡的默認設置，所有16個掩碼位都是用於網絡ID，沒有用於子網劃分。

問：一個網絡管理員計算出他須要21位掩碼，他應該使用什麼子網掩碼？
答：21位掩碼：11111111111111111111100000000000，也就是兩個全1八位組再加5位。全1的八位組對應於255，前5位爲1的八位組等於128+64+32+16+8=248，因此這個掩碼是255.255.248.0

問：公司有一個C類地址，員工分佈於10個位置，每一個位置的員工不超過12個。使用什麼子網掩碼可以知足爲每一個用戶提供一臺電腦的須要？
答：子網掩碼是255.255.255.240，主機ID使用4位，足夠爲每一個用戶提供不一樣的地址。

問：Billy想在一個A類網絡上使用佔據3位的子網ID，相應的子網掩碼是多少？
答：A類網絡意味着IP地址中第一個八位組是屬於網絡ID的，它的掩碼就是255。第二個八位組的3位子網ID對應於128+64+32=224，因此子網掩碼是255.224.0.0。

問：中CIDR範圍212.100.192.0/20中，分配了什麼IP地址？
答：超網參數/20表示ip地址的前20位是不變的，其他部分是可變的。這個初始地址的二進制形式是：
11010110.01100100.11000000.00000000
地址的前20位必須與這個初始地址相同，其餘部分只能夠變化。下面是可變部分的另外一個極限值（全1替換全0）：
11010110.01100100.11001111.11111111
因此地址範圍是212.100.192.0 ~ 212.100.207.255。

問題

1. 子網ID的位來自哪裏？
   答： 主機ID包含子網ID。

2. 爲何子網劃分技術現在沒有過去那麼重要？
   答：由於子網劃分技術已經被歸入CIDR中

3. 無類別域間路由中的「無類別」指的是什麼？
   答：無類別指的是再也不使用傳統的網絡地址分類（A,B,C,D）,而是使用CIRD前綴的事實

4. 在/26的網絡中，能夠有多少臺主機？
   答：主機號是6位，因此能夠有

C = 2^6 - 2

62臺主機。

1. 將幾個較小的網絡合併爲一個較大網絡範圍的技術是什麼？
   答：超網

課後練習

1.若是把網絡地址180.4.0.0~180.7.255.255合併爲一個網絡地址，請計算CIDR網絡地址。
答：180.4.0.0/14。

2.若是子網192.100.50.192的子網掩碼爲255.255.255.224，則該子網能夠有多少臺主機？
答：C類地址的十進制兩位數是110，該子網屬於C類地址。C類地址前24位是網絡ID，子網ID從主機ID借走了3位，主機ID還剩下5位。所以，子網能夠存在

2^5 -2 = 30

3.在練習2中，在子網掩碼位255.255.255.224，則能夠產生多少個子網？
答：子網ID是3位，所以有

2^3 - 2 = 6

個可能的子網。有些廠商支持全0和全1的子網，此時則意味着有8個可能的子網。

4.在網絡195.50.100.0/23中，肯定表示主機的最小IP地址
答：最低的主機地址是195.50.100.1

5.在練習4中，肯定表示主機的最大IP地址 答：最高的主機地址是195.50.101.254