IP-子网划分快速方法-NAT

● IP （ IPv4 ）包头

 

如图：（参考附件）

 

包头字段表：

字段	含义
版本号（ Version ）	IP 协议的版本，一般是 IPv4 ，但 IPv6 会越来越流行
包头长度（ Header Length ）	定义 IP 包头的长度，长度必须是 4 的倍数，实际比特数应该等于长度 *4
DS 字段（ DS Field ）	区分服务字段，原来称为 ToS （服务类型）字节。用于对不同 IP 包应用不同的 QoS 服务级别
包长度（ Packet Length ）	表示整个 IP 包的长度（包括数据）
标识（ Identification ）	用于 IP 包分段。如果一个包分成几段，那么这些段都有同样的标识，这样后面就可以用来重组 IP 包
标记（ Flags ）	用于 IP 包的分段（ 3 位）
分段偏移（ Fragment Offset ）	用于表示 IP 分段在原始 IP 包中的偏移位置
生存期（ Time to Live ）	用来防止路由循环，通过一次路由器该值就减 1 ，如果减为 0 ，该 IP 包即丢弃
协议（ Protocol ）	表示 IP 包承载数据的协议类型
包头校验（ Header Checksum ）	用来确定包头（非数据）在传输中是否产生错误
源地址（ Source IP Address ）	32 位的 IP 包发送地址
目的地址（ Destination IP Address ）	32 位的 IP 包接收地址
可选字段和填充（ Optional Header Fields and Padding ）	可用于未来扩展的字段，另外，如果可选字段不是 4 的倍数，加入填充信息。

 

● IP 协议字段值

1 ） ICMP ： 1

2 ） TCP ： 6

3 ） UDP ： 17

4 ） EIGRP ： 88

5 ） OSPF ： 89

6 ） PIM ： 103

 

● IPv4 地址回顾：

1 ） 32-bit

2 ）一般写作“以点分隔的十进制”格式，如 1.2.3 .4

3 ）地址是对网络接口而言的，所以包含多个接口的网络设备会有多个 IP 地址

4 ）配置了 IP 地址的计算机称为 IP 主机

5 ）未被 IP 路由器分隔的一组 IP 主机都处于同一组中，这些分组称为网络、子网或前缀

6 ）被 IP 路由器分隔的 IP 主机必定在不同分组中

 

● 何为分类（ classful ）地址，何为无类（ classless ）地址？

简单地说，分类地址是指 RFC 791 所规定的 A 、 B 和 C 类地址；而无类地址则不按此地址分类，只是把 IP 地址看作两部分：前缀（网络）部分和主机部分。

 

●分类地址回顾：

地址分类	地址的网络 / 主机部分大小	第一个八字节的范围	默认掩码	地址的起始标识位
A	8/24	1-126	255.0.0.0	0
B	16/16	128-191	255.255..0.0	10
C	24/8	192-223	255.255.255.0	110
D	―	224-239	―	1110
E	―	240-255	―

 

子网划分后，怎样在 IP 地址中找到网络、子网和主机字段：

1 ）网络地址：根据地址分类原则，可能是 8 、 16 或 24bit

2 ）子网地址： 32bit 减去网络地址位和主机地址位

3 ）主机地址：等于掩码中 0 的个数

 

子网计算

划分子网的几个捷径 :

1. 你所选择的子网掩码将会产生多少个子网 ? :

2 的 x 次方 -2(x 代表子网位 , 即 2 进制为 1 的部分 ) PS ：这里的 x 是指除去默认掩码后的子网位，例如网络地址 192.168.1.1 ，掩码 255.255.255.192 ，因为是 C 类地址，掩码为 255.255.255.0 。那么 255.255.255.192 （ x.x.x.11000000 ）使用了两个 1 来作为子网位。

2. 每个子网能有多少主机 ?:

2 的 y 次方 -2(y 代表主机位 , 即 2 进制为 0 的部分 )

3. 有效子网是 ?:

有效子网号 =256-10 进制的子网掩码 ( 结果叫做 block size 或 base number)

4. 每个子网的广播地址是 ?:

广播地址 = 下个子网号 -1

5. 每个子网的有效主机分别是 ? :

忽略子网内全为 0 和全为 1 的地址剩下的就是有效主机地址 .

