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随着互联网络的发展和普及

核心协议之一的IP

正成为它过度流行的牺牲品

它主要面临两大问题

一 分类造成了数百万个地址的浪费

举个例子来说

有一个公司

它有两百个员工

它想申请一个地址

那么如果是一个A类地址的话

太大了

如果申请一个C类地址的话

只有254个合法的IP地址

它觉得

虽然它现在的员工只有两百个

但是它很快就会发展

超过这个254了

所以它不会申请C类的地址

那么它就会申请B类的地址

而一个B类的地址

它拥有的地址空间

大概是65000多个

实际上呢 它只用到其中的几百个

大部分的就被浪费掉了

那么可以说最先枯竭的地址

就是这个B类的地址

有统计显示

超过一半的B类网络

拥有的主机数不超过50台

第二个问题是路由表的膨胀问题

一开始互联网上面网络不多

路由表中只有几百条 几千条

路由信息

现在网络的数量已经超过了百万个

那么路由表动则就是几万条

上十万条

如果路由表急剧膨胀

我们可以有足够的空间去装它

但是它会带来一个非常严重的问题

就是我们每到达一个分组

我们想想看是怎么对待它的

首先是把这个分组打开

然后确定目的网络

去查找路由表

那么每到达一个分组

我们都要去查找这个表

表大了

就意味着我们的查找时间

是非常的大的

增加了我们通信的端到端延迟

这才是一个非常严重的问题

所以呢就提出了CIDR技术

CIDR叫

Classless Inter

Domain Routing的缩写

它的中文名字叫做无类域间路由

CIDR缓解了地址枯竭的趋势

尤其是缓解了B类地址枯竭的趋势

控制甚至缩减了路由表的开销

CIDR的基本思想

描述在RFC1519中

在1519中说

分配IP地址的时候

不再以类别来分

而是按照可变长的地址块来分配

就是我们说的按需分配

举个例子

某一个用户他需要2000个IP地址

在CIDR出现之前

需要一个B类地址才能满足需求

因为一个C类地址的可用IP

只有254个

不满足2000个的需求

可是一个B类地址

可用的IP地址数

多达65000多个

大部分都被浪费掉了

有了CIDC之后

只需要分配一个

x.x.x.x/21的块地址

21代表的是网络位

那么对应的主机位就有

32减21等于11位

11位主机位能够提供的可用地址数

是2的11次方减2

2046个

大于2000个

而且还有46个的余量

可供路由器接口或者扩展之用

举个例子

一块地址从194.24.0.0开始

可用地址数是8192个

即194.24.0.0/19

这是一个块地址

一个比较大的网络

现在呢 有三间大学

要去瓜分这个大网络

剑桥大学申请了2048个地址

空间是从194.24.0.0

到194.24.7.255

表示为这样

牛津大学申请4096个地址

从194.24.16.0

多194.24.31.255

表示为这样

爱丁堡大学申请1024个地址

从194.24.8.0到194.24.11.255

表示为这样

注意

这三个块地址

它的网络位各不相同

20、21和22

其中呢网络位数最少的

它的网络的规模最大

有了CIDR之后

路由表必须扩展

增加一个32位的子网掩码

每个路由表就有一个三元组

IP地址、子网掩码和输出线

这是至少

其实还有其它的表项

当一个分组来到路由器的时候

分组中的目标IP地址

被提取出来

这个目标IP和子网掩码

进行按位与的操作

获得目标网络地址

以便查找路由表

如果路由表里边

有多个表项

都跟这个目标网络地址匹配

那么

使用子网掩码最长的那个表项

这叫IP地址的最长匹配前缀

即在路由表中有多个表项

匹配的时候

选取子网掩码最长的那个表项

来使用

为什么要这样选择呢

还记得我们曾经学过的IP寻址吗

IP分组从大网络到中网络

再到小网络

