2023學(xué)年完整公開(kāi)課版CIDR和超網(wǎng)

CIDR構(gòu)建超網(wǎng)無(wú)分類(lèi)編址CIDR

劃分子網(wǎng)在一定程度上緩解了因特網(wǎng)在發(fā)展中遇到的困難。然而當(dāng)前因特網(wǎng)使用的尋址方案面臨三個(gè)必須盡早解決的問(wèn)題，這就是：

IPv4A類(lèi)地址已全部分完，B類(lèi)只有極少數(shù)未分配，C類(lèi)地址也已所剩無(wú)幾；因特網(wǎng)主干網(wǎng)路由器中的路由表項(xiàng)急劇增長(zhǎng)(從幾千個(gè)增長(zhǎng)到幾萬(wàn)個(gè)),導(dǎo)致查找速度變慢；按目前地址分配速度，2008年左右會(huì)全部分完，整個(gè)IPv4的地址空間最終將全部耗盡。網(wǎng)絡(luò)前綴IP編址問(wèn)題的演進(jìn)1987年，RFC1009就指明了在一個(gè)劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中可同時(shí)使用幾個(gè)不同的子網(wǎng)掩碼。使用變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼VLSM(VariableLengthSubnetMask)可進(jìn)一步提高IP地址資源的利用率。在VLSM的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步研究出無(wú)分類(lèi)編址方法，它的正式名字是無(wú)分類(lèi)域間路由選擇CIDR(ClasslessInter-DomainRouting)。CIDR最主要的特點(diǎn)CIDR消除了傳統(tǒng)的A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)地址以及劃分子網(wǎng)的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空間。CIDR使用各種長(zhǎng)度的“網(wǎng)絡(luò)前綴”(network-prefix)來(lái)代替分類(lèi)地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)。IP地址從三級(jí)編址（使用子網(wǎng)掩碼）又回到了兩級(jí)編址。無(wú)分類(lèi)的兩級(jí)編址

無(wú)分類(lèi)的兩級(jí)編址的記法是：

CIDR還使用“斜線記法”(slashnotation)，它又稱(chēng)為CIDR記法，即在IP地址后面加上一個(gè)斜線“/”

，然后寫(xiě)上網(wǎng)絡(luò)前綴所占的比特?cái)?shù)（這個(gè)數(shù)值對(duì)應(yīng)于三級(jí)編址中子網(wǎng)掩碼中比特1的個(gè)數(shù)）。

CIDR將網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)的IP地址組成

“CIDR地址塊”。IP地址::={<網(wǎng)絡(luò)前綴>,<主機(jī)號(hào)>}CIDR地址塊128.14.32.0/20表示的地址塊共有212個(gè)地址（因?yàn)樾本€后面的20是網(wǎng)絡(luò)前綴的比特?cái)?shù)，所以主機(jī)號(hào)的比特?cái)?shù)是12）。在不需要指出地址塊的起始地址時(shí)，也可將這樣的地址塊簡(jiǎn)稱(chēng)為“/20地址塊”。這個(gè)地址塊起始地址是128.14.00100000.00000000，128.14.32.0/20地址塊的最小地址：128.14.32.0128.14.32.0/20地址塊的最大地址：128.14.47.255一般，地址塊內(nèi)全0和全1的地址不能分配給主機(jī)，分別表示該塊的網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址。128.14.32.0/20表示的地址（212個(gè)地址）：1000000000001110

00100000000000001000000000001110

00100000000000011000000000001110

00100000000000101000000000001110

00100000000000111000000000001110

00100000000001001000000000001110

00100000000001011000000000001110

00111111111110111000000000001110

00111111111111001000000000001110

00111111111111011000000000001110

00111111111111101000000000001110

0011111111111111所有地址的20bit前綴都是一樣的最小地址最大地址路由聚合(routeaggregation)一個(gè)CIDR地址塊可以表示很多地址，這種地址的聚合常稱(chēng)為路由聚合。用CIDR地址塊后，可以使路由表中的表項(xiàng)大大減少，使得路由表中的一個(gè)項(xiàng)目可以表示很多個(gè)（例如上千個(gè)）原來(lái)傳統(tǒng)分類(lèi)地址的路由。路由聚合也稱(chēng)為構(gòu)成超網(wǎng)(supernetting)。CIDR雖然不使用子網(wǎng)了，但仍然使用“掩碼”這一名詞（但不叫子網(wǎng)掩碼）。對(duì)于/20地址塊，它的掩碼是20個(gè)連續(xù)的1。斜線記法中的數(shù)字就是掩碼中1的個(gè)數(shù)。CIDR記法的其他形式

