网络故障解决方案之非标准子网划分

当一个组织申请了一段IP地址后，可能需要对IP地址进行进一步的划分。例如，某规模较大的公司申请了一个B类IP地址166.133.0.0。如果采用标准掩码255.255.0.0而不进一步划分，那么166.133.0.0网络中的所有主机（最多共65534台）都将处于同一个广播域下，网络中充斥的大量广播数据包将导致网络最终不可用。
　　
　　解决方案是进行非标准划分。非标准划分的策略是借用主机号的一部分充当网络号。具体方法是采用新的、非标准掩码，而不采用默认的标准掩码。
　　
　　例如，B类地址166.133.0.0，不使用标准掩码255.255.0.0，而是使用非标准掩码，如255.255.255.0、255.255.240.0等将网络划分为多个。
　　
　　如图1所示。我们借用原来属于主机号范围的第3个位域充当号范围，即借用了8位主机号充当号。所采用的新掩码是：255.255.255.0，该掩码将这个B类的大网络166.133.0.0又划分成为254个小的（全0和全1的号不能使用）。对于这254个来说，每个各自又可以容纳254台主机。
　　 　
　　 图1　 非标准划分
　　
　　下面，我们分别以C、B、A类IP地址为例详细讨论非标准划分。
　　
　　1　对C类网络进行非标准划分
　　
　　对于标准的C类IP地址来说，标准掩码为255.255.255.0，即用32比特IP地址的前24比特标识网络号，后8比特标识主机号。因此，每个C类网络下共可容纳254台主机（28-2）。
　　
　　现在，我们先考虑借用2比特的主机号来充当络号的情形。如图2所示。
　　 　
　　 图2　 借用2比特的主机号来充当络号
　　
　　在图2中，为了借用原来8位主机号中的前2位充当络号，采用了新的、非标准掩码255.255.255.192。
　　
　　采用了新的掩码后，借用的2位号可以用来标识两个：01和10（号不能全为0或1，因此00、11不能用）。
　　
　　首先，对于01来说，其网络号的点分十进制的形式为：210.31.233.64，该的最小IP地址为：210.31.233.65，最大IP地址为：210.31.233.126，共可容纳62台主机。对该的直接广播地址为：210.31.233.127。如图3所示。
　　 　
　　 图3　 01计算过程
　　
　　其次，对于10来说，其网络号的点分十进制的形式为：210.31.233.128，该的最小IP地址为：210.31.233.129，最大IP地址为：210.31.233.190，共可容纳62台主机。对该的直接广播地址为：210.31.233.191。
　　
　　同理，还可以借用3位、4位、5位、6位主机号充当号。表1总结了对C类IP地址借用不同位数的主机号时应采用的掩码，以及可划分为多少个和每个可容纳的主机数。注意，借1位或7位无效。
　　 　
　　2　对B类网络进行非标准划分
　　
　　对于标准的B类IP地址来说，标准掩码为255.255.0.0，即用32比特IP地址的前16比特标识网络号，后16比特标识主机号。因此，每个B类网络下共可容纳65534台主机（216-2）。
　　
　　我们同样先考虑借用2比特的主机号来充当络号的情形。如图4所示。
　　 　
　　 图4　 借用2比特的主机号来充当络号
　　
　　在图4中，为了借用原来16位主机号中的前2位充当络号，采用了新的非标准掩码255.255.192.0。
　　
　　采用了新的掩码后，借用的2位号可以用来标识两个：01和10（号不能全为0或1，因此00、11不能用）。
　　
　　首先，对于01来说，其网络号的点分十进制的形式为：166.133.64.0，该的最小IP地址为：166.133.64.1，最大IP地址为：166.133.127.254，共可容纳16382台主机。对该的直接广播地址为：166.133.127.255。如图5所示。
　　 　
　　 图5　 01计算过程
　　
　　其次，对于10来说，其网络号的点分十进制的形式为：166.133.128.0，该的最小IP地址为：166.133.128.1，最大IP地址为：166.133.191.254.，共可容纳16382台主机。对该的直接广播地址为：166.133.191.255。
　　
　　同理，还可以借用3位、4位、5位、6位、7位、8位甚至更多位主机号来充当号，表2总结了对于B类网络常用的、借用不同位数的主机号时应采用的掩码，以及可划分为多少个和每个可容纳的主机数。注意，借1位或15位无效。
　　 　
　　3　对A类网络进行非标准划分
　　
　　仿照前面的分析，我们可以得出A类网络常见的划分方式及其相关数据，如表3所示。
　　 　
　　4　全0和全1网段
　　
