IP地址划分、VlSM算法及VLAN间路由

文章目录

• IP地址
• 格式
• 分类
• 公网/私网地址
• 地址范围
• IP子网划分
• 子网掩码
• VLSM算法
• IP路由原理
• 路由表
• 路由表查表规则
• 路由表写表规则
• 路由优先级
• 来源
• VLAN间路由
• 静态路由

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IP地址

• 定义：网络层地址

格式

• 32位长度，点分十进制
• 由网络位+主机位组成
• 网络长度和数字完全一致的地址属于

分类

• A类
  • 地址范围：1.X.X.X—126.X.X.X
  • 网络划分：前8位为网络位，后24位为主机位
• B类
  • 地址范围：128.X.X.X—191.X.X.X
  • 网络划分：前16位为网络位，后16位为主机位
• C类
  • 地址范围：192.X.X.X—223.X.X.X
  • 网络划分：前24位为网络位，后8位为主机位
• D类
  • 地址范围：224.X.X.X—239.X.X.X
  • 作用：组播地址，不可用于配置为地址
• E类
  • 地址范围：240.X.X.X—255.X.X.X
  • 作用：科研用地址，不对外开放
• 特殊地址
  • 127.X.X.X：本地回环地址，用于标识本机
  • 主机位全0的地址：网络地址，用于标识某个网段
  • 主机位全1的地址：本网段广播地址
  • 255.255.255.255：全网广播地址
  • 0.0.0.0：任意IP地址

公网/私网地址

• 公网地址
  • 可以在互联网上寻址的地址，全球唯一，需要运营商分配
• 私网地址
  • 本地随意使用，无法在互联网上寻址

地址范围

• A类：10.X.X.X
• B类：172.16.X.X—172.31.X.X
• C类：172.168.X.X
• 运营商专用私有地址：100.64.X.X—100.127.X.X

IP子网划分

子网掩码

• 产生背景：

  • 通过自然分类来划分划分网络规模会造成大量IP地址浪费
  • IPv4地址资源已经全部耗尽

• 定义：

  • 又连续的1或0组成的32位掩码，用来衡量IP地址网络位的长度
  • 1对应的部分为网络位
  • 0对应的部分为主机位

• 分类：

  • 主类掩码：和自然分类一致的子网掩码
  • VLSM
    • 可变长子网掩码
    • 通过把子网掩码变长来把一个网段划分为多个子网
  • CIDR
    • 无类域间路由
    • 通过把子网掩码缩短来把多个网段聚合为一个网段

VLSM算法

例：已知192.168.1.0/26
计算：

1. 划分出了多少个子网
2. 每个子网可用IP地址数量
3. 列出每个子网的网络地址、起止范围、广播地址

得出下列参数：

1. 借位数（子网掩码变长的位数）：26-24=2
2. 剩余位数：32-26=6

计算：

1. 划分出的子网数：2^借位数=2²=4
2. 每个子网可用地址数量：2^剩余位数-2=2⁶ - 2=62

网络地址	起止范围	广播地址
第一个网段	192.168.1.0/26	192.168.1.1—192.168.1.62
第二个网段	192.168.1.64/26	192.168.1.65—192.168.1.127
第三个网段	162.168.1.128/26	192.168.1.129—192.168.1.190
第四个网段	192.168.1.191/26	192.168.1.192—192.168.1.254

• 常用子网划分对应关系

子网掩码长度	十进制掩码	可用的地址	用途
25	255.255.255.128	126
26	255.255.255.192	62
27	255.255.255.224	30
28	255.255.255.240	14
29	255.255.255.248	6
30	255.255.255.252	2	大部分运营商分配的地址
31	255.255.255.254	2	PPP链路可用
32	255.255.255.255	1	设备Loopback接口可用

IP路由原理

• 定义：
  • 路由器负责将数据报文在IP网段之间进行转发
  • 路由是指导路由器如何进行数据转发的路径信息
• IP连通的前提：
  • 沿途的每条路由器上都有到达目的网段的路由信息
  • 路由是单向的路径信息，沿途每台路由器都要有往返双向路由信息

路由表

• 作用：存储路由信息
• 字段内容：
  • Destination/mask 目的网段/掩码
  • Proto 路由的来源
  • Pre 优先级
  • Cost 度量值
  • Nexthop 下一跳地址,数据报文从接口发出后到达的下一个IP地址
  • Interface 出接口,数据报文发出的接口

路由表查表规则

• 最长掩码匹配规则：
  • 当数据包在路由表中匹配到多条掩码长度不同的路由，会按照掩码最长的路由进行转发
• 路由迭代规则：
  • 当路由的下一跳为非直连网段地址，路由器会再次在路由表中查询下一跳地址，直到查询到下一跳是直连地址为止

路由表写表规则

1. 不同来源的路由优先级高（数字小）的优先
2. 同一来源的路由Cost小的优先
3. 同一来源Cost相等的路由会形成等价路由 数据流在等价路由上自动负载均衡

路由优先级

连接方式	优先级
直连路由（Direct）	0
OSPF内部路由	10
静态路由	60
RIP	100
OSPF外部路由	150
BGP	255

来源

• 直连路由
  • 定义：
    • 根据直连接口所在网段自动产生
  • 产生条件：
    • 接口UP
    • 接口配置IP地址
• 静态路由
  • 定义：手动配置到达每个目的网段的路由信息
  • 特点：
    • 配置和维护繁琐复杂
    • 没有协议开销，减轻设备和带宽压力
• 动态路由协议
  • 定义：通过路由协议从邻居自动学习路由信息
  • 特点：
    • 配置简单，维护便捷
    • 协议开销会消耗设备资源和链路资源
• 常见路由协议：
  • RIP：路由信息协议，年代久远，已经淘汰
  • OSPF：开放式最短路径优先，目前最主流的路由协议
  • BGP：边界网关协议，运营商之间使用的唯一协议

