网络规划与设计

当前最流行的网络拓扑即星型网，是依靠路由器和交换机实现的。要构建一个局域网络环境，有这样几个步骤：

1.首先要做的是购买硬件设备：路由器、交换机、网线、主机等等。

2.设计网络拓扑结构：构建子网层次关系、子网IP划分等等。

3.依照设计连接设备，并通过路由器设置使得整个网络环境连通。

一旦网络连通，就可以在主机服务器上部署应用服务整个网络了。

在上面三个步骤中，购买硬件设备需要了解不同种类型号设备的性能价格等，在此不做说明。重点是设计网络拓扑结构和配置路由器，本文只阐述网络拓扑结构的设计相关内容。

网络拓扑结构的设计

网络拓扑就是用交换机路由器和网线将主机连接起来构建的网络结构。路由器连接不同网段，交换机连接相同网段内的不同机器。下面通过示例具体说明：

上图中，路由器R1、R2、R3分别连着一个交换机，支出不同网段的网络。一般来说，路由器的不同接口分属不同网段，每个接口连接一个交换机构成一个网段的网络，或者连接另外一台路由器的接口，连接不同的网段。也就是说，路由器的接口要和其所连接的设备在相同网段中。

所以在这里就牵扯到一个很重要的问题：如何设计网段和子网IP。

下面就详细讲述子网和VLSM相关的内容。

什么是IP地址：

IP地址是一台网络中的主机所具有的通信地址，它唯一表征了这台主机的网络ID。

IP地址的格式：

IP地址是有4个字节(32比特位)的一种数据结构。在这32位的二进制数中，一部分是网络位，另外的是主机位，这样就可以通过IP地址来判断一台主机是在哪个网段中的哪个位置。需要注意的是网络位在主机位之前，例如如果一个网段的网络位是24，那么这个网段的前24位为网络位，后8位为主机位。

IP地址的分类：

根据网络位数的不同，可以将IP地址分为不同的类别，比较传统的分类方式是将IP地址分为ABCDE这样几类。其中ABC三类地址用于Internet，DE类做特殊用途。

A类地址：网络位有8位，主机位有24位。也就是说A类地址使用前1个字节代表网络位，后3个字节代表主机位。这样的话从计算的角度来说网络位所能表示的范围为0——2^8-1(00000000——11111111)也即0-255.但是为了表明A类IP的特征，避免不同类别之间的冲突，特意规定网络位的第一位为0。于是A类地址所能表示的范围为0000000——01111111，也即0-127,共128个可能存在的地址，但是有规定，00000000和01111111另作他用，所以A类地址网络位的范围为1-126，可用网络地址数126。A类地址的主机位有32-8=24位，除去主机位全为0或者1的情况(规定)，故可用主机地址数位2^24-2=16777214个。A类地址的子网掩码为255.0.0.0

B类地址：网络位有16位，主机位也是16位。特别规定，网络位的前两位固定为10.因此网络位前八位所能表示的范围是：10000000-10111111也即128-191。可用的网络地址数位2^14=16384.可用的主机地址数位2^16-2=65534.B类地址的子网掩码位255.255.0.0。

C类地址：网络位24位，主机位8位。特别规定，网络位前三位固定为110，因此网络位前八位表示的范围是11000000-11011111也即192-223，可用的网络地址数为2^21=2097152,可用的主机位数是2^8-2=254。C类地址的子网掩码为255.255.255.0.

D类地址：网络位的前4位为1110，第一个字节表示的范围是224-239。此类地址多用于组播地址。

E类地址：网络位的前4位为1111，第一个字节表示的范围是240-。此类地址多用于研究实验。

下面用一个表格展示上面的内容：

IP地址的分类地址类型引导位W范围地址结构网络地址数主机地址数A类01-126网.主.主.主126(2^7-1)2^24-2B类10128-191网.网.主.主16384(2^14)2^16-2C类110192-223网.网.网.主2097152(2^21)2^8-2D类1110224-239用于组播地址E类1111240-用于研究实验

通过上面介绍的IP地址的分类，可以得出这样一个结论：如果给定一个C类的网段192.168.1.0/24，那么这个网段内的主机数最多只能有256-2=254个，显然这样合乎情理，但实际上可以采用一种更加合理的方法，使得这个网段内的主机数剧增。这种方法就是接下来要讨论的：VLSM（Visible Length Subnet Mask）可变长子网掩码。

可变长子网掩码

所谓可变长子网掩码是相对于上面提到的固定子网掩码而言的。比如：A类地址的子网掩码位255.0.0.0，B类地址的子网掩码位255.255.0.0，C类地址的子网掩码位255.255.255.0.也就是说如果不采用VLSM，子网掩码只可能是这三种而非其他。现在我们可以使用VLSM来更加灵活的划分子网。

所谓子网掩码，一个通俗的解释就是网络位全是1，主机位全是0的时候对应的IP地址。例如A类掩码255.0.0.0写成二进制就是11111111.00000000.0000000.00000000.其含义就是这个网段中的IP地址的前八位是网络位。如果将网络位设成非传统的位数(8,16,24),而是其他任意可能的位数，那么实现了子网掩码的可变性。VLSM最大的优势就是实现了对子网的层次化编址，提高了对现有IP的利用效率。下面通过一个简单的示例说明这一点。

问：现有一个C类IP网段:192.168.1.0/24.如果不采用VLSM的话，本子网内最多可以部署254台主机，现在采用VLSM对其进行子网划分。

解：原网段：11000000.10101000.00000001.00000000，子网掩码中1有24位，现在可以将其扩展不同子网，并且每个子网都是相互独立的，可并存。

子网一：25位掩码，即11000000.10101000.00000001.00000000（192.168.1.0/25），所容纳的主机数为2^7-2=126

子网二：25位掩码，即11000000.10101000.00000001.10000000（192.168.1.128/25），所容纳的主机数为2^7-2=126

子网三：26位掩码，即11000000.10101000.00000001.11000000（192.168.1.192/26），所容纳的主机数为2^6-2=62

子网四：26位掩码，即11000000.10101000.00000001.01000000（192.168.1.64/26），所容纳的主机数为2^6-2=62

子网五：26位掩码，即11000000.10101000.00000001.10000000（192.168.1.128/26），所容纳的主机数为2^6-2=62

子网六：26位掩码，即11000000.10101000.00000001.00000000（192.168.1.0/26），所容纳的主机数为2^6-2=62

子网七：27位掩码，即11000000.10101000.00000001.11100000（192.168.1.224/27），所容纳的主机数为2^5-2=30

……………

…………

……

…

子网N：30位掩码，即11000000.10101000.00000001.11111100（192.168.1.252/30），所容纳的主机数为2^2-2=4（这种子网一般用于连接两台路由器）

如此就将一个C类的网段划分成了很多子网，内网的主机数增加了很多。乍一看这种划分似乎合理，但实际上其中隐藏着一个很严重的问题。参见上面子网一和子网四的划分：子网一中某台主机的IP地址可以为：11000000.10101000.00000001.01111110（192.168.1.126），而在子网四中的某台主机起IP地址同样可取11000000.10101000.00000001.01111110（192.168.1.126），于是这就造成了不同网段内的IP冲突。因此在设计子网的时候一定要避免这种问题，比较有效而简单的方法就是将所借的为全置为1，这样就杜绝了IP冲突的问题。特别注意：这种问题的出现原因。