【教学摘要】 互联网及TCP/IP协议   下

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Subnet 编址  RFC917 (1984)

原始分类地址优缺点

地址的前缀部分说明的地址的类型也就说明的地址的网络部分长度。

选路只需要根据地址前缀部分进行即可。

例如128.2.11.43代表一个B类地址因此可确定网络前缀为128.2路由器只需要根据128.2选路转发分组即可。

网络前缀的长度固定8/16/24).

Subnet 编址  RFC917 (1984)

子网地址的需求背景

Class A & B 网太大

几乎没有一个LAN的主机数接近64k

原因既有物理电气方面的约束也有性能管理方面的约束。

地址分配不够灵活导致地址使用效率低地址空间消耗速度快。

实际中需要一种简单的方法将一个大的分类地址空间划分为多个小的子网提高地址使用效率满足单位的组网需要。

子网划分

在原有的两层地址结构中增加了一个新层子网ID。

通过子网ID可以将一个分类地址划分成几个子网。

为识别网络部分的实际长度引入子网掩码机制来确定主机和网络部分的长度。

子网掩码的长度根据实际需要确定意味着网络前缀的长度此时已经可变了。

掩码

掩码它是一组32位长的二进制数值其每一位上的数值代表不同含义为“1”则代表该位是网络位若为“0”则代表该位是主机位。

1、自然掩码为分类地址分配的掩码

2、子网掩码对子网划分后的网络分配的掩码

3、可变长子网掩码

子网划分的例子有时间会单独做一张解题过程

例一、假设某公司有一B类地址180.32.0.0有10个部门,,每个部门主机数相当,要求完成子网规划计算每个子网的子网号、掩码、子网的广播地址。

步骤

1、首先确定子网号的位数。

2、计算子网的网络前缀

3、计算子网掩码

4、子网的广播地址

例二、假设一个拥有C类网络200.117.15.0/24的小型机构6个部门相应的划分成6个子网。其中4个子网主机数不超过10一个子网的主机数是60一个子网的主机数是100整个网络不超过200台主机。

变长子网掩码Variable Length Subnet Masking (VLSM)

变长子网掩码VLSM是指一个网络可以用不同的掩码进行配置。

变长子网掩码是与定长子网掩码相对应的一种子网划分方式。根据不同网段中的主机个数使用不同长度的子网掩码这种设计方式被称为变长子网掩码当一个网络包含多个子网且子网的大小不同则可以使用VLSM这样避免了IP地址的浪费。

Classless Inter-domain Routing(CIDR)

传统分类IP地址的缺点

不够灵活AB类地址对大多数机构太大但C地址又太小。举例如下

某机构拥有约2000台主机要构建一个网络采用分类地址方案则一个C 类网络地址太小而分配一个B可解决问题但地址空间的利用率又太低。

实际建网面临的问题

Internet规模激增A,B类IP地址资源紧张如何有效使用现有IP地址的问题

允许一个机构内部网络结构任意复杂但对外整个网络能够拥有一个共同的网络号。控制由于网络规模和结构的复杂对性能的影响

CIDR型地址的特点

IETF在1993【rfc1519】将其标准化,对子网概念的进一步扩展。

CIDR型IP地址的网络部分可以任意长

不使用类型标识来确定网络部分的长度。

使用地址块的公共部分做为网络前缀。

CIDR型的网络地址必须采用形式a.b.c.d/x表示,其中x表示32bit的地址中前x bit为网络部分。

分配给同一机构的地址空间必须保持连续2的幂次以实现地址聚集。

路由聚合(route aggregation)

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它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。

C类地址的分区

194.0.0.0~195.255.255.255  欧洲

198.0.0.0~199.255.255.255  北美

200.0.0.0~201.255.255.255  中南美

202.0.0.0~203.255.255.255  亚太

示例在某路由器中去往欧洲地区的路由项 可聚集为一项194.0.0.0/7,相应的网络掩码可写为254.0.0.0

对于本节开头的例子我们可为该机构分配一块连续C类地址202.4.16 .X- 202.4.23.X 这样地址的公共部分为21位主机部分则为11位最多标识2048台满足设计要求。

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-prefix matching)。

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

五 路由器的一般结构-转发平面

Input interfaces:

必须执行分组转发确定转发到哪一个出接口。

执行分组排队。

Output interfaces:

执行分组排队和分组调度。

Backplane互连出口与

入口。

分组转发算法

(1)  从数据报的首部提取目的站的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N。

(2)  若网络 N 与此路由器直接相连则直接将数据报交付给目的站 D否则是间接交付执行(3)。

(3)  若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由则将数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器否则执行(4)。

(4)  若路由表中有到达网络 N 的路由则将数据报传送给路由表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数据报传送给路由表中所指明的默认路由器否则执行(6)。

(6)  报告转发分组出错。

必须强调指出

IP 数据报的首部中没有地方可以用来指明“下一跳路由器的 IP 地址”。

当路由器收到待转发的数据报不是将下一跳路由器的 IP 地址填入IP数据报而是送交下层的网络接口软件。

网络接口软件使用 ARP 负责将下一跳路由器的 IP 地址转换成硬件地址并将此硬件地址放在链路层的 MAC 帧的首部然后根据这个硬件地址找到下一跳路由器。

地址解析协议 ARP

不管网络层使用的是什么协议在实际网络的链路上传送数据帧时最终还是必须使用硬件地址。

每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。

当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 数据报时就先在其 ARP 高速缓存中查看有无主机 B 的 IP 地址。如有就可查出其对应的硬件地址再将此硬件地址写入 MAC 帧然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。

IP地址与转发的总结

IP地址

IP 地址实际对应的是一个网络Interface。

分类IP地址 (A,B,C) 的地址分配效率很低运营商和大型园区网都不使用。

CIDR (Supernet) 主要用途是将一组连续的C类地址进行聚集而子网的用途则是将一个分类地址进行细分。

转发

路由器总是基于IP地址选路然后用物理地址完成封装的转发。

路由器和主机上总是运行了两个网络层协议IP扮演逻辑网络协议物理网络协议则扮演了数链层的角色。

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