路由選擇協(xié)議與VLSM子網(wǎng)設(shè)計

2019-11-04 12:06:35

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供稿：網(wǎng)友

　　隨著網(wǎng)絡(luò)應用的日益廣泛，接入網(wǎng)絡(luò)和邊緣網(wǎng)絡(luò)的需求也更加復雜多樣，企業(yè)為了開展電子商務，必須實現(xiàn)與Internet的互聯(lián)，路由器是實現(xiàn)這一互聯(lián)的要害設(shè)備。路由器可以為企業(yè)提供越來越多的智能化服務，包括安全性、可用性和服務質(zhì)量（QoS）等。

下面結(jié)合實踐經(jīng)驗，討論Cisco 路由器的路由選擇協(xié)議與VLSM子網(wǎng)設(shè)計。
　　一、路由選擇協(xié)議的分類
　　---- 一般路由器支持多種路由選擇協(xié)議，例如靜態(tài)路由、Rip、IGRP、RIPv2、EIGRP、OSPF和BGP等等。這些路由選擇協(xié)議可分為有類路由選擇協(xié)議和無類路由選擇協(xié)議。
　　---- 1．有類路由選擇協(xié)議
　　---- 一般把路由信息協(xié)議（RIP）和內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由選擇協(xié)議（IGRP）等稱為有類路由協(xié)議。在有類路由選擇協(xié)議中，只在路由器之間傳送路由和它的度量值，對每個轉(zhuǎn)發(fā)報文，路由器從報文中取出目的地址，各路由器通過下面2種方法判定目的地網(wǎng)絡(luò)掩碼。
　　---- （1）假如有一個接口連到目的地網(wǎng)絡(luò)，則使用此接口的網(wǎng)絡(luò)掩碼。隸屬網(wǎng)絡(luò)的所有子網(wǎng)的大小必須相同。
　　---- （2）否則，使用對應目的地址類的網(wǎng)絡(luò)掩碼。A類網(wǎng)絡(luò)使用8位掩碼，B類網(wǎng)絡(luò)使用16位掩碼，C類網(wǎng)絡(luò)使用24位掩碼。
　　---- 根據(jù)設(shè)置掩碼的規(guī)則，除去目的地址中的“局部操縱”位，在路由選擇表中查尋產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)地址，轉(zhuǎn)發(fā)報文。因為路由選擇基于IP地址類（有A類、B類、C類和D類等4類）或與之相連的網(wǎng)絡(luò)接口來決定遠端網(wǎng)絡(luò)使用的掩碼，從而決定目的地的網(wǎng)絡(luò)地址，故此類路由選擇協(xié)議被稱為有類路由選擇協(xié)議。
　　---- 2．無類路由選擇協(xié)議
　　---- RIPv2、EIGRP、OSPF和BGP等是一些比較新的路由選擇協(xié)議，它們在路由更新過程中，將網(wǎng)絡(luò)掩碼與路徑一起廣播出去，這時網(wǎng)絡(luò)掩碼也稱為前綴屏蔽或前綴。例如，假如C類IP地址192.168.1.0的網(wǎng)絡(luò)掩碼為255.255.255.0，可標識為192.168.1.0/24。由于在路由器之間傳送掩碼（前綴），因而沒有必要判定地址類型和缺省掩碼，這就是無類地址及無類路由選擇，也是目前Internet上所基于的路由選擇協(xié)議。
　　---- 在無類路由中，IP地址之間不再有類型差別，如A類地址、B類地址或C類地址等之分，所有地址都由前綴來決定用于網(wǎng)絡(luò)標識的位數(shù)，IP地址不再歸屬于某一個類，取而代之的是將它們看作一個地址和掩碼對。通過使用無類路由，用戶可以更充分地利用已有的IP地址空間，從而避免浪費寶貴的IP地址資源。另外，新的IP編址標準IPv6也使用無類路由協(xié)議，通過使用無類路由，有助于向下一代IP協(xié)議過渡。更為重要的是，通過使用無類路由協(xié)議，用戶在子網(wǎng)化時非常方便，尤其是可以使用可變長子網(wǎng)掩碼（VLSM）進行子網(wǎng)化。
　　二、為什么需要子網(wǎng)化？
　　---- 子網(wǎng)化是企業(yè)用戶在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中經(jīng)常使用的方法，它將分配給網(wǎng)卡的單一網(wǎng)絡(luò)地址劃分為幾個網(wǎng)段，以滿足用戶的需要。但是，在子網(wǎng)化過程中，有時只使用一種子網(wǎng)掩碼可能不能滿足用戶的需要。例如，用戶分配到一個C 類地址，并需要將它劃分為幾個網(wǎng)段，而某一個網(wǎng)段地址又需要劃分為更小的幾個網(wǎng)段，這時用戶需要通過使用不同的子網(wǎng)掩碼（前綴）來實現(xiàn)。這樣，在一個網(wǎng)絡(luò)中可能會使用不止一個掩碼（前綴），因此路由選擇協(xié)議必須在每個路由器之間傳遞掩碼，只有選擇合適的路由選擇協(xié)議才能實現(xiàn)子網(wǎng)之間的通信，這就是VLSM子網(wǎng)設(shè)計問題，需要使用支持VLSM的路由協(xié)議，它是一種無類路由選擇協(xié)議。
　　---- VLSM子網(wǎng)設(shè)計比較輕易。首先使用某一掩碼產(chǎn)生所需要的最大的子網(wǎng)，然后，從這些最大的子網(wǎng)中抽出一個，再用一個更長的掩碼對它子網(wǎng)化。
　　三、子網(wǎng)化的實現(xiàn)
　　---- 下面以某公司為例，討論VLSM子網(wǎng)化的方法。假設(shè)該公司被分配了一個C類地址，該公司的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)見圖1。為方便起見，這里用保留地址192.168.1.0作為例子進行說明。
　　　