　　回想前面的例子中，将C类网络210.31.233.0划分为两个210.31.233.64和210.31.233.128后，每可容纳62台主机，两个共可容纳124台主机。而在未划分前，该C类网络210.31.233.0可以容纳254台主机。也就是说，划分后浪费了一半的IP地址（即210.31.233.1-210.31.233.63和210.31.233.192-210.31.233.254）。
　　
　　这里造成IP地址空间浪费的主要原因是RFC 1009中规定划分时，号不能全为0或1，我们将其称为全0与全1网段。
　　
　　RFC 1009保留全0与全1网段未用是因为在某些时候采用全0与全1网段会导致IP地址的二义性。
　　
　　例如，为了将标准C类网络201.15.66.0划分成8个，采用了非标准掩码255.255.255.224。该掩码将C类网络201.15.66.0划分成如下8个（假设允许号全为0或1）。
　　
　　●1：网络号201.15.66.0，可以IP地址范围：201.15.66.1-201.15.66.30，广播地址：201.15.66.31。
　　
　　●2：网络号201.15.66.32，可以IP地址范围：201.15.66.33-201.15.66.62，广播地址：201.15.66.63。
　　
　　●3：网络号201.15.66.64，可以IP地址范围：201.15.66.65-201.15.66.94，广播地址：201.15.66.95。
　　
　　●4：网络号201.15.66.96，可以IP地址范围：201.15.66.97-201.15.66.126，广播地址：201.15.66.127。
　　
　　●5：网络号201.15.66.128，可以IP地址范围：201.15.66.129-201.15.66.158，广播地址：201.15.66.159。
　　
　　●6：网络号201.15.66.160，可以IP地址范围：201.15.66.161-201.15.66.190，广播地址：201.15.66.191。
　　
　　●7：网络号201.15.66.192，可以IP地址范围：201.15.66.193-201.15.66.222，广播地址：201.15.66.223。
　　
　　●8：网络号201.15.66.224，可以IP地址范围：201.15.66.225-201.15.66.254，广播地址：201.15.66.255。
　　
　　对于未划分的原主网络201.15.66.0来说，其网络号201.15.66.0和划分完后的第1个的网络号201.15.66.0是相同的！同样，对于原主网络201.15.66.0来说，其广播地址201.15.66.255和划分完后的第8个的广播地址201.15.66.255也相同的！因此，RFC 1009规定不能使用全0或全1的号，以免发生上面的IP地址二义性问题。
　　
　　为了解决IP地址的二义性问题，可以规定IP地址不能单独使用，必须携带相应的掩码信息。如201.15.66.0+255.255.255.0是指未划分的原主网络201.15.66.0，而201.15.66.0+255.255.255.224是指划分完后的第1个的网络号。
　　
　　同理，201.15.66.255+255.255.255.0是指对未划分的原主网络201.15.66.0的广播，而201.15.66.255+255.255.255.224是指对划分完后的第8个的广播。
　　
　　这样，既有效地利用了宝贵的IP地址空间、减少了浪费，又可以有效地避免IP地址的二义性问题。
　　
　　在Cisco路由器上，缺省可以使用全1网段，但是不能使用全0网段。如果我们想要使用全0网段，必须输入命令ip subnet-zero允许使用全0网段。
　　
　　需要注意的是，虽然命令ip subnet-zero允许我们使用全0网段，但对于一些有类（Classful）路由协议，如RIP、IGRP在广播路由更新信息时，只发送网络地址信息而不发送相应的掩码信息。这时，仍然会出现IP地址的二义性问题。
　　
　　5　专用地址空间
　　
　　RFC 1918中定义了在企业网络内部使用的专用（私有）地址空间，如下：
　　
　　●A类：10.0.0.0-10.255.255.255
　　
　　●B类：172.16.0.0-172.31.255.255
　　
　　●C类：192.168.0.0-192.168.255.255
　　
　　这些网络地址在因特网中是无法路由的，只能在企业网络内部使用。具有这些网络地址的主机如果想要访问Internet，要么需要通过代理服务器，要么需要通过具有网络地址转换功能的路由器或防火墙。
　　
　　此外，微软在自己的TCP/IP实现中规定了LinkLocal网络地址空间：169.254.0.0-169.254.255.255也属于专用内部地址，也同样无法在Internet中路由。如图6所示。
　　
　　 图6　 LinkLocal网络地址