10.0.0.0/10可簡(jiǎn)寫(xiě)為10/10，也就是將點(diǎn)分十進(jìn)制中低位連續(xù)的0省略。

10.0.0.0/10隱含地指出IP地址10.0.0.0的掩碼是255.192.0.0。此掩碼可表示為

11111111110000000000000000000000

網(wǎng)絡(luò)前綴的后面加一個(gè)星號(hào)*的表示方法,如0000101000*，在星號(hào)*之前是網(wǎng)絡(luò)前綴，而星號(hào)*表示IP地址中的主機(jī)號(hào)，可以是任意值。25519200掩碼中有10個(gè)連續(xù)的1構(gòu)成超網(wǎng)前綴長(zhǎng)度不超過(guò)23bit的CIDR地址塊都包含了多個(gè)C類(lèi)地址。這些C類(lèi)地址合起來(lái)就構(gòu)成了超網(wǎng)。如地址塊10.8.0.0/24和10.8.1.0/24就聚合成超網(wǎng)10.8.0.0/23，而地址塊10.8.0.0/24、10.8.1.0/24、10.8.2.0/24和10.8.3.0/24就聚合成超網(wǎng)10.8.0.0/22。CIDR地址塊中的地址數(shù)一定是2的整數(shù)次冪。網(wǎng)絡(luò)前綴越短，其地址塊所包含的地址數(shù)就越多。而在三級(jí)結(jié)構(gòu)的IP地址中，劃分子網(wǎng)是使網(wǎng)絡(luò)前綴變長(zhǎng)。CIDR地址塊全0和全1地址限制問(wèn)題需要注意的是：在早期的RFC950文檔規(guī)定中，網(wǎng)絡(luò)劃分為子網(wǎng)后，子網(wǎng)號(hào)全0和全1的地址不能分配給子網(wǎng)，這是為了避免網(wǎng)絡(luò)與0號(hào)子網(wǎng)兩者的網(wǎng)絡(luò)地址相同而產(chǎn)生二義性問(wèn)題、同時(shí)也避免了網(wǎng)絡(luò)與全1子網(wǎng)兩者的廣播地址相同而產(chǎn)生的二義性問(wèn)題，這個(gè)規(guī)定仍應(yīng)遵守。

但是，在無(wú)類(lèi)別域間路由(CIDR)中用前綴表示地址塊的范圍，不存在子網(wǎng)號(hào)全0和全1的限制問(wèn)題，如網(wǎng)絡(luò)地址10.1.2.0/24和10.1.2.0/25、廣播地址10.1.2.255/24和10.1.2.255/25無(wú)二義性問(wèn)題；但地址塊內(nèi)全0和全1的地址仍然不能分配給主機(jī)，它們分別用于表示該地址塊的網(wǎng)絡(luò)地址和該地址塊的廣播地址。CIDR地址塊劃分舉例因特網(wǎng)206.0.68.0/22206.0.64.0/18ISP大學(xué)

X一系二系三系四系206.0.71.128/26206.0.71.192/26206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26206.0.70.0/24206.0.71.0/25206.0.71.0/26206.0.71.64/26206.0.71.128/25206.0.68.0/23

單位地址塊二進(jìn)制表示地址數(shù)

ISP206.0.64.0/1811001110.00000000.01*16384

大學(xué)206.0.68.0/2211001110.00000000.010001*1024

一系206.0.68.0/2311001110.00000000.0100010*512

二系206.0.70.0/2411001110.00000000.01000110.*256

三系206.0.71.0/2511001110.00000000.01000111.0*128

四系206.0.71.128/2511001110.00000000.01000111.1*128CIDR地址塊劃分舉例因特網(wǎng)206.0.68.0/22206.0.64.0/18ISP大學(xué)X一系二系三系四系206.0.71.128/26206.0.71.192/26206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25

206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26206.0.70.0/24206.0.71.0/25206.0.71.0/26206.0.71.64/26206.0.71.128/25206.0.68.0/23

這個(gè)ISP共有64個(gè)C類(lèi)網(wǎng)絡(luò)。如果不采用CIDR技術(shù)，則在與該ISP的路由器交換路由信息的每一個(gè)路由器的路由表中，就需要有64個(gè)項(xiàng)目。但采用地址聚合后，只需用路由聚合后的1個(gè)項(xiàng)目206.0.64.0/18就能找到該ISP。

最長(zhǎng)前綴匹配使用CIDR時(shí)，路由表中每個(gè)項(xiàng)目由“目的網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)絡(luò)前綴)”和“下一跳地址”組成。在查找路由表時(shí)可能會(huì)得到不止一個(gè)匹配結(jié)果，如欲轉(zhuǎn)發(fā)目的地址206.0.71.130的信包時(shí)：

應(yīng)當(dāng)從匹配結(jié)果中選擇具有最長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)前綴的路由：最長(zhǎng)前綴匹配(longest-prefixmatching)。網(wǎng)絡(luò)前綴越長(zhǎng)，其地址塊就越小，因而路由就越具體。最長(zhǎng)前綴匹配又稱(chēng)為最長(zhǎng)匹配或最佳匹配。目的網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)絡(luò)前綴)下一跳地址206.0.68.0/22202.195.1.1206.0.71.128/25202.195.2.1最長(zhǎng)前綴匹配舉例收到的分組的目的地址D=206.0.71.130路由表中的項(xiàng)目：206.0.68.0/22（大學(xué)X）

206.0.71.128/25（四系）先查找路由表中的第1個(gè)項(xiàng)目：ANDD=206.0.01000111.130第1個(gè)項(xiàng)目206.0.68.0/22的掩碼M

有22個(gè)連續(xù)的1。M=11111111111111111111110000000000因此只需把D

的第3個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制。M=11111111111111111111110000000000

206.0.01000100.0與206.0.68.0/22匹配最長(zhǎng)前綴匹配舉例收到的分組的目的地址D=206.0.71.130路由表中的項(xiàng)目：206.0.68.0/22

（大學(xué)X

）

206.0.71.128/25

（四系）再查找路由表中的第2個(gè)項(xiàng)目：ANDD=206.0.71.10000010第2個(gè)項(xiàng)目206.0.71.128/25的掩碼M

有25個(gè)連續(xù)的1。M=11111111111111111111111110000000因此只需把D

的第4個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制。M=11111111111111111111111110000000

206.0.71.10000000也與206.0.71.128/25匹配最長(zhǎng)前綴匹配DAND(11111111111111111111110000000000)=206.0.68.0/22匹配DAND(11111111111111111111111110000000)