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        IP 地址規(guī)劃方法分析與研究

        2020-11-26 04:12:17孫兵華為技術(shù)有限公司
        數(shù)碼世界 2020年5期
        關(guān)鍵詞:分配規(guī)劃用戶

        孫兵 華為技術(shù)有限公司

        1 引言

        在現(xiàn)實世界里,每家每戶都有一個郵政地址,有了它郵件才能暢通無阻。同樣,在網(wǎng)絡世界里,每個信息點都有一個網(wǎng)絡地址作為標識,有了它信息點之間才能夠進行通信。由于TCP/IP 技術(shù)的普及應用,IP 協(xié)議成為網(wǎng)絡的主流,IP 地址也成為網(wǎng)絡地址的代名詞。

        IP 地址規(guī)劃需要結(jié)合客戶的業(yè)務需求、客戶的分層組網(wǎng)規(guī)劃、網(wǎng)絡承載的業(yè)務流量、網(wǎng)絡二三層分界點、承載的二層和三層協(xié)議等結(jié)合綜合考慮。一個優(yōu)秀的IP 地址規(guī)劃方案可以減少網(wǎng)絡運維復雜度、做到規(guī)劃即使用,而且能夠最大化網(wǎng)絡利用率,并適應未來的網(wǎng)絡發(fā)展演進。同樣,一個差的地址規(guī)劃方案,不僅影響網(wǎng)絡部署和使用效率、還會進一步影響承載的業(yè)務開展能力。

        2 IP 地址規(guī)劃原理

        2.1 IP 地址分類

        IP 地址由網(wǎng)絡地址和主機地址組成,連接同一網(wǎng)絡的所有主機必須賦予相同網(wǎng)絡地址,同一網(wǎng)絡內(nèi)的各個主機必須具備不同主機地址。按照國際標準,IP 地址由“IANA”(Internet Assigned Numbers Authority,互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡號分配機構(gòu))負責管理,IP 地址分為5 大類:A/B/C/D/E。A 類地址用于大型企業(yè)網(wǎng)絡(百萬級節(jié)點),B 類地址用于中型企業(yè)網(wǎng)絡(上千級節(jié)點),C 類地址用于小型企業(yè)網(wǎng)絡(小于253 個網(wǎng)絡節(jié)點),D 類地址作為IP 網(wǎng)絡多播使用,E 類地址用于實驗室內(nèi)部節(jié)點使用。A/B兩類地址已經(jīng)沒有資源可供分配,C 類地址還有少量供分配使用。

        2.2 子網(wǎng)

        通過將一個大的網(wǎng)段分解分割成若干子網(wǎng)段,可以大大提升IP地址的利用率,不用子網(wǎng)段分配給不同機構(gòu)或不同部門來使用。子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點間通過二層互通、子網(wǎng)間互通則基于路由器或三層交換機。子網(wǎng)之間進行二層廣播域隔離,二層廣播風暴等網(wǎng)絡故障范圍可以隔離在子網(wǎng)以內(nèi),因此通過子網(wǎng)隔離能夠有效提升整體網(wǎng)絡的安全性和健壯性。子網(wǎng)劃分的方法如下,從IP 地址一部分(主機地址)劃分出一段二進制位作為子網(wǎng)地址。這樣IP 地址結(jié)構(gòu)就會由“網(wǎng)絡地址+主機地址”兩級結(jié)構(gòu)、變成“網(wǎng)絡地址+子網(wǎng)地址+主機地址”三級結(jié)構(gòu)。并利用子網(wǎng)掩碼明確32 位IP 地址中哪些是標識網(wǎng)絡地址、哪些是標識主機地址。使用 “1”表示IP 地址的網(wǎng)絡部分,“0”標識IP地址的主機部分,形成32 位二進制數(shù)。

        2.3 變長掩碼子網(wǎng)

        隨著IP 網(wǎng)絡在各行各業(yè)的快速普及發(fā)展,IP 地址(尤其IPv4)資源已出現(xiàn)枯竭,其中適應大型和中型規(guī)模網(wǎng)絡的A/B 類地址已分配完畢,而C 類地址的一個網(wǎng)段容納的節(jié)點數(shù)量不能超過253,這就給網(wǎng)絡管理帶來諸多不便。變長掩碼子網(wǎng),指的是網(wǎng)絡中沒有固定“類別”,引入可變長度子網(wǎng)掩碼,通過無域間路由進行網(wǎng)絡互聯(lián)互通尋址交互。

        2.4 NAT/PAT

        由于公有IP 地址數(shù)量有限,在網(wǎng)絡規(guī)劃時往往需要考慮使用私網(wǎng)IP 地址。私網(wǎng)之間的用戶互訪采用私網(wǎng)IP 地址,私網(wǎng)用戶訪問公網(wǎng)時,需要進行NAT 地址轉(zhuǎn)換。RFC2663 定義私網(wǎng)地址如下,包括三個私網(wǎng)網(wǎng)段:10.0.0.0(10.255.255.255)、172.16.0.0(172.31.255.255)、192.168.0.0(192.168.255.255),用戶可根據(jù)自己需要選擇對應的私網(wǎng)IP 地址。

