计网 - 传统的类网络划分 vs 无类别域间路由CIDR

A、B、C 类网络的基本概念和历史背景

在早期的互联网协议（IP）版本 4（IPv4）地址分配中，IP 地址被分为五类（A、B、C、D、E），其中 A、B、C 类网络用于主机地址分配。每个 IP 地址由 32 位（4 个字节）组成，分为网络部分和主机部分。

A 类网络

• 地址范围： 1.0.0.0 到 126.0.0.0
• 网络位数： 8 位
• 默认子网掩码： 255.0.0.0
• 可用主机数： 16,777,214（2^24 - 2）
• 起始位： 0xxxxxxx（首字节的最高位为 0）

特点：

• 适用于非常大的网络，如大型企业或政府机构。
• 网络部分占用 8 位，主机部分占用 24 位。

例子：

• 10.0.0.0 是一个 A 类私有网络地址。

B 类网络

• 地址范围： 128.0.0.0 到 191.255.0.0
• 网络位数： 16 位
• 默认子网掩码： 255.255.0.0
• 可用主机数： 65,534（2^16 - 2）
• 起始位： 10xxxxxx（首字节的最高两位为 10）

特点：

• 适用于中型到大型网络，如中型企业和大学。
• 网络部分占用 16 位，主机部分占用 16 位。

例子：

• 172.16.0.0 是一个 B 类私有网络地址。

C 类网络

• 地址范围： 192.0.0.0 到 223.255.255.0
• 网络位数： 24 位
• 默认子网掩码： 255.255.255.0
• 可用主机数： 254（2^8 - 2）
• 起始位： 110xxxxx（首字节的最高三位为 110）

特点：

• 适用于小型网络，如小型企业和家庭网络。
• 网络部分占用 24 位，主机部分占用 8 位。

例子：

• 192.168.0.0 是一个 C 类私有网络地址。

实际应用场景

1. A 类网络：

   • 用于需要大量主机的环境，如大型企业或政府机构。
   • 例子：IBM 等大型公司。

2. B 类网络：

   • 适用于中型网络，如中型企业和大学。
   • 例子：一些大规模组织和学术机构。

3. C 类网络：

   • 适用于小型网络，如小型企业、家庭网络和局域网。
   • 例子：小型办公室或家庭网络。

A、B、C 类网络的划分曾经是 IP 地址管理的基础。然而，随着互联网的发展和 IP 地址资源的紧张，CIDR（无类别域间路由）取代了传统的类网络划分，提供了更灵活和高效的地址分配方法。

CIDR（无类别域间路由）基本概念

CIDR（Classless Inter-Domain Routing）是一种用于分配 IP 地址和 IP 路由的方式。CIDR 打破了传统的 A、B、C 类网络划分，提供了更灵活的 IP 地址划分和路由选择方法。

CIDR 的表示方法

CIDR 使用一种斜杠记法（slash notation）来表示 IP 地址和网络掩码。例如，192.168.1.0/24 表示 IP 地址 192.168.1.0 和一个长度为 24 位的网络掩码。

• IP 地址部分： 这是一个标准的 IPv4 地址（32 位）。
• 前缀长度（掩码长度）： 斜杠后面的数字表示网络部分的位数。例如 /24 表示前 24 位是网络位，其余 8 位是主机位。

计算 CIDR 网络段的步骤

以 192.168.1.0/26 为例，详细说明如何计算 CIDR 表示的网络段。

步骤 1：确定网络掩码

CIDR 表示中的数字 /26 表示网络掩码有 26 位用于标识网络，其余 6 位用于标识主机。

1. 网络掩码的二进制表示：
   • 26 个 1 后跟 6 个 0：11111111.11111111.11111111.11000000
   • 转换为十进制：255.255.255.192

步骤 2：计算网络地址

网络地址通过将给定的 IP 地址和网络掩码进行按位与运算得到。

1. IP 地址： 192.168.1.0 的二进制形式：

   • 11000000.10101000.00000001.00000000

2. 网络掩码： 255.255.255.192 的二进制形式：

   • 11111111.11111111.11111111.11000000

3. 按位与运算：

   IP 地址:  11000000.10101000.00000001.00000000
   网络掩码: 11111111.11111111.11111111.11000000
   结果:    11000000.10101000.00000001.00000000
   

4. 网络地址： 192.168.1.0

步骤 3：计算广播地址

广播地址通过将网络地址的主机部分全部置为 1 得到。

1. 网络地址的二进制形式：

   • 11000000.10101000.00000001.00000000

2. 主机部分全部置为 1：

   网络地址:  11000000.10101000.00000001.00000000
   主机部分:                            00111111
   结果:    11000000.10101000.00000001.00111111
   

3. 广播地址： 192.168.1.63

步骤 4：计算可用 IP 地址范围

• 网络地址： 192.168.1.0
• 广播地址： 192.168.1.63

可用的 IP 地址范围是 192.168.1.1 到 192.168.1.62，其中第一个和最后一个地址分别是网络地址和广播地址，不能用于分配给设备。

举例说明 CIDR 的实际应用

1. 192.168.1.0/24

   • 网络段： 192.168.1.0 到 192.168.1.255
   • 可用 IP 地址数： 256 个

2. 10.0.0.0/8

   • 网络段： 10.0.0.0 到 10.255.255.255
   • 可用 IP 地址数： 16,777,216 个

3. 172.16.0.0/12

   • 网络段： 172.16.0.0 到 172.31.255.255
   • 可用 IP 地址数： 1,048,576 个

CIDR 提供了一种灵活高效的方式来管理和分配 IP 地址。通过理解其表示方法和计算过程，可以有效地进行网络规划和优化。

传统类网络划分的背景和局限性

背景

传统的类网络划分（Classful Networking）是在互联网发展的早期阶段引入的，目的是简化 IP 地址管理和路由。然而，随着互联网的快速扩展，这种固定的地址划分方式暴露出了一些局限性。

局限性

1. 地址浪费： A、B、C 类网络的固定大小导致地址空间的浪费。例如，B 类网络的 65,534 个可用地址对于许多组织来说过于庞大，而 C 类网络的 254 个地址又可能不足。

2. 灵活性差： 固定的网络位数和子网掩码限制了网络设计的灵活性，无法根据实际需要动态调整地址空间。

3. 路由表膨胀： 每个网络都有一个独立的路由条目，导致路由器的路由表膨胀，影响路由效率。

CIDR 的优势及其创新之处

优势

1. 地址效率： CIDR 允许灵活的子网掩码，可以根据需要精确地分配地址，减少浪费。

2. 灵活性强： 提供了更大的网络设计灵活性，支持任意大小的子网划分。

3. 路由聚合： 支持路由聚合（Supernetting），可以将多个连续的网络地址聚合成一个路由条目，减少路由表大小，提高路由效率。

4. 可扩展性： 支持更大的网络规模和更复杂的网络架构，适应快速变化的网络环境。

比较两者的优缺点

实际应用场景及建议

传统类网络

• 应用场景： 早期的静态网络环境，简单的网络架构。
• 建议： 在现代网络中尽量避免使用传统类网络划分，改用 CIDR 以提高资源利用率和管理效率。

CIDR

• 应用场景： 现代企业网络、互联网服务提供商、大规模数据中心。
• 建议： 广泛应用 CIDR 进行灵活的网络设计，提升网络资源利用率和路由效率。

总结

CIDR 克服了传统类网络划分的诸多局限，提供了一种更加灵活、高效的 IP 地址管理方式。通过支持动态的子网划分和路由聚合，CIDR 在现代网络中得到了广泛应用。