路由器 <三>

三、ip地址

　　在可路由的網絡層協議中，協議地址必須含有兩部分信息：網絡地址和主機地址。存貯這種信息最明顯的方法是用兩個分離的域，這樣我們必須考慮到兩個域的最大長度，有些協議(如IPX)就是這樣的，它在小型和中型的網絡里可以工作的很好。

　　另一種方案是減少主機地址域的長度，如24位網絡地址、8位主機地址，這樣就有了較多的網段，但每個網段內的主機數目很少。這樣一來，對于多于256個主機的網絡，就必須分配多個網段，其問題是很多的網絡給路由器造成了難以忍受的負擔。

　　IP把網絡地址和主機地址一起包裝在一個32位的域里，有時主機地址部分很短，有時很長，這樣可以有效利用地址空間，減少IP地址的長度，并且網絡數目不算多。有兩種將主機地址分離出來的方法：基于類的地址和無類別的地址。

1、主機和網關

　　主機和網關的區別常產生混淆，這是由于主機意義的轉變。在RFC中(1122/3和1009)中定義為：

主機是連接到一個或多個網絡的設備，它可以向任何一個網絡發送和從其接收數據，但它從不把數據從一個網絡傳向另一個。

網關是連接到多于一個網絡的設備，它選擇性的把數據從一個網絡轉發到其它網絡。

　　換句話說，過去主機和網關的概念被人工地區分開來，那時計算機沒有足夠的能力同時用作主機和網關。主機是用戶工作的計算機，或是文件服務器等。現代的計算機的能力足以同時擔當這兩種角色，因此，現代的主機定義應該如此：

主機是連接到一個或多個網絡的設備，它可以向任何一個網絡發送和從其接收數據。它也可以作為網關，但這不是其唯一的目的。

　　路由器是專用的網關，其硬件經過非凡的設計使其能以極小的延遲轉發大量的數據。然而，網關也可以是有多個網卡的標準的計算機，其操作系統的網絡層有能力轉發數據。由于專用的路由硬件較便宜，計算機用作網關已經很少見了，在只有一個撥號連接的小站點里，還可能使用計算機作為非專用的網關。

2、基于類的地址

　　最初設計IP時，地址根據第一個字節被分成幾類：

0: 保留

1-126: A類(網絡地址:1字節，主機地址:3字節)

127: 保留

128-191: B類(網絡地址:2字節，主機地址:2字節)

192-223: C類(網絡地址:3字節，主機地址:1字節)

224-255: 保留

3、子網劃分

　　雖然基于類的地址系統對因特網服務提供商來說工作得很好，但它不能在一個網絡內部做任何路由，其目的是使用第二層(橋接/交換)來導引網絡中的數據。在大型的A類網絡中，這就成了個非凡的問題，因為在大型網絡中僅使用橋接/交換使其非常難以治理。在邏輯上其解決辦法是把大網絡分割成若干小的網絡，但在基于類的地址系統中這是不可能的。為了解決這個問題，出現了一個新的域：子網掩碼。子網掩碼指出地址中哪些部分是網絡地址，哪些是主機地址。在子網掩碼中，二進制1表示網絡地址位，二進制0表示主機地址位。傳統的各類地址的子網掩碼為：

A類：255.0.0.0

B類：255.255.0.0

C類：255.255.255.0

　　假如想把一個B類網絡的地址用作C類大小的地址，可以使用掩碼255.255.255.0。

　　用較長的子網掩碼把一個網絡分成多個網絡就叫做劃分子網。要注重的是，一些舊軟件不支持子網，因為它們不理解子網掩碼。例如UNIX的routed路由守護進程通常使用的路由協議是版本1的RIP，它是在子網掩碼出現前設計的。

　　上面只介紹了三種子網掩碼：255.0.0.0、255.255.0.0和255.255.255.0，它們是字節對齊的子網掩碼。但是也可以在字節中間對其進行劃分，這里不進行具體講解，請參照相關的TCP/IP書籍。

　　子網使我們可以擁有新的規模的網絡，包括很小的用于點到點連接的網絡（如掩碼255.255.255.252，30位的網絡地址，2位的主機地址：兩個主機的子網），或中型網絡（如掩碼255.255.240.0，20位網絡地址，12位主機地址：4094個主機的子網）。

　　注重DNS被設計為只答應字節對齊的IP網絡(在in-addr.arpa.域中)。

4、超網(supernetting)

　　超網是與子網類似的概念--IP地址根據子網掩碼被分為獨立的網絡地址和主機地址。但是，與子網把大網絡分成若干小網絡相反，它是把一些小網絡組合成一個大網絡--超網。

　　假設現在有16個C類網絡，從201.66.32.0到201.66.47.0，它們可以用子網掩碼255.255.240.0統一表示為網絡201.66.32.0。但是，并不是任意的地址組都可以這樣做，例如16個C類網絡201.66.71.0到201.66.86.0就不能形成一個統一的網絡。不過這其實沒關系，只要策略得當，總能找到合適的一組地址的。

5、可變長子網掩碼(VLSM)

　　假如你想把你的網絡分成多個不同大小的子網，可以使用可變長子網掩碼，每個子網可以使用不同長度的子網掩碼。例如：假如你按部門劃分網絡，一些網絡的掩碼可以為255.255.255.0(多數部門)，其它的可為255.255.252.0(較大的部門)。

6、無類別地址(CIDR)

　　因特網上的主機數量增長超出了原先的設想，雖然還遠沒達到232，但地址已經出現匱乏。1993年發表的RFC1519--無類別域間路由CIDR(Classless Inter-Domain Routing)--是一個嘗試解決此問題的方法。CIDR試圖延長IPv4的壽命，與128位地址的IPv6不同，它并不能最終解決地址空間的耗盡，但IPv6的實現是個龐大的任務，因特網目前還沒有做好預備。CIDR給了我們緩沖的預備時間。

　　基于類的地址系統工作的不錯，它在有效的地址使用和少量的網絡數目間做出了較好的折衷。但是隨著因特網意想不到的成長出現了兩個主要的問題：

已分配的網絡數目的增長使路由表大得難以治理，相當程度上降低了路由器的處理速度。

僵化的地址分配方案使很多地址被浪費，尤其是B類地址十分匱乏。

　　為了解決第二個問題，可以分配多個較小的網絡，例如，用多個C類網絡而不是一個B類網絡。雖然這樣能夠很有效地分配地址，但是更加劇了路由表的膨脹（第一個問題）。

　　在CIDR中，地址根據網絡拓撲來分配。連續的一組網絡地址可以被分配給一個服務提供商，使整組地址作為一個網絡地址（很可能使用超網技術）。例如：一個服務提供商被分配以256個C類地址，從213.79.0.0到213.79.255.0，服務提供商給每個用戶分配一個C類地址，但服務提供商外部的路由表只通過一個表項--掩碼為255.255.0.0的網絡213.79.0.0--來分辨這些路由。

　　這種方法明顯減少了路由表的增長，CIDR RFC的作者估計，假如90%的服務提供商使用了CIDR，路由表將以每3年54%的速度增長，而假如沒有使用CIDR，則增長速度為776%。假如可以重新組織現有的地址，則因特網骨干上的路由器廣播的路由數量將大大減少。但這實際是不可行的，因為將帶來巨大的治理負擔。