一步一步逐渐靠近目标机

所在的那个网络

子网掩码最长 意味着网络最小

这正是路由器传送分组的方向

所以选择子网掩码最长的那个表项

最靠近目的网络

举个最长匹配前缀的例子

在这个网络里头

有一个路由器名字叫New York

它有两个接口

左边的S0接口

指向192.24.12.0/22

右边的S1接口指向

192.24.0.0/19这个网络

当一个分组到达New York

路由器的时候

路由器把这个分组打开

提取出目的IP地址

192.24.12.4

接下来路由器再把目的IP地址

分别和22位

和19位的两个子网掩码进行与操作

得到目的网络地址

发现 结果和这两个网络呢都匹配

也就是说在 路由表里边

有两个表项 都匹配

我们的这个目标网络

怎么办呢

根据最长匹配前缀原则

选网络192.24.12.0/22

也就是说从S0接口来转出这个分组

有了CIDR

我们如何计算出一个块地址中

可以使用的IP地址范围呢

举个例子

有一个地址块叫194.24.6.112/21

那么这个地址块它对应的网络地址

应该是194.24.0.0

因为把主机位全部给它置于0之后

就变成这个样子

对应的主机位实际上是有11位

所以IP地址数

总共应该是有2048个

从11个0变化到11个1

对应的十进制

是从0.0变化到7.255

去掉主机位全为0的网络地址

和全为1的广播地址

可用的IP地址数应该是2046个

CIDR还缩减了路由表的规模

遏制了路由表的膨胀

举个例子

在这个图中

路由器RTA有四条直连路由

RTB有四条直连路由

而RTC路由器呢 有八条直连路由

但是它们的上游路由器RTZ

不需要记录这完整的

十六条详细的路由

它只需要记录三条汇总的路由

就可以了

对于更上游的路由器

它连这三条汇总的路由

都不用记录

而是把这三条汇总的路由

进行进一步的汇总

只需要记录一条路由就可以了

那么这些路由是怎么来完成

它的聚合的呢

以RTA的四条路由聚合为例

这四条路由对应着四个子网

这四个子网形成连续的地址空间

聚合的过程

关键是确定这段连续的地址空间里

网络位的位数

而网络位指的是不变的位

所以只需要找到不变的位

数出不变位的位数就可以了

这四个子网分别是

200.199.48.0/24

200.199.49.0/24

200.199.50.0/24

和200.199.51.0/24

最后一个八位组从0变化到255

是主机位

前两个八位组200.199

从来没有发生过任何的变化

没有变

所以它是网络位

关键是第三个八位组

它从48变到51

我们看不出这个八位里面

有哪些位是变化的位

哪些位是不变的位

我们把它写成二进制形式

发现呢

其中的高六位没有发生变化

一直都是00 11 00

而低两位呢发生了变化

所以我们可以明确

就是这高六位没有发生变化

所以它是网络位

那么网络位的总数

我们现在就得到了

高两位 八位组

八加八

再加上第三个八位组的六位

总共是二十二位

所以

聚合后的网络就表示成了

基地址/网络位数的形式

这里的聚合结果就应该是

200.199.48.0/22

其中48.0是基地址

因为它是这个连续地址空间里面的

第一个

注意 聚合后的网络

被称为超网 SuperNet

聚合的前提条件有两个

一 子网构成的地址空间

必须是连续的

第二

它们具有的下一跳

一定是相同的

路由聚合还带了一个额外的好处

就是隔离了路由翻动

比如在上例中

路由器RTA下

任何一条直连路由

它的接口呈现出Down/Up的翻动状态

不会影响到它的上游路由器

RTZ的那条汇总路由

小结一下今天的内容

CIDR按需分配IP地址

遏制了IP地址枯竭的趋势

CIDR控制缩减了路由表的规模

可以进行路由的聚合来形成超网

聚合跟之前学过的子网规划

是相反的行为

CIDR还带来了额外的好处

就是隔离了路由翻动