路由选择协议与VLSM子网设计

　　随着网络应用的日益广泛，接入网络和边缘网络的需求也更加复杂多样，企业为了开展电子商务，必须实现与Internet的互联，路由器是实现这一互联的关键设备。路由器可以为企业提供越来越多的智能化服务，包括安全性、可用性和服务质量（QoS）等。下面结合实践经验，讨论Cisco 路由器的路由选择协议与VLSM子网设计。

　　一、路由选择协议的分类

　　---- 一般路由器支持多种路由选择协议，例如静态路由、RIP、IGRP、RIPv2、EIGRP、OSPF和BGP等等。这些路由选择协议可分为有类路由选择协议和无类路由选择协议。

　　---- 1．有类路由选择协议

　　---- 一般把路由信息协议（RIP）和内部网关路由选择协议（IGRP）等称为有类路由协议。在有类路由选择协议中，只在路由器之间传送路由和它的度量值，对每个转发报文，路由器从报文中取出目的地址，各路由器通过下面2种方法判定目的地网络掩码。

　　---- （1）如果有一个接口连到目的地网络，则使用此接口的网络掩码。隶属网络的所有子网的大小必须相同。

　　---- （2）否则，使用对应目的地址类的网络掩码。A类网络使用8位掩码，B类网络使用16位掩码，C类网络使用24位掩码。

　　---- 根据设置掩码的规则，除去目的地址中的“局部操纵”位，在路由选择表中查寻产生的网络地址，转发报文。因为路由选择基于IP地址类（有A类、B类、C类和D类等4类）或与之相连的网络接口来决定远端网络使用的掩码，从而决定目的地的网络地址，故此类路由选择协议被称为有类路由选择协议。

　　---- 2．无类路由选择协议

　　---- RIPv2、EIGRP、OSPF和BGP等是一些比较新的路由选择协议，它们在路由更新过程中，将网络掩码与路径一起广播出去，这时网络掩码也称为前缀屏蔽或前缀。例如，如果C类IP地址192.168.1.0的网络掩码为255.255.255.0，可标识为192.168.1.0/24。由于在路由器之间传送掩码（前缀），因而没有必要判断地址类型和缺省掩码，这就是无类地址及无类路由选择，也是目前Internet上所基于的路由选择协议。

　　---- 在无类路由中，IP地址之间不再有类型差别，如A类地址、B类地址或C类地址等之分，所有地址都由前缀来决定用于网络标识的位数，IP地址不再归属于某一个类，取而代之的是将它们看作一个地址和掩码对。通过使用无类路由，用户可以更充分地利用已有的IP地址空间，从而避免浪费宝贵的IP地址资源。另外，新的IP编址标准IPv6也使用无类路由协议，通过使用无类路由，有助于向下一代IP协议过渡。更为重要的是，通过使用无类路由协议，用户在子网化时非常方便，尤其是可以使用可变长子网掩码（VLSM）进行子网化。

　　二、为什么需要子网化？

　　---- 子网化是企业用户在网络设计中经常使用的方法，它将分配给网卡的单一网络地址划分为几个网段，以满足用户的需要。但是，在子网化过程中，有时只使用一种子网掩码可能不能满足用户的需要。例如，用户分配到一个C 类地址，并需要将它划分为几个网段，而某一个网段地址又需要划分为更小的几个网段，这时用户需要通过使用不同的子网掩码（前缀）来实现。这样，在一个网络中可能会使用不止一个掩码（前缀），因此路由选择协议必须在每个路由器之间传递掩码，只有选择合适的路由选择协议才能实现子网之间的通信，这就是VLSM子网设计问题，需要使用支持VLSM的路由协议，它是一种无类路由选择协议。

　　---- VLSM子网设计比较容易。首先使用某一掩码产生所需要的最大的子网，然后，从这些最大的子网中抽出一个，再用一个更长的掩码对它子网化。

　　三、子网化的实现

　　---- 下面以某公司为例，讨论VLSM子网化的方法。假设该公司被分配了一个C类地址，该公司的网络拓扑结构见图1。为方便起见，这里用保留地址192.168.1.0作为例子进行说明。

　　从图1可以看到，由于总公司、分公司分布于4处，总公司、分公司及各部门所拥有的主机数各不相同，因此需要对192.168.1.0进行子网化。因该公司部门1和部门3均有20台主机，因此，产生的较大的子网集中必须有两个以上这样的子网，每个都至少有20个主机地址，由于C类地址192.168.1.0的掩码是24位长，具体掩码如下：