　　從圖1可以看到，由于總公司、分公司分布于4處，總公司、分公司及各部門所擁有的主機數(shù)各不相同，因此需要對192.168.1.0進行子網(wǎng)化。因該公司部門1和部門3均有20臺主機，因此，產(chǎn)生的較大的子網(wǎng)集中必須有兩個以上這樣的子網(wǎng)，每個都至少有20個主機地址，由于C類地址192.168.1.0的掩碼是24位長，具體掩碼如下：
　　---- 255.255.255.0=1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000
　　---- 將掩碼擴展一位（共25位），使用第25位作為子網(wǎng)標志，這樣可尋址2個子網(wǎng)（0和1）。可是，地址全0的子網(wǎng)是被保留的（這和分配網(wǎng)絡(luò)號一樣），地址全1的子網(wǎng)也是被保留的（用作全子網(wǎng)的廣播），這樣就沒有可用的剩余子網(wǎng)了。將掩碼擴展2位（共26位），可以產(chǎn)生4個子網(wǎng)（00，01，10，11）。因為地址全0、全1的子網(wǎng)被保留，于是還剩下2個可用的子網(wǎng)，用于表示主機的部分為最右邊8位中剩下的6位，6位可表示64個獨立的主機地址，其中全0的地址被保留標志子網(wǎng)本身，全1的地址被保留用作廣播，這樣還剩62個可用的地址，由于該公司最大的子網(wǎng)有20臺主機，若用這樣的子網(wǎng)會浪費地址，因此可再將掩碼向右擴展1位（共27位），這樣可得到8個子網(wǎng)（000，001，010，011，100，101，110，111），其中6個子網(wǎng)是可用的（因為地址全0、全1的子網(wǎng)被保留），在最右邊8位中還剩5位用于主機分配，5位可表示32個獨立的主機地址，其中全0的地址被保留標志子網(wǎng)本身，全1的地址被保留用作廣播，還剩下30個可用的地址。
假如再將掩碼向右擴展一位（共28位）時，可知每個子網(wǎng)中只有14個地址，不能滿足實際需要（必須有2個子網(wǎng)均支持20個以上主機地址），至此，最終將192.168.1.0子網(wǎng)化使用的子網(wǎng)掩碼是255.255.255.224，或192.168.1.0/27，即使用27位子網(wǎng)掩碼，得到能用的子網(wǎng)設(shè)為子網(wǎng)A、子網(wǎng)B、子網(wǎng)C、子網(wǎng)D、子網(wǎng)E和子網(wǎng)F，參見下面的圖2。
　　

