【网络层】IPv4地址的无分类编址方法（湖科大慕课自学笔记）

IPv4地址的无分类编址方法

我们在之前已经介绍完IPv4地址的分类编址方法与划分子网的编址方法

1：背景

出现问题：IPv4地址面临耗尽的威胁

寻找方法：

无分类域间路由选择CIDR：

说完无分类编址后，IPv4编址所经历的三个阶段就说完了

2：IPv4地址的三个阶段总结并引出无分类编址的概念

分类编址和划分子网的阶段：

无分类编址阶段：（网络前缀与地址掩码）

IPv4地址从划分子网编址的三级结构又改回了与分类编址相似的两级结构，不同之处在于分类编址中的网络号在无分类域间路由选择CIDR中称为网络前缀，网络前缀是不定长的，需要使用地址掩码来指明其长度，这与分类编址和划分子网编址的定长网络号是不同的

（A类8比特，B类16比特，C类24比特）

无分类编址方法使用的地址掩码：

我们来举例说明：如下图所示

解析：

无分类编址消除了传统的A，B，C类地址与划分子网的概念，因此我们不能使用之前的方法来判断这个IPv4地址的类别，无法得出网络号与主机号部分，换句话说仅从地址自身无法看出网络前缀和主机号各自的长度，这需要由地址掩码来指明

从上述给定的地址掩码判断，先将其转换为32个比特的二进制形式，可以看出，左起有20个连续的比特1，这就表明该无分类编址的IPv4地址的左起前20个比特为网络前缀，剩余12个比特作为主机号

3：无分类编址的的简便记法之斜线记法

举例说明：如下图所示

这是某个无分类编址的IPv4地址，在其后面写上斜线，斜线后面写上数字20，这就表明该地址的左起前20个比特为网络前缀，剩余12个比特为主机号（128.14.35.7/20）

4：无分类域间路由选择CIDR地址块

继续按照上述例子，细节如下图所示：网络前缀都相同的就是一个地址块

全部细节如下：

地址块中的最小地址，地址块中的最大地址，地址块中的地址数量，地址块中聚合某类网络的数量（A类，B类，C类），地址掩码

我们继续来举例说明：

已知，218.14.35.7/20是一个无分类编址的IPv4地址的CIDR形式，斜线后面的数字为20，表明该地址的左起前20个比特为网络前缀，也就是说，该地址的左起前2个十进制数以及第3个十进制数的前4个比特构成20比特的网络前缀，剩余12个比特为主机号，因此需要将该地址左起第3和第4个十进制数，转换成2进制形式，如图所示：

这样就可以一目了然的看出20比特的网络前缀和12比特的主机号，将20比特的网络前缀保持不变，12比特的主机号全部取0，就可以得到该地址所在地址块中的最小地址，其点分十进制形式为128.14.32.0，如下图所示：

将20比特的网络前缀保持不变，12比特的主机号全部取1，就可以得到该地址所在地址块中的最大地址其点分十进制形式为128.14.47.255

该地址块中的地址数量为：

32比特的IPv4地址的左起20个比特作为网络前缀，剩余12个比特作为主机号，因此主机号就有2的12次方组合，该地址所在地址块聚合C类网络的数量，可用该地址块中的地址数量除以一个C类网络所包含的地址数量来得出，该地址的地址掩码，由左起20个连续的比特1和其后12个连续的比特0所构成，20个连续的比特1用来对应该地址的20比特网络前缀，12个连续的比特0用来对应该地址的12比特主机号，该地址掩码用点分十进制表示为255.255.240.0

练习：

简单解析：已知是无分类编址的IPv4地址了

由206.0.64.8/18可知，左起前18个比特为网络前缀，将其后2个十进制数全部转化为二进制形式，后16个比特前两位为与前16个比特共同组成网络前缀，共18比特，后面剩余的比特为主机号，地址掩码则将对应的18比特网络前缀全部转换成比特1，14比特主机号全部转换成比特0，转换成点分十进制形式为255.255.192.0，如下图所示：

5：CIDR简单总结：

1：使用CIDR的第一个好处

使用CIDR的一个好处就是，可以更加有效的分配IPv4的地址空间

举例：如下图所示

上图是在我们学习分类编址方法时举过的例子，使用分类编址方法，只能用A，B，C类去分，极不灵活，容易造成大量地址浪费

而使用无分类编址方法，我们可以为左上网络分配一个15比特网络前缀的CIDR地址块，包含131072个地址，如下图所示，可以为左下网络分配一个23比特网络前缀的CIDR地址块，包含512个地址，可以为右边网络分配一个26比特网络前缀的CIDR地址块，包含64个地址，可以为路由器之间的直连链路分配一个30比特网络前缀的CIDR地址块，包含4个地址，需要说明的是除去网络地址和广播地址，剩余两个地址刚好分配给路由器的两个接口，完全没有造成浪费。

