青海做高端网站建设的公司,深圳专业网站建设要求,厦门网站设计品牌企业,云计算培训作者#xff1a;Vamei 出处#xff1a;http://www.cnblogs.com/vamei 严禁任何形式转载。 IPv4由于最初的设计原因#xff0c;长度只有32位#xff0c;所以只提供了大约40亿个地址。这造成了IPv4地址的耗尽危机。随后#xff0c;IPv6被设计出来#xff0c;并可以提供足够…作者Vamei 出处http://www.cnblogs.com/vamei 严禁任何形式转载。 IPv4由于最初的设计原因长度只有32位所以只提供了大约40亿个地址。这造成了IPv4地址的耗尽危机。随后IPv6被设计出来并可以提供足够多的IP地址。但是IPv4与IPv6并不兼容IPv4向IPv6的迁移并不容易。一些技术比如说这里要说的CIDR和NAT相继推广。这些技术可以缓解IPv4的稀缺状态成就了IPv4一时的逆袭。 CIDR CIDR(Classless Inter Domain Routing)改进了传统的IPv4地址分类。传统的IP分类将IP地址直接对应为默认的分类从而将Internet分割为网络。CIDR在路由表中增加了子网掩码(subnet masking)从而可以更细分网络。利用CIDR我们可以灵活的将某个范围的IP地址分配给某个网络。 1) IP地址分类 在IP接力赛中我提到IP地址可以分为如下几类 IP class From To Subnet Mask A 1.0.0.0 126.255.255.255 255.0.0.0 B 128.0.0.0 191.255.255.255 255.255.0.0 C 192.0.0.0 223.255.255.255 255.255.255.0 这是最初的IPv4地址分类设计。一个IPv4地址总共有32位可以分为网络(network)和主机(host)两部分。子网掩码(subnet mask)是用于表示哪些位代表了网络部分。比如如下subnet mask 255.0.0.0的二进制表示为 11111111 00000000 00000000 00000000 它的前八位为1所以表示IP地址的前八位为网络部分。而后面的24位代指该网络的各个主机。一个A类网络可以有224台主机也就是16777216。由于IPv4地址已经分好了类所以当我们拿到一个IP地址我们就可以通过上面查到它的子网掩码。(B类216; C类28) 2) 传统路由表 IP分类的方便了IP包的接力。IP包到达某个路由器后会根据该路由器的路由表(routing table)来决定接力的下一站。一个传统的路由表看起来是这样的 Destination Gateway Iface 199.165.145.0 0.0.0.0 eth0 199.165.146.0 0.0.0.0 eth1 0.0.0.0 199.165.146.8 eth1 该路由表代表的网络拓扑如下 由于IP分类我们不需要记录subnet mask。当我们要前往199.165.146.17时我们已经知道这台主机位于一个C类地址所以它的子网掩码是255.255.255.0也就是说199.165.146代表了网络17代表了主机。 3) CIDR路由表 然而由于默认分类造成了网络只能按照A、B、C的方式存在。假设一个网络(比如MIT的网络)分配了一个A类地址那么该网络将容许16777216个主机。如果该网络无法用完这些IP地址这些IP地址将无法被其他网络使用。再比如上面的网络199.165.145必须作为一个整个的网络存在。如果我们只有10台主机那么将会有200多个IP地址被浪费。CIDR的本质是在路由表中加入子网掩码并根据该列信息对网络进行分割而不是根据默认的ABC进行分割。比如 Destination Gateway Genmask Iface 199.165.145.254 0.0.0.0 255.255.255.254 eth2 199.165.145.0 0.0.0.0 255.255.255.0 eth0 199.165.146.0 0.0.0.0 255.255.255.0 eth1 0.0.0.0 199.165.146.8 0.0.0.0 eth1 根据路由表的第一条记录 199.165.145.254 (IP address) : 11000111 10100101 10010001 11111110 255.255.255.254 (subnet mask): 11111111 11111111 11111111 11111110 (31个11个0) 通过子网掩码可以知道前31位表示网络最后一位表示主机。子网掩码总是有连续多个1组成比如上面的31个1。