计算机网络-网络层(IPV4地址,网络转化技术NAT,子网划分和子网掩码,无分类编址CIDR,构成超网,最长前缀匹配)
文章目录
- 1. 分类IP地址
- 2. NAT技术
- 3. 子网划分和子网掩码
- 4. 无分类编址CIDR
1. 分类IP地址
IP地址:全世界唯一的32位/4字节标识符,标识路由器主机的接口。
IP地址=网络号+主机号
各种网络的差异比较大,所以根据IP地址共分为5类
如果IP首位为0,直接去A类网络找下一个子网,不需要从其他类找,提高了检索效率。
类似的区分其他不同类网络,根据下一个比特位来确定。
eg:A类网络IP中还有7位网络号,说明在A类网络下最多还可以有2^7个局域网。
A类网络:0.0.0.0——127.255.255.255
B类网络:128.0.0.0——191.255.255.255
C类网络:192.0.0.0——223.255.255.255
D类网络:224.0.0.0——239.255.255.255
E类网络:240.0.0.0——247.255.255.255
特殊网络IP地址:
- 0.0.0.0:只可以作为IP地址源地址,不能作为IP地址的目的地址。本网范围内表示主机,路由表中用于表示默认路由(表示整个Internet网络)
- 网络号为0,主机号为任意:表示本网内某个特定主机(只可以作为IP地址源地址,不能作为IP地址的目的地址)
- 255.255.255.255:本网广播地址(受限地址,路由器不转发),不能作为源地址,只能作为目的地址。
- 网络号为特定值,主机号全0:表示一个网络,网络地址。既不能作为源地址,也不能作为目的地址。
- 网络号为特定值,主机号全1:直接广播地址,对特定网络上的所有主机进行广播(可以作为目的地址,不能作为源地址,可以对其他网络的主机进行广播)
- 网络号127,主机号任意:用于本地软件环回测试,称为环回地址。既可以作为源地址也可以作为目的地址。(127.0.0.1)
私有IP地址:
私有IP不能直接在网络上通信,需要NAT技术才可以进行通信。
网络类别 | 最大可用网络数 | 第一个可用的网络号 | 最后一个可用的网络号 | 每个网络中的最大主机数 |
---|---|---|---|---|
A | 27 -2(去除0.和换回地址127.) | 1 | 126(全1为127,代表本地环回) | 224 -2(主机号全0,主机号全1) |
B | 214 -1(去除128.0) | 128.1 | 191.255 | 216 -2 |
C | 221 -1(去除192.0.0) | 192.0.1 | 233.255.255 | 28 -2 |
2. NAT技术
首先:路由器对目的地址是私有IP地址的数据报一律不进行转发。
网络地址转换NAT:专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件,安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器,它至少有一个有效的外部全球IP地址。
NAT路由器中有个NAT转化表,主要分为两列(WAN(广域网),LAN(局域网))
局域网的内网ip在经过NAT路由器之后,将源IP地址和端口号替换为NAT表所对应的NAT路由器公网IP和端口,这样局域网内的主机就可以向外部发送信息。
同样外部的信息首先需要先传给NAT路由器,NAT路由器根据端口号和NAT表确认这个信息是发给局域网的那台主机。
3. 子网划分和子网掩码
首先分类IP地址有其自己的缺陷
- IP地址的空间利用率低
- 申请IP地址不方便
IP地址=网络号+主机号。
子网划分的核心是拿出主机号的一部分作为子网号。
注意:
- 子网划分是某个企业或单位的视角。某单位划分子网后,对外仍表现为一个网络,即本单位外的网络看不见本单位内子网的划分。
- 主机号能是全0或全1,所以主机号至少有两位,这对应的是子网号位数最多的情况。
- 子网号能否全0全1要看情况,根据题干分析。CIDR技术下,子网号可以全0全1
子网掩码:
子网掩码是由连续的0或连续的1构成的一组二进制数。
(网络号+子网号)有几位,子网掩码就有几个1 。主机号有几位,子网掩码就有几位0。
子网掩码与IP地址逐位相与,就得到子网的网络地址。
eg:
已知IP地址是141.14.72.24,子网掩码是255.255.192.0,求网络地址。根据子网掩码前两字节255.255可知子网掩码和IP地址向与,前两个字节与IP地址相同,最后一个字节肯定是0,所以只需要看第三个字节即可IP地址:141.14.(0 1 0 0 1 0 0 0)B.0
子网掩码: (1 1 0 0 0 0 0 0)B.0两式相与可得子网的网络地址为:
141.14.64.0
需要注意的是,不同的子网掩码可能会计算出相同的子网网络地址,但是虽然相同,但是子网划分的方式不同
eg:上面的例题,如果子网掩码为255.255.224.0的话算出的子网网络地址相同,但是明显子网掩码的255.255.224.0的划分方式,子网号比上面的立体要大,划分的子网主机数较少。
首先,路由器中的路由表在划分了子网和设置了子网掩码后有下面的内容
- 目的网络地址
- 目的网络子网掩码
- 下一跳地址
路由器转发分组的算法:
- 路由器提取目的IP地址。
- 判断目的IP地址是否在这个路由器的局域网内
- 路由器会将目的的IP地址和所有的子网掩码进行相与,找子网地址。
- 如果找到了对应子网的IP地址,就会把这个数据发给这个子网。
- 如果没找到,就会查找特定主机路由。
- 检测路由表中有无路径
- 最后,还是没有找到路径,直接将数据发给默认路由处理。默认路由的IP为全0.0.0.0(在TTL生存时间之内),超时丢弃并报错。
4. 无分类编址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。
融合子网地址与子网掩码,方便子网划分。
CIDR记法:IP地址后加上/,然后写上网络前缀(可以任意长度)的位数。
IP地址=网络前缀+主机号
eg:128.14.32.0/20(前20bit位是网络前缀)
CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个CIDR地址块。
128.14.32.0/20代表的CIDR地址块为:
最小地址: 10000000 00001110 0010 / 0000 00000000128.14.32.0
最大地址: 10000000 00001110 0010 / 1111 11111111128.14.47.255
子网掩码:网络前缀位数的1,其他用0补充。
构成超网:
将多个子网聚合成一个较大的子网,叫做构成超网,或路由聚合。
方式:将网络前缀缩短(所有网络地址取交集)。这样就可以减少路由表的长度,方便维护。
对于同一个路由器有多个目的网络地址通过路由器的同一个接口,那么这些网络就可以路由聚合在一起。
eg:网络1和网络2。计算合体网络:
206.1.0.0/17
206.1.128.0/17
求这两个网络的交集即可
206.1.00000000(B).0
206.1.10000000(B).0
206.1是这两个网络公共部分,最后将主机号设置为0,代表这个网络的网络号
206.1.0.0/16是这两个网络的交集。
划分子网可以看作将大网络切成小网络。构成超网可以看作将小网络合并成大网络。
最长前缀匹配:
使用CIDR时,查找路由表可能得到几个匹配结果(跟子网掩码按位相与),应选择具有最长网络前缀的路由。前缀越长,地址块越小,路由越具体。
- 首先将目的IP和子网掩码进行按位与,看是否和自己的子网匹配。
- 最后的数据发给所有匹配的项中,网络前缀最长的子网
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