子网划分和构成超网.ppt

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1、6.3 划分子网和构造超网,6.3.1 划分子网6.3.2 使用子网掩码的分组转发过程6.3.3 无分类编址 CIDR,6.3.1 划分子网,从两级 IP 地址到三级 IP 地址 IP 地址空间的利用率有时很低。给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。两级的 IP 地址不够灵活。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)。划分子网已成为因特网的正式标准协议。,划分子网的基本思路,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。从主机号借

2、用若干个比特作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个比特。IP地址:=,注：两级的 IP 地址可以记为：IP 地址:=,子网划分举例,将B类网168.95.0.0划分为8个子网（需3位），每个子网中至多8192个主机（213）。子网号全“0”和全“1”的不可用，实际可用6个子网。,10101000 01011111 000 00000 00000000,10101000 01011111 001 00000 00000000,10101000 01011111 010 00000 00000000,10101000 01011111 011 00000 0

3、0000000,10101000 01011111 100 00000 00000000,10101000 01011111 101 00000 00000000,10101000 01011111 110 00000 00000000,10101000 01011111 111 00000 00000000,网络号,子网号,划分子网的基本思路,凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报，仍然是根据 IP 数据报的目的网络号 net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。然后此路由器在收到 IP 数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网。最后

4、就将 IP 数据报直接交付给目的主机。,一个未划分子网的 B 类网络145.13.0.0,145.13.3.10,145.13.3.11,145.13.3.101,145.13.7.34,145.13.7.35,145.13.7.56,145.13.21.23,145.13.21.9,145.13.21.8,所有到网络 145.13.0.0的分组均到达此路由器,R1,R3,R2,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

5、.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,划分子网后变成了三级结构,当没有划分子网时，IP 地址是两级结构，地址的网络号字段也就是 IP 地址的“因特网部分”，而主机号字段是 IP 地址的“本地部分”。划分子网后 IP 地址就变成了三级结构。划分子网只是将 IP 地址的本地部分进行再划分，而不改变 IP 地址的因特网部分。,主机间通信情形和存在的问题,主机之间通信的两种情形在同一网络中，两台主机相互通信在不同网络中，

6、两台主机相互通信问题：如何区分两种情况如何获取主机IP地址中的网络地址部分,同一网络中主机之间通信,不同网络间的主机之间通信,子网掩码,从一个 I P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的划分。使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。子网掩码和IP地址都是32bit长，由一串1和0组成。子网掩码中的1对应于IP地址中的网络号和子网号，而子网掩码中的0对应于IP地址中主机号。,IP 地址的各字段和子网掩码,(IP 地址)AND(子网掩码)=网络地址,AND,A 类、B 类和 C 类 IP 地址的默认子网掩码,net-id,net-id,

7、host-id 为全 0,net-id,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255.255.255.0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0,host

8、-id 为全 0,host-id 为全 0,6.3.2 使用子网掩码的分组转发过程,在不划分子网的两级 IP 地址下，从 IP 地址得出网络地址是个很简单的事。但在划分子网的情况下，从IP地址却不能惟一地得出网络地址来，这是因为网络地址取决于那个网络所采用的子网掩码，但数据报的首部并没有提供子网掩码的信息。分组转发的算法也必须做相应的改动。,划分子网后分组的转发举例,128.30.33.1,0,128.30.33.13,H1,子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128,128.30.33.130,1,R2,子网2：网络地址 128.30.33.128 子

9、网掩码 255.255.255.128,H2,128.30.33.138,0,1,128.30.33.129,H3,128.30.36.2,子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0,128.30.36.12,划分子网后分组的转发举例,128.30.33.1,0,128.30.33.13,H1,子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128,128.30.33.130,1,R2,子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128,H2,128.30.33.138,0,1,128.30.3

10、3.129,H3,128.30.36.2,子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0,128.30.36.12,要发送的分组的目的 IP 地址：128.30.33.138,请注意：H1 并不知道 H2 连接在哪一个网络上。H1 仅仅知道 H2 的 IP 地址是128.30.33.138。因此 H1 首先检查主机 128.30.33.138 是否连接在本网络上。如果是，则直接交付；否则，就送交路由器 R1，并逐项查找路由表。,具体转发过程,假设H1要发送的分组是给H2，主机 H1 首先将本子网的子网掩码 255.255.255.128，与分组的 IP 地址 1

11、28.30.33.138 逐比特相“与”(AND 操作)，得出128.30.33.128，它不等于H1的网络地址（128.30.33.0），这说明H2和H1不在同一子网上，因此H1知道不能将分组直接交付给H2，而是将分组交给路由器R1，然后逐项查找路由表，由R1转发。,具体转发过程,128.30.33.1,0,R1 的路由表,128.30.33.13,H1,子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128,128.30.33.130,R1,1,R2,子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128,H2,128.30.33

12、.138,0,1,128.30.33.129,H3,128.30.36.2,子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0,128.30.36.12,R1 收到的分组的目的 IP 地址为128.30.33.138，路由器 R1 收到分组后就用路由表中第 1 个项目的子网掩码和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作，得网络地址为128.30.33.128。和第1项的目的网络地址不一致。,128.30.33.1,0,R1 的路由表（未给出默认路由器）,128.30.33.13,H1,子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.25

13、5.128,128.30.33.130,R1,1,R2,子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128,H2,128.30.33.138,0,1,128.30.33.129,H3,128.30.36.2,子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0,128.30.36.12,接着拿第 2个项目的子网掩码和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作，得网络地址为128.30.33.128。和第2项的目的网络地址一致。这表明子网 2 就是收到的分组所要寻找的目的网络。,128.30.33.1,0,R1 的路由表（未给

