网络规划与地址分配

前面章节，我们学习了 IP 协议的工作原理，并深入研究了 IP 地址的结构。那么，我们日常生活中的网络设备都是如何接入互联网的呢？我们从最简单的家用网络着手研究。

在互联网时代早期，一个家庭的上网设备不多，一般只有一台 PC ，通过 ADSL 拨号上网：

ADSL 成功拨号后，运营商会给 PC 分配一个 IP 地址。随后，PC 机就可以通过这个 IP 地址畅游互联网世界。

近年间，随着移动互联网的日益普及，我们的网络设备越来越多，需要用一个路由器来组织家用网络：

上图是一个典型的家用局域网，各种需要上网的网络设备都接入其中，然后通过路由器访问互联网。

家用网络一般接入设备不多，拓扑也非常简单，最多只是网络规划的开胃菜。那么，复杂一点网络拓扑又是怎样的呢？

以某公司为例，领导希望按部门来组建办公网络：

如上图，每个部门都组建一个局域网，部门所有主机都接入其中。每个局域网都通过一台路由器接到核心路由网络，这样不同局域网间可以互相通信。注意到，路由网络上部署了一台出口路由，整个网络中的设备都可以通过它来访问互联网。

如上图，如果人力部主机需要访问研发部主机，IP 包先经过人力部网络到达部门路由器，随后进入路由网络到达研发部路由器，最终达到目标主机（深绿色）。如果市场部主机需要访问互联网，IP 包先经过市场部网络到达部门路由器，随后进入路由网络到达出口路由，最终经过互联网上的许多路由器到达目标主机（浅绿色）。

我们还注意到，不同的部门，主机数量也有多有少：

因此，每个部门局域网所需要的网段，大小也是不一样的。假设管理员拿到了一个地址段 192.168.170.0/23 ，如何将地址划分给图中的子网呢？

这个网段网络号为 23 位，主机号为 9 位，最多可以容纳 $2^9-2=510$ 台主机。我们需要将这个网段划分成若干规模更小的子网，分配给拓扑中的网络。那么，图中每个网络都需要多大的网段呢？

以研发部为例，该部门有 100 台主机，需要一个主机号为 n 位的网段。我们需要找到一个最小的 n ，满足不等式：$2^n-2 > 100$ 。

很显然，n 至少需要 7 位，因为 $2^7-2=126$ 大于 100 ，而 $2^6 - 2 = 62$ 不足 100 。

由于最大的网络只需要 7 位的主机号，我们可以将原网段主机号的前两位挪为网络号，将其划分为 4 个子网：

现在，将其中的 2 个子网分别分配给研发部和市场部，剩余两个子网还可进一步划分：

至此，我们得到 4 个更小的子网，刚好可以分配给其他部门以及核心路由网络来用。注意到，核心路由网络中只有 6 台路由接入，原本不需要这么大的网段，但也无所谓了。

至此，我们完成了一个稍微复杂拓扑网络规划和地址分配的全部工作：

只需按照规划图，为拓扑中的每台主机和路由器配置 IP 地址，再为路由器配置必要的路由规则，这个网络就可以正确地运转！

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