最后有效 1 个主机地址 = 下个子网号 -2( 即广播地址 -1)

 

根据上述捷径划分子网的具体实例 :

C 类地址例子 1 : 网络地址 192.168.10.0; 子网掩码 255.255.255.192(/26)
1. 子网数 =2*2-2=2
2. 主机数 =2 的 6 次方 -2=62
3. 有效子网 ?:block size=256-192=64; 所以第一个子网为 192.168.10.64, 第二个为 192.168.10.128
4. 广播地址 : 下个子网 -1. 所以 2 个子网的广播地址分别是 192.168.10.127 和 192.168.10.191
5. 有效主机范围是 : 第一个子网的主机地址是 192.168.10.65 到 192.168.10.126; 第二个是 192.168.10.129 到 192.168.10.190

C 类地址例子 2: 网络地址 192.168.10.0; 子网掩码 255.255.255.128(/26)
我知道我举的这个例子只有一个子网位，这通常是不合法的（由 RFC 文档所规定）。但是！世事无绝对，不是吗？这个子网掩码能在你需要两个子网每个子网 126 台主机时给你帮助，不过这是在特殊情况下实现的。在思科路由器的全局配置模式下输入 ip subnet -zero 命令来告诉你的路由器打破规则并使用一个 1 位的子网掩码（这个命令通常在运行 CISCO IOS 12.x 的所有路由器上默认存在）
1. 子网数 =2
2. 主机数 =2 的 7 次方 -2=126
3. 有效子网 ?:block size=256-128=128; 所以第一个子网为 192.168.10.0, 第二个为 192.168.10.128
4. 广播地址 : 下个子网 -1. 所以 2 个子网的广播地址分别是 192.168.10.127 和 192.168.10.255
5. 有效主机范围是 : 第一个子网的主机地址是 192.168.10.1 到 192.168.10.126; 第二个是 192.168.10.129 到 192.168.10.254

 

B 类地址例子 1 ：网络地址 :172.16.0.0; 子网掩码 255.255.255.128(/25)
注意！这个不是 C 类地址的子网掩码，然而这个子网划分是有一定难度的，但是！这个掩码却是十分有用的因为它创建了 510 个子网每个子网有 126 个主机，一个很好的组合。

1. 子网数 =2 的 9 次方 -2=510
2. 主机数 =2 的 7 次方 -2=126
3. 有效子网 ?:block size=256-255=1 ， 2 ， 3 ， ...... 这是第三个八位元组的数值，但是你不能忘记还有一位子网位在第四个八位元组。所以第四个八位元组分为两个子网。例如第三个八位元组表示子网 3 ，那第四个八位元组的两个子网为 172.16.3.0 和 172.16.3.128

4. 广播地址 : 下个子网 -1. 所以第一个子网和最后 1 个子网的广播地址分别是
172.16.0.255 和
172.16.255.127
5. 有效主机范围是 : 第一个子网的主机地址是 172.16.0.129 到 172.16.0.254; 最后 1 个是 172.16.255.0 到 172.16.255.126
（补充一下：可能有人问第一个子网为什么不是 172.16.0.0---172.16.0.128 呢？不要忘记！子网位和主机位不能为全 0 或者全 1 ， 172.16.0.0 代表了整个 172.16.x.x 网络，同理，最后一个子网也就不可能是 172.16.255.128---172.16.255.255 了。）

