路由器(2)

文章出处:Linux 宝库 作者:linux宝库 发布时间:2007-03-12

  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,其硬件经过特殊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,这就成了个特殊的问题,因为在大型网络中仅使用桥接/交换使其非常难以管理。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
  如果想把一个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。要注意的是,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,这里不进行详细讲解,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)。
  
  注意DNS被设计为只允许字节对齐的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)
  
  
  如果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:如果你按部门划分网络,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准备。CIDR给了我们缓冲的准备时间。
  
  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管理,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,如果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,而如果没有使用CIDR,则增长速度为776%。如果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,因为将带来巨大的管理负担。
  
   
  
  四、路由
  
  1、路由表
  
  
  如果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?如果你通过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,除了特殊表项之外:
   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,如果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