【转】IP协议详解之子网寻址、子网掩码、构造超网

子网寻址

1. 从两级IP地址到三级IP地址

<1>. IP地址利用率有时很低。

<2>. 给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大而使网络性能变坏。

<3>. 两级IP地址不够灵活。

为了解决上述问题，1985年起在IP地址中增加了一个“子网号字段”，使两级IP地址变为三级IP地址。这种方法叫做划分子网( subnetting ), 或子网寻址或子网路由选择。

2. 划分子网的基本思路如下：

<1>. 一个拥有许多物理网络的单位，可将所属的物理网络划分为若干个子网( subnet )。划分子网纯属一个单位内部的事情。本单位以外的网络看不见这个网络是由多少个子网组成，因为这个单位对外仍然表现为一个网络。

<2>. 划分子网的方法是从网络的主机号借用若干位作为子网号 subnet-id，当然主机号也就相应减少了同样的位数。于是两级IP地址在本单位内部就变成三级IP地址：网络号、子网号和主机号。也可以用以下记法来表示：

IP地址 ::= { <网络号>, <子网号>, <主机号>}

<3>. 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找到连接在本单位网络上的路由器。但此路由器在收到IP数据报后，再按目的网络号和子网号找到目的子网，把IP数据报交付给目的主机。

子网掩码

1. 从IP数据报的首部并不知道源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。这是因为32位的IP地址本身以及数据报的首部都没有包含任何有关子网划分的信息。因此必须想办法，使IP数据报到达时路由器知道如何把它转发至某个子网。这就是子网掩码( subnet mask )。

子网掩码：也是32位，由一串1和跟随的一串0组成。子网掩码中的1对应于IP地址中原来的 net-id 加上 subnet-id，而子网掩码中的0对应于现在的 host-id 。

使用子网掩码的好处是：不管网络有没有划分子网，只要把子网掩码和IP地址进行逐位的“与”运算（ AND ），就立即得出网络地址来。

另外，不划分子网时，使用子网掩码可以更便于查找路由表。

如果一个网络不划分子网，则使用默认子网掩码。

A类地址的默认子网掩码是255.0.0.0, 或 0xFF000000。

B类地址的默认子网掩码是255.255.0.0, 或 0xFFFF000。

C类地址的默认子网掩码是255.255.255.0, 或 0xFFFFFF00。

划分子网增加了灵活性，但却减少了能够连接在网络上的主机数。

同样的IP地址和不同的子网掩码可以得出相同的网络地址，但是，不同的子网掩码的效果是不同的。

2. 使用子网时分组的转发

使用子网划分时，路由表必须包含以下三项内容：目的网络地址、子网掩码和下一跳地址。

在划分子网的情况下，路由表转发分组的算法如下：

<1>. 从收到的数据报的首部提取目的IP地址 D 。

<2>. 先判断是否为直接交付。对路由器直接相连的网络逐个进行检查：用各网络的子网掩码和 D 逐位相“与”(AND操作)，看结果是否和相应的网络地址匹配。若匹配，则把分组进行直接交付（当然还要把 D 转换成物理地址，把数据报封装成帧再发送出去），转发任务结束。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，则把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>. 对路由表中的每一行（目的网络地址、子网掩码、下一跳地址），用其中的子网掩码和 D 逐位相“与”(AND操作)，其结果为 N 。若 N 与该行的目的网络地址匹配，则数据报传送给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，则把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。

无分类编址CIDR（构造超网）

1. 在一个划分子网的网络中可同时使用几个不同的子网掩码。使用变长子网掩码VLSM ( Variable Length Subnet Mask ) 可进一步提高IP地址资源的利用率。在VLSM的基础上又进一步研究出无分类编址方法，它的正式名字是无分类域间路由选择CIDR ( Classless Inter-Domain Routing )。

CIDR两个主要特点：

<1>. 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把32位的IP地址划分为两个部分。前面的部分是“网络前缀”用来指明网络，后面的部分则用来指明主机。因此CIDR使IP地址从三级编址又回到了两级编址，但这已是无分类的两级编址。它的记法是：

IP地址 ::= {<网络前缀>, <主机号>}

CIDR还使用“斜线记法”，或称为CIDR记法，即在IP地址后面加上斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数。

128.14.35.7/20 = 10000000 00001110 00100011 00000111

<2>. CIDR把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，就可以知道这个地址块的起始地址（即最小地址）和最大地址，以及地址块中的地址数。

最小地址    128.14.32.0    10000000 00001110 00100000 00000000

最大地址   128.14.47.255  10000000 00001110 00101111 11111111

这个地址块共有 2^12-2 个地址，我们可使用地址块中的最小地址和网络地址块的位数指明这个地址块。例如，上面的地址块可记为 128.14.32.0/20，也可简称为“ /20 地址块 ”。

CIDR使用32位的地址掩码，由一串1和一串0组成，而1的个数是网络前缀的长度。例如，/20 地址块的地址掩码是： 11111111 11111111 11110000 00000000。斜线记法中，斜线后面的数字就是地址掩码中1的个数。

由于一个CIDR地址块中有很多地址，所以在路由表中就利用CIDR地址块来查找目的网络。这种地址的聚合常称为路由聚合( route aggregation )，它使得路由表中的一个项目可以表示原来传统分类地址的很多个路由。路由聚合也称为构成超网。

CIDR记法有很多形式。

10.0.0.0/10 可简写为 10/10。

00001010 00*   （意思是*号前是网络前缀，*表示主机号，可以任意值）

CIDR可更加有效地分配IPv4的地址空间。