　　我們將子網(wǎng)A、子網(wǎng)B分配給部門1和部門3（每個子網(wǎng)中可用主機地址為30個），另外根據(jù)實際情況: 總公司部門2、分公司部門4、分公司1和分公司3各有10余臺主機，因此，對子網(wǎng)D和子網(wǎng)E再進行子網(wǎng)化，用28位子網(wǎng)掩碼255.255.255.240(或192.168.1.128/28和192.168.1.160/28，即28位掩碼)，得到子網(wǎng)192.168.1.128/28、192.168.1.144/28、192.168.1.160/28和192.168.1.176/28，分別分配給總公司部門2、分公司部門4、分公司1和分公司3，每個子網(wǎng)可用主機數(shù)為14個。
　　---- 這樣，我們會剩余3個子網(wǎng)（否則，這些子網(wǎng)均得用上）。將子網(wǎng)C和子網(wǎng)E留作公司以后發(fā)展時使用。將子網(wǎng)F進一步細分，用于總公司與各公司之間的廣域網(wǎng)鏈路上。由于點到點的廣域網(wǎng)鏈路需要的地址很少，只要2個地址用在每一條鏈路的兩端上的每個路由器上，對子網(wǎng)F進一步子網(wǎng)化，使它能工作在廣域網(wǎng)鏈路上，取30位子網(wǎng)掩碼255.255.255.252或192.168.1.192/30，得到子網(wǎng)如下:
　　---- 192.168.1.192/30
　　---- 192.168.1.196/30
　　---- 192.168.1.200/30
　　---- 192.168.1.204/30
　　---- 192.168.1.208/30
　　---- 192.168.1.212/30
　　---- 192.168.1.216/30
　　---- 192.168.1.220/30
　　---- 從中取192.168.1.192/30、192.168.1.196/30和192.168.1.200/30 這 3個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)中可用的主機地址有兩個（實際上每個子網(wǎng)中有4個主機地址，它包括子網(wǎng)ID、廣播地址以及2個可分配的地址），分別用于總公司到各個分公司的廣域網(wǎng)鏈路上（例如: 192.168.1.193和192.168.1.194用于總公司和分公司1之間的廣域網(wǎng)鏈路上，192.168.1.197和192.168.1.198用于總公司到分公司2之間的廣域網(wǎng)鏈路上，192.168.1.201和192.168.1.202用于總公司到分公司3之間的廣域網(wǎng)鏈路上），剩余的子網(wǎng)留作以后公司網(wǎng)絡(luò)擴展時使用。
　　---- 經(jīng)過以上VLSM設(shè)計，在這個網(wǎng)絡(luò)中共使用了3種掩碼255.255.255.224(27位)、255.255.255.240(28位)和255.255.255.252(30位)來滿足網(wǎng)絡(luò)需要。重要的是網(wǎng)絡(luò)中使用的路由選擇協(xié)議必須是無類路由協(xié)議。
　　---- 本文中只是針對Cisco路由器上使用的路由選擇協(xié)議，討論了有類路由選擇協(xié)議、無類路由選擇協(xié)議的尋址方法，有類地址、無類地址之間的關(guān)系，探討了用VLSM子網(wǎng)設(shè)計方法更充分地利用已有的IP地址空間，避免出現(xiàn)浪費IP地址的問題。盡管IPv6已被確定為新的IP編址標準，但是在這個標準被廣為接收和實現(xiàn)之前，還要繼續(xù)使用IPv4。另外，在使用無類路由后，子網(wǎng)0也成了一個合法的子網(wǎng)，子網(wǎng)號0是答應的，但必須使用命令
　　---- ip subnet-zero
　　---- 來明確指示。去往0號子網(wǎng)的路由都有各自的掩碼，該掩碼與其他網(wǎng)絡(luò)路由所使用的掩碼是不同的，這樣做是為了使得當網(wǎng)中存在0號子網(wǎng)時，路由器仍能進行正確的路由選擇。

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