14、出默认路由器）,128.30.33.13,H1,子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128,128.30.33.130,R1,1,R2,子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128,H2,128.30.33.138,0,1,128.30.33.129,H3,128.30.36.2,子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0,128.30.36.12,在划分子网的情况下路由器转发分组的算法,(1)从收到的分组的首部提取目的 IP 地址 D。(2)先用各网络的子网掩码和 D 逐比特

15、相“与”，看是否和相应的网络地址匹配。若匹配，则将分组直接交付。否则就是间接交付，执行(3)。(3)若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则将分组传送给指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。(4)对路由表中的每一行的子网掩码和 D 逐比特相“与”，若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送给该行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，则将分组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。,6.3.3 无分类编址 CIDR,CIDR 最主要的特点：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

16、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。,无分类的两级编址,无分类的两级编址的记法是：IP地址:=,CIDR 还使用“斜线记法”(slash notation)，它又称为CIDR记法，即在IP地址后面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的比特数（这个数值对应于三级编址中子网掩码中比特 1 的个数）。例如128.14.46.34/20。CIDR将网络前缀都相同的连续的IP地址组成“CIDR地址块”。,CIDR 地址块,128.14.32.0/

17、20 表示的地址块共有 212 个地址（因为斜线后面的20是网络前缀的比特数，所以主机号的比特数是12）。这个地址块的起始地址（地址块中地址最小的一个）是 128.14.32.0。128.14.32.0/20 地址块的最小地址：128.14.32.0。128.14.32.0/20 地址块的最大地址：128.14.32.255。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）,10000000 00001110 0010 0000 0000000010000000 00001110 0010 0000 0000000110000000 000

18、01110 0010 0000 0000001010000000 00001110 0010 0000 0000001110000000 00001110 0010 0000 0000010010000000 00001110 0010 0000 0000010110000000 00001110 0010 1111 1111101110000000 00001110 0010 1111 1111110010000000 00001110 0010 1111 1111110110000000 00001110 0010 1111 1111111010000000 00001110 0010 1

19、111 11111111,所有地址的 20 bit前缀都是一样的,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，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。,CIDR 记法的其他形式,10.0.0.0/10 可简写为 10/10，也就是将点分十进制中低位连续的 0 省略。10.0.0.0/10 隐

20、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 11111111 11000000 00000000 00000000,CIDR 记法的其他形式,10.0.0.0/10 可简写为 10/10，也就是将点分十进制中低位连续的 0 省略。10.0.0.0/10 相当于指出 IP 地址 10.0.0.0 的掩码是 255.192.0.0，即 11111111 11000000 00000000 00000000 网络前缀的后面加一个星号*的表示方法 如 00001010 00*，在星号*之前是网络前缀，而星号*表示 IP 地址中的主机号。,构成超网,前缀长度

21、不超过 23 bit 的 CIDR 地址块都包含了多个 C 类地址。CIDR 地址块中的地址数一定是 2 的整数次幂。网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多。CIDR地址块可包含多个连续的C类地址，构成超网。这样的地址称为一个“编址域”，其中的地址数一定是2的整数次幂。例如，某单位需要2000个IP地址，则为其分配一个连续地址块共个2048个地址（即8个C类地址）的，而不是一个B类地址。,CIDR 地址块划分举例,因特网,206.0.68.0/22,206.0.64.0/18,ISP,大学 X,一系,二系,三系,四系,206.0.71.128/26206.0.71.192/26,206.0

22、.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25,206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26,206.0.70.0/24,206.0.71.0/25,206.0.71.0/26206.0.71.64/26,206.0.71.128/25,206.0.68.0/23,CIDR 地址块划分举例,因特网,206.0.68.0/22,206.0.64.0/18,ISP,大学 X,一系,二系,三系,四系,206.0.71.128/26206.0.71.192/26,206.0.6

23、8.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25,206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26,206.0.70.0/24,206.0.71.0/25,206.0.71.0/26206.0.71.64/26,206.0.71.128/25,206.0.68.0/23,这个 ISP 共有 64 个 C 类网络。如果不采用 CIDR 技术，则在与该 ISP 的路由器交换路由信息的每一个路由器的路由表中，就需要有 64 个项目。但采用地址聚合后，只需用路由聚合后的 1 个项目 20

24、6.0.64.0/18 就能找到该 ISP。,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。但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，这叫做最长前缀匹配。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,假设收到的分组的目的地址 D=206.0.71.130 路由表中的项目：206.0.68.0/22（大学）206.0.71.128/25（四系）查找路由表中的第 1 个项目，第 1 个项目 206.0.68.0/22 的掩码 M 有 22 个连续的 1

25、。M=11111111 11111111 11111100 00000000 M=11111111 11111111 11111100 00000000AND D=206.0.01000111.10000010 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=206.0.71.130 路由表中的项目：206.0.68.0/22（大学）206.0.71.128/25（四系）查找路由表中的第 2 个项目，第 2 个项目 206.0.71.128/25 的掩码 M 有 25 个连续的 1。M=11111111 11111111 11

26、111111 10000000因此只需把 D 的第 4个字节转换成二进制。M=11111111 11111111 11111111 10000000AND D=206.0.01000111.10000010 206.0.71.10000000,与 206.0.71.128/25 匹配,最长前缀匹配,D AND(11111111 11111111 11111100 00000000)=206.0.68.0/22 匹配 D AND(11111111 11111111 11111111 10000000)=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。,