　　---- 255.255.255.0=1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000

　　---- 将掩码扩展一位（共25位），使用第25位作为子网标志，这样可寻址2个子网（0和1）。可是，地址全0的子网是被保留的（这和分配网络号一样），地址全1的子网也是被保留的（用作全子网的广播），这样就没有可用的剩余子网了。将掩码扩展2位（共26位），可以产生4个子网（00，01，10，11）。因为地址全0、全1的子网被保留，于是还剩下2个可用的子网，用于表示主机的部分为最右边8位中剩下的6位，6位可表示64个独立的主机地址，其中全0的地址被保留标志子网本身，全1的地址被保留用作广播，这样还剩62个可用的地址，由于该公司最大的子网有20台主机，若用这样的子网会浪费地址，因此可再将掩码向右扩展1位（共27位），这样可得到8个子网（000，001，010，011，100，101，110，111），其中6个子网是可用的（因为地址全0、全1的子网被保留），在最右边8位中还剩5位用于主机分配，5位可表示32个独立的主机地址，其中全0的地址被保留标志子网本身，全1的地址被保留用作广播，还剩下30个可用的地址。如果再将掩码向右扩展一位（共28位）时，可知每个子网中只有14个地址，不能满足实际需要（必须有2个子网均支持20个以上主机地址），至此，最终将192.168.1.0子网化使用的子网掩码是255.255.255.224，或192.168.1.0/27，即使用27位子网掩码，得到能用的子网设为子网A、子网B、子网C、子网D、子网E和子网F，参见下面的图2。

　　我们将子网A、子网B分配给部门1和部门3（每个子网中可用主机地址为30个），另外根据实际情况: 总公司部门2、分公司部门4、分公司1和分公司3各有10余台主机，因此，对子网D和子网E再进行子网化，用28位子网掩码255.255.255.240(或192.168.1.128/28和192.168.1.160/28，即28位掩码)，得到子网192.168.1.128/28、192.168.1.144/28、192.168.1.160/28和192.168.1.176/28，分别分配给总公司部门2、分公司部门4、分公司1和分公司3，每个子网可用主机数为14个。

　　---- 这样，我们会剩余3个子网（否则，这些子网均得用上）。将子网C和子网E留作公司以后发展时使用。将子网F进一步细分，用于总公司与各公司之间的广域网链路上。由于点到点的广域网链路需要的地址很少，只要2个地址用在每一条链路的两端上的每个路由器上，对子网F进一步子网化，使它能工作在广域网链路上，取30位子网掩码255.255.255.252或192.168.1.192/30，得到子网如下:

　　---- 192.168.1.192/30

　　---- 192.168.1.196/30

　　---- 192.168.1.200/30

　　---- 192.168.1.204/30

　　---- 192.168.1.208/30

　　---- 192.168.1.212/30

　　---- 192.168.1.216/30

　　---- 192.168.1.220/30

　　---- 从中取192.168.1.192/30、192.168.1.196/30和192.168.1.200/30 这 3个子网，每个子网中可用的主机地址有两个（实际上每个子网中有4个主机地址，它包括子网ID、广播地址以及2个可分配的地址），分别用于总公司到各个分公司的广域网链路上（例如: 192.168.1.193和192.168.1.194用于总公司和分公司1之间的广域网链路上，192.168.1.197和192.168.1.198用于总公司到分公司2之间的广域网链路上，192.168.1.201和192.168.1.202用于总公司到分公司3之间的广域网链路上），剩余的子网留作以后公司网络扩展时使用。

　　---- 经过以上VLSM设计，在这个网络中共使用了3种掩码255.255.255.224(27位)、255.255.255.240(28位)和255.255.255.252(30位)来满足网络需要。重要的是网络中使用的路由选择协议必须是无类路由协议。

　　---- 本文中只是针对Cisco路由器上使用的路由选择协议，讨论了有类路由选择协议、无类路由选择协议的寻址方法，有类地址、无类地址之间的关系，探讨了用VLSM子网设计方法更充分地利用已有的IP地址空间，避免出现浪费IP地址的问题。尽管IPv6已被确定为新的IP编址标准，但是在这个标准被广为接收和实现之前，还要继续使用IPv4。另外，在使用无类路由后，子网0也成了一个合法的子网，子网号0是允许的，但必须使用命令

　　---- ip subnet-zero

　　---- 来明确指示。去往0号子网的路由都有各自的掩码，该掩码与其他网络路由所使用的掩码是不同的，这样做是为了使得当网中存在0号子网时，路由器仍能进行正确的路由选择。