路由器（2）

2019-11-05 01:20:41

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供稿：网友

　　三、ip地址
　　
　　
　　在可路由的网络层协议中，协议地址必须含有两部分信息：网络地址和主机地址。存贮这种信息最明显的方法是用两个分离的域，这样我们必须考虑到两个域的最大长度，有些协议(如IPX)就是这样的，它在小型和中型的网络里可以工作的很好。
　　
　　另一种方案是减少主机地址域的长度，如24位网络地址、8位主机地址，这样就有了较多的网段，但每个网段内的主机数目很少。这样一来，对于多于256个主机的网络，就必须分配多个网段，其问题是很多的网络给路由器造成了难以忍受的负担。
　　
　　IP把网络地址和主机地址一起包装在一个32位的域里，有时主机地址部分很短，有时很长，这样可以有效利用地址空间，减少IP地址的长度，并且网络数目不算多。有两种将主机地址分离出来的方法：基于类的地址和无类别的地址。
　　
　　1、主机和网关
　　
　　
　　主机和网关的区别常产生混淆，这是由于主机意义的转变。在RFC中(1122/3和1009)中定义为：
　　
　　主机是连接到一个或多个网络的设备，它可以向任何一个网络发送和从其接收数据，但它从不把数据从一个网络传向另一个。
　　网关是连接到多于一个网络的设备，它选择性的把数据从一个网络转发到其它网络。
　　换句话说，过去主机和网关的概念被人工地区分开来，那时计算机没有足够的能力同时用作主机和网关。主机是用户工作的计算机，或是文件服务器等。现代的计算机的能力足以同时担当这两种角色，因此，现代的主机定义应该如此：
　　
　　主机是连接到一个或多个网络的设备，它可以向任何一个网络发送和从其接收数据。它也可以作为网关，但这不是其唯一的目的。
　　路由器是专用的网关，其硬件经过非凡的设计使其能以极小的延迟转发大量的数据。然而，网关也可以是有多个网卡的标准的计算机，其操作系统的网络层有能力转发数据。由于专用的路由硬件较便宜，计算机用作网关已经很少见了，在只有一个拨号连接的小站点里，还可能使用计算机作为非专用的网关。
　　
　　2、基于类的地址
　　
　　
　　最初设计IP时，地址根据第一个字节被分成几类：
　　
　　0:　　保留
　　1-126:　 A类(网络地址:1字节，主机地址:3字节)
　　127:　　保留
　　128-191: B类(网络地址:2字节，主机地址:2字节)
　　192-223: C类(网络地址:3字节，主机地址:1字节)
　　224-255: 保留
　　
　　3、子网划分
　　
　　
　　虽然基于类的地址系统对因特网服务提供商来说工作得很好，但它不能在一个网络内部做任何路由，其目的是使用第二层(桥接/交换)来导引网络中的数据。在大型的A类网络中，这就成了个非凡的问题，因为在大型网络中仅使用桥接/交换使其非常难以治理。在逻辑上其解决办法是把大网络分割成若干小的网络，但在基于类的地址系统中这是不可能的。为了解决这个问题，出现了一个新的域：子网掩码。子网掩码指出地址中哪些部分是网络地址，哪些是主机地址。在子网掩码中，二进制1表示网络地址位，二进制0表示主机地址位。传统的各类地址的子网掩码为：
　　
　　A类：255.0.0.0
　　B类：255.255.0.0
　　C类：255.255.255.0
　　假如想把一个B类网络的地址用作C类大小的地址，可以使用掩码255.255.255.0。
　　
　　用较长的子网掩码把一个网络分成多个网络就叫做划分子网。要注重的是，一些旧软件不支持子网，因为它们不理解子网掩码。例如UNIX的routed路由守护进程通常使用的路由协议是版本1的RIP，它是在子网掩码出现前设计的。
　　
　　上面只介绍了三种子网掩码：255.0.0.0、255.255.0.0和255.255.255.0，它们是字节对齐的子网掩码。但是也可以在字节中间对其进行划分，这里不进行具体讲解，请参照相关的TCP/IP书籍。
　　
　　子网使我们可以拥有新的规模的网络，包括很小的用于点到点连接的网络（如掩码255.255.255.252，30位的网络地址，2位的主机地址：两个主机的子网），或中型网络（如掩码255.255.240.0，20位网络地址，12位主机地址：4094个主机的子网）。
　　
　　注重DNS被设计为只答应字节对齐的IP网络(在in-addr.arpa.域中)。
　　
　　4、超网(supernetting)
　　
　　
　　超网是与子网类似的概念--IP地址根据子网掩码被分为独立的网络地址和主机地址。但是，与子网把大网络分成若干小网络相反，它是把一些小网络组合成一个大网络--超网。
　　
　　假设现在有16个C类网络，从201.66.32.0到201.66.47.0，它们可以用子网掩码255.255.240.0统一表示为网络201.66.32.0。但是，并不是任意的地址组都可以这样做，例如16个C类网络201.66.71.0到201.66.86.0就不能形成一个统一的网络。不过这其实没关系，只要策略得当，总能找到合适的一组地址的。
　　
　　5、可变长子网掩码(VLSM)
　　
　　
　　假如你想把你的网络分成多个不同大小的子网，可以使用可变长子网掩码，每个子网可以使用不同长度的子网掩码。例如：假如你按部门划分网络，一些网络的掩码可以为255.255.255.0(多数部门)，其它的可为255.255.252.0(较大的部门)。