VLAN间路由

• 定义
  • 指导设备对不同VLAN间进行三层数据转发
• 实现方式
  • 单臂路由
  • 三层交换

• 路由器接口是需要配置IP地址的
• 在二层封装之前检查目的IP和本机IP是否在同一个网段，如果是同一个网段，直接封装对方的MAC地址作为目的MAC地址，如果不在同一个网段，则封装网关的MAC地址作为目的地址

实验：如下拓扑图（04），按图示为PC2、PC3配置IP，PC2属于VLAN10，PC3属于VLAN20。

实验需求：

• PC2与PC3可以互通

//首先为PC配置IP地址
//PC2网关为192.168.1.254，PC3网关为192.168.2.254

//配置VLAN
[SW1]vlan 10
[SW1-vlan10]port g1/0/1  //将g1/0/1加入到VLAN10
[SW1-vlan10]vlan 20
[SW1-vlan20]port g1/0/2  //将g1/0/2加入到VLAN20
[SW1]dis vlan bri  //查看VLAN信息

[SW1]interface Vlan 10  //进入VLAN10接口
[SW1-Vlan-interface10]ip address 192.168.1.254 24  //给VLAN10配置IP
[SW1-Vlan-interface10]int vlan 20
[SW1-Vlan-interface20]ip add 192.168.2.254 24  //给VLAN20配置IP
[SW1-Vlan-interface20]qu
[SW1]dis ip int bri  //查看是否配置成功
[SW1]dis ip routing-table  //查看路由表

//测试连通性

静态路由

• 配置要点
  • 下一跳接口是点到点接口，可以指出接口的方式来配置静态路由
  • 下一跳接口是以太网接口，只能指下一跳来配置静态路由
• 默认路由
  • 目的网段为0.0.0.0/0
  • 当数据包在路由表匹配不到明细路由时，按照默认路由转发
• 命令
  • ip route-static 目的网段 掩码 下一跳

实验：如下拓扑图（05）。【参考文档】

• 如无特别说明，描述中的 R1 对应拓扑中设备名称末尾数字为 1 的设备，R2 对应拓扑中设备名称末尾数字为 2 的设备，以此类推
• 如果自己搭建拓扑图，需要将每个连线接口配置上IP地址，主机位为设备编号。如R2的G0/0口IP为10.2.2.2/24，G0/1口IP为10.3.3.2/24。以此类推
• 直接连接PC的接口配置网关。如R1的G0/2口IP为192.168.1.254/24
• PC配置IP地址需要加上网关地址。如PC6的网关为192.168.1.254
• 不允许出现明细路由，而且3.0网段到1.0和2.0网段只有这一条路由，则在R5上配置一条默认路由。即0.0.0.0/0
• 每台设备的接口IP配好后，使用save保存配置，方便下次练习

实验需求：

• 按照图示配置 IP 地址
• 按照如下路径规划配置静态路由，实现连接 PC 的业务网段互通
  1. 192.168.1.0/24 网段到达 192.168.2.0/24 网段经过 R1，R2，R3
  2. 192.168.2.0/24 网段到达 192.168.1.0/24 网段经过 R3，R4，R1
  3. 192.168.1.0/24 网段到达 192.168.3.0/24 网段经过 R1，R4，R5
  4. 192.168.2.0/24 网段到达 192.168.3.0/24 网段经过 R3，R4，R5
  5. 192.168.3.0/24 网段到达 192.168.1.0/24 网段和 192.168.2.0/24 网段的路由来回一致
  6. R5 上不允许出现到达其他业务网段的明细路由（精确说明要到哪个网段去的路由）
  7. 所有经过 R4 和 R5 的流量通过等价路由实现负载分担

//第1题，经过R1、R2、R3就需要在R1、R2上都配置静态路由
[R1]ip route-static 192.168.2.0 24 10.2.2.2
[R1]dis ip routing-table 
[R2]ip route-static 192.168.2.0 24 10.3.3.3
[R2]dis ip routing-table 

//第2题，经过R3、R2、R1就需要在R3、R4上都配置静态路由
[R3]ip route-static 192.168.1.0 24 10.4.4.4
[R4]ip route-static 192.168.1.0 24 10.1.1.1
//连通性测试

//第3题，经过R1、R4、R5就需要在R1、R4上都配置静态路由
[R1]ip route-static 192.168.3.0 24 10.1.1.4
[R4]ip route-static 192.168.3.0 24 10.5.5.5
[R4]ip route-static 192.168.3.0 24 10.6.6.5

//第4题，经过R3、R4、R5就需要在R3配置静态路由，R4到R5的静态路由已经配置了
[R3]ip route-static 192.168.3.0 24 10.4.4.4

//第5题，返回的路径与去的路径保持一致
[R5]ip route-static 0.0.0.0 0 10.6.6.4
[R5]ip route-static 0.0.0.0 0 10.5.5.4

//3.0网段到2.0网段，需要在R4上配置静态路由
[R4]ip route-static 192.168.2.0 24 10.4.4.3
//所有PC进行连通性测试

当路由器通往其他任意网段，都只有一条路走，就需要配置一条默认路由，匹配所有路由。

以上内容均属原创，如有不详或错误，敬请指出。

本文作者： 坏坏

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