B 类地址例子 2 : 网络地址 :172.16.0.0; 子网掩码 255.255.192.0(/18)
1. 子网数 =2*2-2=2
2. 主机数 =2 的 14 次方 -2=16382
3. 有效子网 ?:block size=256-192=64; 所以第一个子网为 172.16.64.0, 最后 1 个为 172.16.128.0
4. 广播地址 : 下个子网 -1. 所以 2 个子网的广播地址分别是 172.16.127.255 和 172.16.191.255
5. 有效主机范围是 : 第一个子网的主机地址是 172.16.64.1 到 172.16.127.254; 第二个是 172.16.128.1 到 172.16.191.254

B 类地址例子 3: 网络地址 :172.16.0.0; 子网掩码 255.255.255.224(/27)
1. 子网数 =2 的 11 次方 -2=2046( 因为 B 类地址默认掩码是 255.255.0.0, 所以网络位为 8+3=11)
2. 主机数 =2 的 5 次方 -2=30
3. 有效子网 ?:block size=256-224=32; 所以第一个子网为 172.16.0.32, 最后 1 个为 172.16.255.192
4. 广播地址 : 下个子网 -1. 所以第一个子网和最后 1 个子网的广播地址分别是 172.16.0.63 和
172.16.255.223
5. 有效主机范围是 : 第一个子网的主机地址是 172.16.0.33 到 172.16.0.62; 最后 1 个是 172.16.255.193 到 172.16.255.223

A 类地址子网划分 跟 B 类和 C 类并没有什么区别，只是掩码位由 16 位和 8 位变成了 24 位而已。

简单地举个例子吧：
网络地址 : 10.0.0 .0; 子网掩码 255.255.0.0(/16)
1. 子网数 =2 的 8 次方 -2=254
2. 主机数 =2 的 16 次方 -2=65534
3. 有效子网 ?:block size=256-255=1 ， 2 ， 3 ， ......; 所以第一个子网为 10.1.0.0, 最后 1 个为 10.254.0.0
4. 广播地址 : 下个子网 -1. 所以第一个子网和最后 1 个子网的广播地址分别是 10.1.255.255 和
10.254.255.255
5. 有效主机范围是 : 第一个子网的主机地址是 10.1.0.1 到 10.1.255.254; 最后 1 个是 10.254.0.1 到 10.254.255.254

无类地址（ CIDR ）、私有地址和 NAT

 

● CIDR 和 NAT 的出现都是为了解决 IPv4 地址不足的问题，就目前现状而言，这些方法确实起到了不错的效果，也正是由于它们的有效使用，延缓了 IPv6 替代 IPv4 的步伐。但应该明白， IPv6 显然才是解决地址不足问题的更长效的方法，而 CIDR 和 NAT 只是过渡性方法。

 

● CIDR 的主要作用：在路由表中汇总更为高效，从而提高了路由表的可扩展性。由于它可以汇总多个有类网络为单条路由，这可以看作是子网划分的逆过程，所以又称为超网（ supernetting ）。

 

● 私有地址主要用于在局域网分配，这些地址在 Internet 上是无效的。这样可以很好地隔离局域网和 Internet 。 RFC 1918 定义了三类私有地址段：

1 ） A 类私有地址： 10.0.0 .0 �C 10.255.255.255

2 ） B 类私有地址： 172.16.0.0 �C 172.31.255.255

3 ） C 类私有地址： 192.168.0.0 �C 192.168.255.255

 

● 网络地址翻译（ NAT ）定义在 RFC 1631 中。有了这项技术，局域网内部的 IP 地址可以与 Internet 上的主机进行通信。特别在使用私有地址的局域网中，该项技术使用十分广泛。简单地说： NAT 将内部 IP 地址转换成公网上可用的 IP 地址，从而实现内部 IP 地址与外部公网的通信。

