【网络协议】IPv4 地址分配 - 第二部分

前言

在第 1 部分中，我们学习了 IPv4 地址的分配方式，了解了各种类型的 IPv4 地址，并进行了基础的子网划分（Subnetting）。在第 2 部分中，我们将继续学习子网划分，并引入一些新的概念。

【网络协议】IPv4 地址分配 - 第一部分

IPv4 的类别式地址（Classful Addressing）

当 IPv4 地址最初被引入时，其标准基于 RFC 791，采用了按类别划分的方式。根据当时企业的需求，IPv4 地址分为以下三类：

• A 类：分配给大型组织。
• B 类：分配给中型企业。
• C 类：分配给小型组织。

以下是 IPv4 地址各类别的分类表：

• A 类地址：以 0 位开头，范围为 0.0.0.0 到 127.255.255.255。其中第一个地址 0.0.0.0 配合子网掩码 0.0.0.0 被保留为默认路由（Default Route）。这一点将在后续章节中讨论。
• B 类地址：高阶位以 10 开头，其范围如上表所示。
• C 类地址：高阶位以 110 开头，范围为 192.0.0.0 到 223.255.255.255。
• 其余的 IPv4 地址范围则保留用于实验用途或组播（Multicast）。

然而，类别式 IPv4 地址分配存在一些问题。例如，某公司只需要 100 个主机，但被分配了一个 B 类地址范围，这会导致大量 IP 地址浪费，从而影响未来的扩展和 IPv4 地址的使用。因此，引入了无类别的 IPv4 地址分配方式。

无类别 IPv4 地址分配（Classless Addressing）

无类别 IPv4 地址分配解决了类别式分配导致的地址浪费问题。无类别域间路由（Classless Inter-Domain Routing，CIDR） 使用子网掩码而非高阶位数量来分配 IP 地址。

CIDR 和 VLSM

通过 CIDR，可以使用可变长度子网掩码（Variable Length Subnet Masks, VLSM），根据组织的需求灵活分配 IP 地址。这种方式允许根据内部需求进一步划分网络。

在本章中，我们将讨论子子网划分（Sub-subnetting）和超网（Supernetting）。

子网划分（Subnetting）续篇

如上一篇文章所述，子网划分可以进一步细化为子子网，以满足组织的具体需求。在这一部分，我们将学习如何对子网进行进一步划分（Sub-subnetting）。

例如，假设我们有一个 IP 地址 192.168.1.0/24，我们可以对子网进行划分，以高效地为主机分配 IP 地址。

在本节中，我们将学习如何对子网进行划分。这是 VLSM 的具体应用场景。

子网划分

已知 IP 网络 192.168.1.0/24，任务是将其划分为满足以下需求的子网：

• 一个子网需要容纳 125 个主机；
• 一个子网需要容纳 60 个主机；
• 一个子网需要容纳 30 个主机；
• 三个子网需要容纳 2 个主机。

任务 1：一个子网容纳 125 个主机

首先，我们需要计算所需的主机位数，其余位数将分配给网络部分。

2^n=125 – 2

2^7=128

128-2 = 126

结论：
我们需要 7 个主机位，剩余 1 位分配给网络部分。

当我们向网络部分添加 1 位时，新的子网掩码将是：

192.168.1.0/25

因此，增量将是 128。在这种情况下，第一个网络将是 192.168.1.0/25。

第二个网络将是 192.168.1.128/25，如下所示。

这将为 125 个主机提供足够的主机 IP 地址。

任务 2：一个子网容纳 60 个主机

在任务 1 中，我们已经将网络 192.168.1.0/25 分配给第一个网络，这意味着我们现在可以使用 192.168.1.128/25。这个子网需要进一步划分，以提供 60 个主机的 IP 地址。

因此，我们需要计算能够容纳这些主机所需的主机位数。

2^n-2= 60

2^5- 2=30，这小于 60，因此不足以满足需求。

2^6-2 = 62，因此足够满足 LAN A 的主机需求。

主机位数将是 6，我们需要从主机位中借用 2 位来创建这些新子网。

划分后的 192.168.1.128/25 网络的新子网掩码将是：

255.255.255.192

注意：在任务 1 中，我们保留了第二个子网，即 192.168.1.128/25，因此新子网必须从该子网中划分。

增量值为 64，因此两个新子网为：

• 192.168.1.128/26
• 192.168.1.192/26

第一个子网（192.168.1.128/26）将分配给需要 60 个主机的网络。第二个子网将根据任务 3 进一步划分。

任务 3：一个子网容纳 30 个主机

我们需要 30 个主机 IP 地址，这些地址将来自任务 2 中获得的第三个子网，即 192.168.1.192/26。

首先，我们需要确定主机部分所需的主机位数。

2^n-2= 30

2^4-2=14，不足以满足需求。

2^5-2= 30，足够满足需求，并允许扩展。

因此，主机部分将有 5 位，而网络部分需要从第四个八位组中借用 3 位。

划分后的 192.168.1.192/26 网络的新子网掩码如下所示：

这是 255.255.255.224。

因此，增量将是 32。

第一个网络如下所示：192.168.1.192/27。

第二个也是最后一个网络将是：192.168.1.224/27。

任务 4：3 个子网，每个子网有 2 个主机 IP 地址

最后一个任务是将 192.168.1.224/27 子网进一步划分为三个子网，每个子网包含 2 个主机 IP 地址。

首先，我们确定需要多少主机 IP 地址位数。

2^n-2=2

2^2-2=2，足够满足需求。

因此，主机部分将有 2 位，而网络部分需要从第四个八位组中借用 6 位。

划分后的 192.168.1.224/27 网络的新子网掩码将是：

子网掩码是：255.255.255.252

该网络中的增量将是 4。

我们需要的三个子网为：

192.168.1.224/30
192.168.1.228/30
192.168.1.232/30

这些网络适用于点对点链接，例如两个路由器之间的连接。

超网 (Supernetting)

在上一节中，我们讨论了子网划分，即将一个大网络分割成更小的网络。超网是其相反的过程，它将多个小网络合并为一个大网络。这个概念将在我们讨论路由汇总时详细介绍。

超网实验

在此场景中，我们给出了以下子网：

我们的任务是将这些 IP 地址进行超网操作，以便获得一个汇总地址。

步骤 1：将 IP 网络写成二进制形式。

步骤 2：确定每个网络中相似的位数，并画出一条线标记匹配位的结束位置。

步骤 3：计算匹配位的数量，并将其转换为十进制格式。

在此场景中，匹配的位是前两个八位组以及第三个八位组的前六个位。

它们可以表示为如下所示：

192.168.0.0

步骤 4：我们需要确定这个汇总地址的新子网掩码：

对于匹配的位，填充所有“1”。

这将是：11111111.11111111.11111100.00000000

这是新的子网掩码，对应的十进制格式如下所示：

255.255.252.0

因此，新网络将是：192.168.0.0/22，即网络的超网（Supernet）。