        NAT 技術(shù)在公網(wǎng)IP地址和私網(wǎng)IP地址之間建立一一映射關(guān)系。例如:用戶私網(wǎng)IP 地址192.168.0.1,公網(wǎng)對應的地址是202.1.1.1,則在設備內(nèi)進行地址一一映射。PAT 技術(shù)則是建立(私網(wǎng)IP 地址+私網(wǎng)TCP/UDP 端口號)和(公網(wǎng)IP 地址+公網(wǎng)TCP/UDP 端口)之間的映射。由于TCP/UDP 支持65535 個端口,因此理論上、一個公網(wǎng)地址經(jīng)過PAT 技術(shù)映射后,可以同時服務于65535 個私網(wǎng)IP 地址。

        2.5 VPN(Virtual Private Network)

        VPN 技術(shù)用于企業(yè)分支與總部網(wǎng)絡互連、企業(yè)員工出差遠程接入企業(yè)網(wǎng)絡、企業(yè)與合作伙伴網(wǎng)絡互連等場景,主要價值是為企業(yè)用戶節(jié)省租用專線進行上述場景網(wǎng)絡互聯(lián)的費用。每個VPN 網(wǎng)絡的IP地址可獨立管理,不同VPN 網(wǎng)絡間的IP 地址可以重合,例如不同VPN 網(wǎng)絡都可使用相同的192.168.10.0/24 網(wǎng)段地址。

        3 用戶網(wǎng)關(guān)的IP 地址規(guī)劃方案

        3.1 IP 地址靜態(tài)分配

        地址規(guī)劃一般采用自頂向下的統(tǒng)一規(guī)劃方法,地址分配一般由最靠近用戶的三層設備(用戶網(wǎng)關(guān))完成,形成統(tǒng)一的用戶接入認證授權(quán)計費方案,減少運營商的設備維護成本和用戶管理成本。IP 地址靜態(tài)分配是指用戶使用固定IP 地址,與通過DHCP 或PPPoE 協(xié)商動態(tài)獲取地址的區(qū)別只是獲取IP 地址方式不同。靜態(tài)IP 地址用戶需要先認證通過后,才能接入網(wǎng),同時可以對其進行授權(quán)和計費,用戶認證網(wǎng)關(guān)對靜態(tài)用戶同樣可進行業(yè)務控制(例如網(wǎng)絡訪問速率控制CAR、實施QOS 業(yè)務保障策略等)。

        3.2 IP 地址動態(tài)分配DHCP

        DHCP 是IETF 定義的IP 地址動態(tài)分配協(xié)議,用戶在終端上配置DHCP 方式獲取IP 地址,觸發(fā)DHCP 交互過程。如全網(wǎng)需要統(tǒng)一的DHCP 服務器集中進行IP 地址資源分配管理,這時用戶網(wǎng)關(guān)需支持DHCP Relay。當然,用戶網(wǎng)關(guān)設備自身也可充當DHCP 服務器角色,直接為終端動態(tài)分配IP 地址。

        3.3 IP 地址動態(tài)分配PPPoE

        用戶終端采用PPPoE 接入認證方式,發(fā)起PPPoE 協(xié)商過程,用戶網(wǎng)關(guān)設備根據(jù)PPP 終端接入的ISP 域信息、從本地事先配置的地址池中選定合適的地址進行分配,用戶網(wǎng)關(guān)設備也可以向遠程Radius 服務器申請、由Radius Server 分配地址。

        此外,支持為一個PPPoE 終端(例如家庭網(wǎng)關(guān)設備)通過PPP144 選項分配一個網(wǎng)段,家庭網(wǎng)關(guān)再通過DHCP Server 為下接的用戶PC 終端動態(tài)分配IP 地址。

        4 IP 地址規(guī)劃原則

        IP 地址規(guī)劃原則:

        (1)適用性:地址規(guī)劃滿足用戶需要,同時和路由、轉(zhuǎn)發(fā)、業(yè)務能夠完全配合

        (2)擴展性:地址規(guī)劃必須考慮用戶業(yè)務變化和發(fā)展

        (3)可維護性:隨著地址規(guī)劃方案變化可以平滑演進、同時便于網(wǎng)絡維護

        5 結(jié)束語

        隨著IP 網(wǎng)絡在各行各業(yè)的普及和廣發(fā)應用,以及存在多種類型的IP 地址(A/B/C/D/E),并且IP 地址資源的枯竭是不可逆轉(zhuǎn)趨勢(尤其是IPv4 地址資源枯竭),因此如何有效的規(guī)劃網(wǎng)絡、規(guī)劃IP 地址資源的合理高效使用,是在IP 網(wǎng)絡建設階段必須要考慮的因素。本文提供IP 網(wǎng)絡地址規(guī)劃從技術(shù)到應用的系統(tǒng)性闡述和指導。

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