举例：假设某公司注册的公网 IP 地址段是 212.2.3.0/24 ，局域网使用的是私有地址段 192.168.0.0/22 ，已定义 NAT 记录： 202.2.3.1 对应 192.168.0.1 。它的工作过程是这样的：当内部主机 192.168.0.1 发送 IP 包时，其源地址为 192.168.0.1 ，通过 NAT 路由器，其源地址就转换为 202.2.3.1 ，这就是公网上可用的 IP 地址了。当公网上的服务器接收到这个 IP 包时，它会认为连接来自 202.2.3.1 ，因为是有效的 IP 地址，所以可以建立连接并通信，当服务器发送目的地址为 202.2.3.1 的 IP 包时， NAT 路由器又将其目的地址转换为 192.168.0.1 ，这样内部主机就可以接收到返回的 IP 包了。

 

● 一些 NAT 术语：

1 ） Inside Local address （内部局域地址）：分配给企业网络内部的主机，一般为私有地址。

2 ） Inside Global address （内部全球地址）：分配给企业网络内部的主机，一般是该企业所拥有的公网 IP 地址。

3 ） Outside Local address （外部局域地址）：分配给公网上的主机，一般为私有地址。

4 ） Outside Global address （外部全球地址）：分配给公网上的主机，一般为公网地址。

 

● 静态 NAT

静态 NAT 是最简单的一种 NAT 配置方式，通过手工配置，建立私有地址和公网地址的一一对应关系。它的主要特性有：

1 ）一个 Inside Local address 总是映射到同一个 Inside Global address 。

2 ）一个 Outside Local address 也总是映射到同一个 Outside Global address 。

3 ）不提供公网地址节余。

通常静态 NAT 用于内部服务器（该服务器分配的是内部私有地址，但允许公网主机访问）的地址配置。

配置示例：

#conf t

(config)#int fa 0/1

(config-if)#ip address 192.168.0.1 255.255.255.0

(config-if)#ip nat inside

(config-if)#int se 0/0

(config-if)#ip address 202.1.2.1 255.255.255.0

(config-if)#ip nat outside

(config-if)#^Z

(config)#ip nat inside source static 192.168.0.1 202.1.2.1

配置好后可以用 show ip nat trans 查看 NAT 配置表信息。

 

●不 带 PAT （端口地址翻译）的动态 NAT

不带 PAT 的动态 NAT 类似于静态 NAT ，也是创建 Inside Local 和 Inside Global 地址的一一对应关系，只不过，它不是定义两个单地址之间的映射，而是定义两组地址（地址池）之间的映射，在地址组之间可以实现动态分配。例如可将私有地址组 192.168.0.1/24 映射到公网地址组 202.1.2.1 -- 202.1.2.5 。当 192.168.0.1/24 网段内的主机需要与公网通信时，它会动态地从 202.1.2.1 -- 202.1.2.5 中选择一个未被占用的， 注意这样最多能够支持 5 台内部主机同时与公网通信。

配置示例：

#conf t

(config)#ip nat pool example 202.1.2.1 200.1.2.2 netmask 255.255.255.252

(config)#access-list 1 permit 192.168.0.1 0.0.0 .255

(config)#ip nat inside source list 1 pool example

 

● 带 PAT （端口地址翻译）的动态 NAT

PAT 又称为 NAT 重载（ NAT overloading ），它可以提供公网 IP 地址节余的功能。我们知道，每个连接是用 IP 地址 + 端口号来唯一定义的，如果我们使用不同的端口号来建立连接，就可以在一个 IP 地址上复用多条连接，这就是 NAT with PAT 的主要思想。

为了实现 NAT with PAT ， NAT 路由器不但需要翻译 IP 地址，也要翻译端口号。一般端口号字段的长度是 16 位， 这样最多可以支持 65000 多个并发的端口连接。

配置示例：

#conf t

(config)#ip nat pool example 202.1.2.1 netmask 255.255.255.252

(config)#access-list 1 permit 192.168.0.1 0.0.0 .255

(config)#ip nat inside source list 1 pool example overload