　　
　　6、无类别地址(CIDR)
　　
　　
　　因特网上的主机数量增长超出了原先的设想，虽然还远没达到232，但地址已经出现匮乏。1993年发表的RFC1519--无类别域间路由CIDR(Classless Inter-Domain Routing)--是一个尝试解决此问题的方法。CIDR试图延长IPv4的寿命，与128位地址的IPv6不同，它并不能最终解决地址空间的耗尽，但IPv6的实现是个庞大的任务，因特网目前还没有做好预备。CIDR给了我们缓冲的预备时间。
　　
　　基于类的地址系统工作的不错，它在有效的地址使用和少量的网络数目间做出了较好的折衷。但是随着因特网意想不到的成长出现了两个主要的问题：
　　
　　已分配的网络数目的增长使路由表大得难以治理，相当程度上降低了路由器的处理速度。
　　僵化的地址分配方案使很多地址被浪费，尤其是B类地址十分匮乏。
　　为了解决第二个问题，可以分配多个较小的网络，例如，用多个C类网络而不是一个B类网络。虽然这样能够很有效地分配地址，但是更加剧了路由表的膨胀（第一个问题）。
　　
　　在CIDR中，地址根据网络拓扑来分配。连续的一组网络地址可以被分配给一个服务提供商，使整组地址作为一个网络地址（很可能使用超网技术）。例如：一个服务提供商被分配以256个C类地址，从213.79.0.0到213.79.255.0，服务提供商给每个用户分配一个C类地址，但服务提供商外部的路由表只通过一个表项--掩码为255.255.0.0的网络213.79.0.0--来分辨这些路由。
　　
　　这种方法明显减少了路由表的增长，CIDR RFC的作者估计，假如90%的服务提供商使用了CIDR，路由表将以每3年54%的速度增长，而假如没有使用CIDR，则增长速度为776%。假如可以重新组织现有的地址，则因特网骨干上的路由器广播的路由数量将大大减少。但这实际是不可行的，因为将带来巨大的治理负担。
　　
　　　
　　
　　四、路由
　　
　　1、路由表
　　
　　
　　假如一个主机有多个网络接口，当向一个特定的IP地址发送分组时，它怎样决定使用哪个接口呢？答案就在路由表中。来看下面的例子：
　　
　　目的　　　　　　子网掩码　　　　　　网关　　　　　标志　　　接口
　　------　　　　------------　　　-----------　　 -----　　 -----
　　201.66.37.0　255.255.255.0　　 201.66.37.74　　　 U　　　　eth0
　　201.66.39.0　255.255.255.0　　 201.66.39.21　　　 U　　　　eth1
　　
　　
　　主机将所有目的地为网络201.66.37.0内主机(201.66.37.1-201.66.37.254)的数据通过接口eth0(IP地址为201.66.37.74)发送，所有目的地为网络201.66.39.0内主机的数据通过接口eth1(IP地址为201.66.39.21)发送。标志U表示该路由状态为“up”（即激活状态）。对于直接连接的网络，一些软件并不象上例中一样给出接口的IP地址，而只列出接口。
　　
　　此例只涉及了直接连接的主机，那么目的主机在远程网络中如何呢？假如你通过IP地址为201.66.37.254的网关连接到网络73.0.0.0，那么你可以在路由表中增加这样一项：
　　
　　目的　　　　　掩码　　　　　　网关　　　　　标志　　　接口
　　-----------　 ------------　 -----------　　　 -----　　　----
　　73.0.0.0　　　 255.0.0.0　　　201.66.37.254　　　UG　　　 eth0
　　
　　此项告诉主机所有目的地为网络73.0.0.0内主机的分组通过201.66.37.254路由过去。标志G(gateway)表示此项把分组导向外部网关。类似的，也可以定义通过网关到达特定主机的路由，增加标志H(host)：
　　目的　　　　　　掩码　　　　　　网关　　　　标志　接口
　　-----------　--------------　 ------------　　----- ----
　　91.32.74.21　255.255.255.255　201.66.37.254　　UGH　eth0
　　
　　下面是路由表的基础，除了非凡表项之外：
　　　目的　　　　掩码　　　　　　网关　　　　标志　接口
　　　-----------　------------　　-----------　　----　-----
　　　127.0.0.1　　255.255.255.255 127.0.0.1　　　　UH　 lo0
　　default　　0.0.0.0　　　　 201.66.37.254　　UG　 eth1
　　第一项是loopback接口，用于主机给自己发送数据，通常用于测试和运行于IP之上但需要本地通信的应用。这是到特定地址127.0.0.1的主机路由(接口lo0是IP协议栈内部的“假”网卡)。第二项十分有意思，为了防止在主机上定义到因特网上每一个可能到达网络的路由，可以定义一个缺省路由，假如在路由表中没有与目的地址相匹配的项，该分组就被送到缺省网关。多数主机简单地通过一

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