注释：需要说明的是，这两个路由器之间的直连链路，为进一步节省IPv4地址，后来还出现了分配31比特网络前缀的CIDR地址块，甚至是不分配IPv4地址的方法，就暂时不在深入介绍了。

2：使用CIDR的第二个好处

路由聚合，构造超网

简单举例说明：如下图所示

路由器R1与5个网络以及路由器R2直接相连，这两个路由器互为相邻路由器，它们周期性的通告自己所知道的路由信息给对方，那么，R1会将怎样的路由信息通告给R2呢？

如果R1将自己直连的5个网络的路由记录都通告给R2，则R2的路由表会增加5条路由记录，如下图所示：

不仅如此，以及路由通告信息对网络资源的占用也会进行通告，R1可将自己直连的5个网络聚合成一个网络，其方法是找到共同的网络前缀，也就是找到五个网络地址的共同的网络前缀，可以从上图中看出，这五个网络地址的左起前两个十进制数都是相同的，从第三个十进制数开始不同，因此只需将第三个十进制数转换成8个比特，如下图所示，这样可以很容易的找出这五个网络的共同前缀，其中前22个比特是相同的，将其记为/22

接着，将共同前缀保持不变，而剩余的10个比特全部取0，然后写成点分十进制形式，并放在/22的前面为172.1.4.0/22，这样就可以得到聚合后的CIDR地址块，也被称之为超网，因此路由器R1就可以只发送这1条路由记录给R2，通过本例还可以看出，网络前缀越长，地址块就越小，路由越具体

最长前缀匹配的概念：

练习1：

通过IPv4地址的无分类编址方法可知：

根据题目可知，CIDR地址块为192.168.4.0/30，左起前30个比特为网络前缀，该地址的左起前三个十进制数和第4个十进制数的前6个比特构成的30比特的网络前缀，剩余两个比特为主机号，因此将第四个十进制数转换成二进制形式，这样可以一眼看出30比特网络前缀和2个比特的主机号，如下图所示：

将30比特的网络前缀保持不变，两比特主机号全部取0，就可以得到该地址所在地址块中的最小地址，点分十进制形式为192.168.4.0，该最小地址为网络地址

继续将30比特的网络前缀保持不变，2个比特的主机号全部取1，就可以得到该地址所在地址块中的最大地址，点分十进制形式为192.168.4.3，该最大地址为广播地址

那么不用思考了，比网络地址大1的地址与比广播地址小1的地址，就是可分配的最小和最大地址，其点分十进制形式为192.168.4.1与192.168.4.2

根据题目要求可知，目的地址192.168.4.3就是广播地址，在这个地址块中一共只有2个地址是可以分配给主机和路由器接口的，故选择选项C

练习2：

根据题目可知，路由聚合以及构造超网是使用CIDR的第二个好处，考的既然是路由聚合，方法则是找到共同的网络前缀，才能将它们聚合成一个网络地址，我们将题目所给定的4个CIDR地址块，聚合成一个更大的CIDR地址块，仔细观察，这四个网络地址只有左起第3个十进制数各不相同，因此老办法，转换为8个2进制比特，如下图所示，可以看出，它们有19比特的共同前缀，将其记为/19，将共同前缀保持不变，而剩余的13个比特全部取0，然后写成点分十进制形式为35.230.32.0/19，这样就得到了聚合后的网络地址

练习3：

如下图所示，这是题干与选项所给定的5个CIDR地址块

将题干所给定的地址块与选项A和C中所给定的地址块进行聚合，如下图所示，刚好可以得到一个24比特前缀的地址块，不会引入其他地址块，可以排除/25和/26

再来看选项D所给的地址块，题干所给的地址块刚好位于它的前面，我们再给选项D后面再添加另外一个地址块，将这3个地址块进行聚合，得到一个聚合后的地址块，如下图所示

该聚合后的地址块正好包含这三个地址块，而不会引入其他地址块，选型D也排除了

我们最后来看选项B所给定的地址块，题干所给的地址块位于他的后面，并且与其不相邻，我们在这两个地址块之间在添加一个地址块，将这三个地址块进行聚合得到一个聚合后的地址块，然而这个聚合后的地址块还会引入第四个地址块

故选择选项B

本次学习所述内容较多，一定要好好温习本次学习的内容