计算机网络网络层4.3划分子网和构造超网

划分子网

1.每一个A类地址网络可连接的主机数超过1000万，而每一个B类地址网络可连接的主机数也超过6万。有的单位申请到了一个B类地址网络，但所连接的主机数并不多，可是又不愿意申请一个足够使用的C类地址，IP地址就这样被浪费了
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因而使网络性能变坏.
3.有时情况紧急，需要在新的地点马上开通一个新的网络，但是在申请到一个新的IP地址之前，新增加的网络是不可能连接到互联网上工作的.

为了解决这个问题，1985年起IP地址中又增加了一个子网号字段，使两级IP地址变成三级IP地址，它能够较好地解决上述问题，并且使用也很灵活，这个做法叫划分子网.或子网寻址或子网路由选择.

用下面例子说明：

子网掩码

从IP数据报的首部无法看出源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网的划分。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。
为了解决这个问题，就是使用子网掩码.
以下面为例子:

145.13.3.10是主机本来的两级IP地址
现在从原来16位的主机号中拿出8位作为子网号，主机号由16位减少到8位。子网号为3的网络的网络地址是145.13.3.0.为了使路由器R1能够很方便地从数据报中的目的IP地址中提取出所要找的子网的网络地址，路由器R1就要使用三级IP地址的子网掩码，过程如下：

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And运算，就立即得出网络地址.


由下面这个例子来说明子网掩码的作用：


可以看出不同掩码得出相同的网络地址，但是它们作用是不同的 第一个例子子网号是2位，主机号是14位。第二个例子子网号是3位，主机号13号。因此这两个例子中可划分的子网数和每一个子网中的最大主机数都是不一样的.

使用子网时分组的转发

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


流程如下：
1.源主机H1首先要判断：发送的这个分组是在本子网上进行直接交付还是要通过本子网上的路由器进行间接交付？
2.源主机H1把本子网的子网掩码255.255.255.128与目的主机的IP地址128.30.33.138进行与操作，得到128.30.33.128，不等于128.30.33.0，说明H2与H1不在一个子网上。因此H1不能直接交付，必须交给子网上的默认路由器R1。
3.路由器R1收到一个分组后，就在其路由表中逐行寻找有无匹配的网络地址. 先看R1路由表中的第一行，子网掩码位255.255.255.128,与128.30.33.128进行与操作得到128.30.33.128与目的地址不匹配，往下找第二行，结果相匹配就把分组从接口1直接交付给主机H2

4.3.3无分类编制CIDR(构造超网)

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和最大地址，以及地址快中的地址数。比如128.14.5.7/20
写成二进制是
1000 0000 0000 1110 0010 0011 0000 0111
前20位是网络前缀，后12位是主机号.
最小地址为：
1000 0000 0000 1110 0010 0000 0000 0000
最大地址:
1000 0000 0000 1110 0010 1111 1111 1111
不难看出，这个地址共有2的12次方个地址。我们可以用地址块中的最小地址和网络前缀的位数指明这个地址块。比如上面的地址快可以记为
128.14.32.0/20

为了更方便进行路由选择，CIDR使用32位的地址掩码.虽然CIDR不使用子网了，但由于目前仍有一些网络还使用子网划分和子网掩码，因此CIDR使用的地址掩码也可以继续称为子网掩码。比如/20地址块的掩码是: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

斜线记法的另一个好处是：
还提供了其他一些重要信息，看下面的例子。
地址192.199.170.82/27不仅表示IP地址是192.199.170.82，还表示这个地址快的网络前缀是有27位，因此这个地址块包含32个IP地址 .
通过简单的计算知道，最小地址是192.199.170.64，最大地址是192.199.170.95.
192.199.170.82表示为如下：
11000000 11000111 10101010 01010010
其中前27位是前缀
最小的则全是0：
11000000 11000111 10101010 010 00000
即192.199.170.64
最大的则全是1：
11000000 11000111 10101010 010 11111
即192.199.170.95.

路由集合有利于减少路由器之间的路由选择信息的交换。
CIDR记法有多种形式，比如10.0.0.0/10可简写位10/10，也就是把点分十进制中低位连续的0省略.
另一种简化表达方法是在网络前缀的后面加上一个星号*:
0000101000*
意思是：在 * 前面是网络前缀，星号*表示IP地址中的主机号

下面给出的是CIDR地址块分配的例子：

假定某ISP拥有地址块206.0.64.08/18相当于拥有64个C类网络。现在某大学需要800个IP地址，ISP可以给该大学分配一个地址块206.0.68.0/22 ，包含2024个IP地址，相当于4个连续的C类/24地址块。占该ISP拥有的地址空间的1/16.
从上图可以看出地址聚合的概念。这个ISP共拥有64个C类网络，如果不采用CIDR，就需要有64个项目，但采用地址聚合后就只需用路由集合后的一个项目206.0.64.0/18就能找到该ISP。

最长前缀匹配

使用二叉线索查找路由表

唯一前缀就是在表中所有的IP地址中，该前缀是唯一的.
假定有一个IP地址是
10011011 01111010 00000000 00000000
需要查找该地址是否在此二叉线索中，我们从最左边查起。很容易发现，查到第三个字符时也就是100 在二叉线索中找不到匹配的，说明这个地址不在这个二叉线索中.