所以也可记为199.165.145.254/31来同时表示IP地址和子网掩码。 路由器将原来的199.165.145网络中的一部分分割出来。这一网络可以容纳两台电脑也就是199.165.145.254和199.165.145.255。这个网络对应网卡是eth2。当有IP包通向这两个IP地址时会前往eth2而不是eth0。 网络拓扑如下 利用CIDR我们可以将IP地址根据需要进行分割从而不浪费IP地址。 NAT CIDR虽然可以更加节约IP地址但它并不能创造新的IP地址。IP地址的耗尽危机并不能因此得到解决。我们来看IPv4的第二袭NAT(Network Address Translation)。 理论上每个IP地址代表了Internet上的一个设备。但有一些IP地址被保留用于一些特殊用途。下面三段IP地址被保留用作私有IP地址 From To 10.0.0.0 10.255.255.255 172.16.0.0 172.31.255.255 192.168.0.0 192.168.255.255 私有IP地址只用于局域网内部。理论上我们不应该在互联网上看到来自或者发往私有IP地址的IP包。与私有IP地址对应的是全球IP地址(global IP address)。 NAT是为私有网络(private network)服务的。该网络中的主机使用私有IP地址。当私有网络内部主机和外部Internet通信时网关(gateway)路由器负责将私有IP地址转换为全球IP地址这个地址转换过程就是Network Address Translation。网关路由器的NAT功能。最极端情况下我们可以只分配一个全球IP地址给网关路由器而私有网络中的设备都使用私有IP地址。由于私有IP地址可以在不同私有网络中重复使用所以就大大减小了设备对IP地址的需求。 1) 基础NAT NAT的一种为基础NAT也成为一对一(one-to-one)NAT。在基础NAT下网关路由器一一转换一个外部IP地址和一个私有IP地址。网关路由器保存有IP的NAT对应关系比如 上面网络中当有IP包要前往199.165.145.1时网关路由器会将目的地改写为10.0.0.1并接力给私有网络中的10.0.0.1的电脑。同样当10.0.0.1的电脑向Internet发送IP包时它的发送地为10.0.0.1。在到达网关路由器时会将发送地更改为199.165.145.1。此外IP头部的checksum以及更高层协议(比如UDP和TCP)中的校验IP的checksum也会更改。 基础NAT尽管是一对一转换IP地址它还是可以减小内部网络对IP地址的需求。通常来说一个局域网中只有少数的设备处于开机状态并不需要给每个设备对应一个全球IP地址。NAT可以动态的管理全球IP地址并将全球IP地址对应到开机设备从而减小内部网络对IP地址的需求。 2) NAPT NAT还有一种被成为NAPT (Network Address and Port Translation)。在基础NAT中高层协议的端口号并不会改动。NAPT下IP地址和端口号可能同时改动。 我们在UDP和TCP中提到端口(port)的概念。在建立UDP或者TCP通信时我们实际上是用IP:Port来代表通信的一端(正如打电话时主机:分机号一样)。NAPT就是在网关路由器处建立两个通信通道一个通往内部网络一个通往外部网络然后将网关处的通道端口连接从而让内部和外部通信。比如 我们看到通往IP 199.165.145.1建立了三个端口的连接8888, 8889和8080。它们分别在NAPT处改为通往10.0.0.1:80, 10.0.0.1:8080和10.0.0.3:6000。NAPT记录有外部IP:端口和内部IP:端口的一一对应关系。在IP包经过时网关路由器会更改IP地址端口号以及相关的checksum。 利用NAPT我们可以使用一个(或者多个但少量的)外部IP和大量的端口号来对应多个内部IP以及相应的端口号从而大大减小了对全球IP地址的需求。 NAPT多重影分身术 无论是基础NAT还是NAPT它们的设置都比较复杂并且从本质上违背了互联网最初的设计理念。但由于IPv4的使用惯性NAT还是被广泛推广。由于NAT所处的网关服务器是理想的设置防火墙的位置NAT还往往和防火墙共同建设以提高私有网络的安全性。 总结 即使是CIDR和NAT广泛使用IPv4还是在不可避免的耗尽。IPv6正在加紧部署。但上述的两种技术CIDR和NAT在IPv6中同样被采用所以了解它们依然是有意义的。 欢迎继续阅读“协议森林”系列 转载于:https://www.cnblogs.com/vamei/archive/2013/01/24/2798226.html
