网络层-第三节34：划分子网的IPv4地址和无分类IP地址

Posted 2023-03-08 快乐江湖

• 获取pdf：密码7281
• 专栏目录首页：【专栏必读】王道考研408计算机网络+湖科大教书匠计算机网络+网络编程万字笔记、题目题型总结、注意事项、目录导航和思维导图
• 王道考研408计算机组成原理万字笔记
• 王道考研408数据结构+计算机算法设计与分析万字笔记
• 王道考研408操作系统+Linux系统编程万字笔记

文章目录

• 一：划分子网的IPv4地址
• • （1）划分子网思想
  • （2）子网掩码
  • • A：概述
    • B：例子
    • C：默认子网掩码
• 二：无分类的IPv4地址
• • （1）分类IPv4地址存在的问题
  • （2）无分类域间路由选择（CIDR）
  • （3）例子
  • （4）路由聚合（构造超网）

本节对应视频如下

• 【计算机网络微课堂（有字幕无背景音乐版）】：划分子网的IPv4地址：对应“一：划分子网的IPv4地址”
• 【计算机网络微课堂（有字幕无背景音乐版）】：无分类编址的IPv4地址：对应“二：无分类的IPv4地址”

一：划分子网的IPv4地址

（1）划分子网思想

划分子网思想：如下图所示，某单位有一个大型的局域网需要连接到因特网，如果申请一个C类网络地址，其可分配的IP地址数量只有254个，不够使用

因此，该单位申请了一个B类网络地址，其可分配的IP地址数量达到了65534个。给每台计算机和路由器的接口分配一个IP地址后，还要大量剩余IP地址，这些剩余的IP地址只能由该单位的同一个网络使用，而其他单位的网络不能使用

随着该单位计算机网络的发展和建设，该单位又新增了一些计算机，并且需要将原来的网络划分成三个独立的网络，称其为子网1、子网2和子网3

假设子网1仍然使用原先申请到的B类网络地址，那么就需要为子网2和子网3各自申请一个网络地址。但是这样做会存在一些弊端

• 申请新的网络地址需要等待很长时间和花费更多的费用
• 即便申请到了两个新的网络地址，这也会使其他路由器的路由表新增针对这两个新的网络的路由记录
• 浪费原有网络大量的剩余IP地址

因此，如果可以从IP地址的主机号部分借用一些位作为子网号来区分不同的子网，就可以利用原有网络中剩余的大量IP地址，而不用申请新的网络地址

对于本例，我们可以借用16位主机号中的8位作为子网号，假设我们给子网1分配的子网号为0、给子网2分配的子网号为1、给子网3分配的子网号为2，之后就可以给各子网中的主机和路由器接口分配IP地址了

（2）子网掩码

划分子网的思想看起来很直观，但是有这样一个问题：如果未在图中标记子网号部分，那么我们和计算机又如何知道分类地址中主机号有多少比特被用作子网号了呢。这个问题便可用划分子网的工具——子网掩码来解决

A：概述

子网掩码： 32比特的子网掩码可以表明分类IP地址的主机号部分被借用了几个比特作为子网号

• 子网掩码使用连续的比特1来对应网络号和子网号
• 子网掩码使用连续的比特0来对应主机号
• 将划分子网的IPv4地址与其相应的子网掩码进行逻辑与运算就可得到IPv4地址所在子网的网络地址

如下图

B：例子

已知某个网络的地址为218.75.230.0,使用子网掩码255.255.255.128对其进行子网划分，请给出划分细节

• 从网络地址218.75.230.0可以看出这是一个C类地址
• 子网掩码255.255.255.128中，255.255.255即二进制24个连续的比特1，它们对应IP地址中的网络号部分；128即二进制10000000表示从IP地址的主机号部分借用多少比特来作为子网号，其中只有1个比特为1，这就表明从主机号部分借用1个比特作为子网号

因此，可划分出的子网数量为

$$2^1=2$$
由于原来8位主机号被借走1位作为子网号，所以主机号还剩7位，再除去主机号为全0的网络地址和全1的广播地址外，每个子网可分配的地址数量为

$$2^{8-1}-2=126$$

所以，使用子网掩码255.255.255.128可将C类网218.75.230.0均分为两个子网

C：默认子网掩码

默认子网掩码：默认的子网掩码是指在未划分子网的情况下使用的子网掩码

二：无分类的IPv4地址

（1）分类IPv4地址存在的问题

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，但是数量巨大的C类网因为其地址空间太小并没有得到充分使用，而因特网的IP地址仍在加速消耗，整个IPv4地址空间面临全部耗尽的威胁。为此，因特网工程任务组IETF又提出了采用无分类编址的方法来解决IP地址紧张的问题，同时还专门成立IPv6工作组负责研究新版本IP以彻底解决IP地址耗尽问题

（2）无分类域间路由选择（CIDR）

无分类域间路由选择（CIDR）：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;
CIDR可以更加有效地分配IPv4的地址空间，并且可以在新的IPv6使用之前允许因特网的规模继续增长。它使用CIDR使用“斜线记法”，或称CIDR记法。即在IPv4地址后面加上斜线“/”,在斜线后面写上网络前缀所占的比特数量

CIDR实际上是将网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个"CIDR地址块”。我们只要知道CIDR地址块中的任何一个地址，就可以知道该地址块的全部细节

• 地址块的最小地址
• 地址块的最大地址
• 地址块中的地址数量
• 地址块聚合某类网络(A类、B类或C类) 的数量
• 地址掩码

（3）例子

请给出CIDR地址块128.14.35.7/20的全部细节(最小地址，最大地址，地址数量，聚合C类网数量，地址掩码)

• /后面的20的表明该IPv4地址的前20个比特位为网络前缀，也就是说，所给地址左起第一个字节、第二个字节和第三个字节的前4个比特构成20比特的网络前缀，剩余12个比特的主机号
• 因此，我们需要将该地址的第三个字节和第四个字节转换成二进制的形式
• 将20比特的网络前缀保持不变，12比特的主机号全部取0，就可以得到该地址块的最小地址，即129.14.32.0
• 将20比特的网络前缀保持不变，12比特的主机号全部取1，就可以得到该地址块的最大地址，即128.14.47.255

该地址块中的地址数量为

$$2^{32-20}$$

聚合C类网的数量用该地址块中的地址数量除以一个C类网的地址数量，即

$$\frac{2^{32-20}}{2^8}$$

地址掩码为20个连续的比特1和12个连续的比特0，即255.255.240.0

（4）路由聚合（构造超网）

路由聚合：如下图所示，路由器R1与五个网络以及路由器R2直接相连，路由器R1和R2互为相邻的路由器，它们周期性的通告自己所知道的路由信息给对方。如果R1将5条路由记录直接告诉给R2，那么路由器R2的路由表就会多出5条记录来，这未免显得有些多余。所以我们可以找出这些地址的共同前缀进行聚合，构造超网

• 网络前缀越长，地址块越小，路由越具体
• 若路由器查表转发分组时发现有多条路由可选，则选择网络前缀最长的那条，这称为最长前缀匹配，因为这样的路由更具体