校园网网络设计中IP地址的规划与管理

校园网网络设计中IP地址的规划与管理

作者：林冬梅徐效美日期2006-10-24 21:17:40

一、IP地址简介

1.1 IP地址的结构

IP地址是IP协议用来标识网络中主机、路由器和网关等设备的不同接口。IP地址就相当于网络设备接口的身份证。从网络的层次结构考虑，一个IP地址必须指明两点：属于哪个网络，是这个网络中的哪台主机，因此IP 地址的结构为“网络号＋主机号”，其网络地址和主机地址的位数因网络的规模大小而不同。

1.2 IP地址的类别

目前正在使用的IP协议版本是1981年9月制定的IPv4。IPv4规定IP

地址用32位二进制数表示。为了便于读写，采用点分十进制数表示法，即2 11.161.48.151的形式。

1.3 子网与子网掩码

为了提高IP地址的使用效率，人们将二级结构中的主机号部分进一步划分为子网号和主机号，IP地址的结构便变成了“网络号＋子网号＋主机号”的三级结构。这样就使得IP地址有了一定的内部层次结构，这种层次结构便于IP地址的分配和管理。

同—网络中的不同子网用子网掩码来划分，子网掩码(mask)是将IP地址中对应网络标识码的各位取l，对应主机标识码的各位取0而得到的。如果两台主机的IP地址和子网掩码的“与”的结果相同，则这两台主机是在同一个子网中。在没有划分子网时,A、B、C三类网络其默认的子网掩码分别为255.0.0.0，255.255.0.0，255.255.255.0。在作IP地址规划时往往需要设置子网，如果将一个网络的主机号部分拿出n位用做子网地址，可以将原来的网络划分为2n个子网，这些子网的大小都是相同的。采用可变长子网掩码（V LSM）分配机制，可将网络划分成不同大小的子网,为单位节省大量的IP地址空间。

1.4 NAT地址转换

NAT（地址转换）就是把在内部网络中使用的IP地址转换成外部网络中使用的IP地址，把不可路由的IP地址转化成可路由的IP地址，对外部网络隐蔽内部网络的结构。通过NAT,可以节省NIC注册的IP地址。

内部地址是因特网地址分配组织规定的以下三类网络地址（又叫保留地址或私有地址）：

10.0.0.0-10.255.255.255

172.16.0.0-172.31.255.255

192.168.0.0-192.168.255.255

这3个网络的地址不会在英特网上被分配，任何一个局域网都可以使用。使用私有网络地址的主机与互联网上的主机通信时，要通过地址转换技术，将私有地址转换成公有地址。

NAT应用有三种方式：静态NAT（static NAT）、动态NAT（pooled NAT）和PAT（端口复用NAT）。静态NAT是采用固定分配的方法映射内部网络的和外部网络的IP地址。动态NAT则是采用动态分配的方法映射内部网络的和外部网络的IP地址。PAT则是把多个内部网络IP地址映射到外部网络的同一个IP地址的不同端口上。

二、校园网IP地址的规划

IP地址的规划常常是校园网络设计过程中的一个很重要的环节。IP地址规划的好坏，影响到网络路由协议算法的效率，影响到网络的性能，影响到网络的扩展及网络的管理，也必将直接影响到网络应用的进一步发展。

2.1 IP地址的分配原则

IP地址空间分配，要与网络拓扑层次结构相适应，既要有效地利用地址空间，又要体现出网络的可扩展性和灵活性，同时要能满足路由协议的要求，以便于网络中的路由聚类，减少路由器中路由表的长度，减少对路由器CP U、内存的消耗，提高路由算法的效率，加快路由变化的收敛速度，同时还要考虑到网络地址的可管理性。具体分配时要遵循以下原则：∙唯一性：一个IP网络中不能有两个主机采用相同的IP地址

∙简单性：地址分配应简单易于管理，降低网络扩展的复杂性，简化路由表项

∙连续性：连续地址在层次结构网络中易于进行路由表聚类，大大缩减路由表，提高路由算法的效率

∙可扩展性：地址分配在每一层次上都要留有余量，在网络规模扩展时能保证地址聚合所需的连续性

∙灵活性：地址分配应具有灵活性，以满足多种路由策略的优化，充分利用地址空间。

2.2 IP地址分配方案

校园网IP地址包括从cernet中心申请公用地址、内部地址及由从China Net申请的少量的公网IP地址。其中由ChinaNet申请的少量的公网IP地址主要作为接入电信公网和部分关键的服务器出口备份，因此IP地址的规划主要针对前两种。

(1) 公有IP地址的分配

这里的公有地址也叫实地址( 又叫合法地址)，即是从Cernet申请的多个C类IP地址，作为和国际互联网互连的地址，域名xxx. edu. cn就解析在这片地址上。在对校园网实IP地址进行分配时，要本着节约的原则，合理分配，充分利用。

首先确定实IP的使用者。如网络中心的服务器及工作人员用机，校内的科研人员、重点学科和重点实验室等。

IP地址的分配可按单位及区域进行分配。对需要的IP地址多且发展潜力大的单位可为其分配一个独立的C类地址，对那些只需少量地址可按地理位置等，让几个单位共用一个C类地址，为了便于管理，可将一个C类地址子网化，但子网的数量不宜过多，因为子网化是以牺牲部分IP地址为代价的。

(2) 私有IP地址的分配

在作网络规划时，应先设计网络的私有部分。原则上所有的内部连接都应使用私有地址空间，（尤其是学生机房、网络教室等主要使用校内资源）然后在需要的地方设计公有子网并设计外部连接。这样，当网内某台主机地址发生了变化时，仅对这台主机重新编址并安装所需的物理子网即可。三类私有IP地址，任何局域网都可使用，具体使用哪一类，视网络规模而定。

如果要通过划分子网来管理，用24位的私有地址空间较合适，在进行子网划分时要充分考虑到网络的扩展。若子网化有困难，可以C为单位，分片划分IP。为了便于路由的聚合，在地址的分配上应使用连续的C类地址。使用这部分地址的用户要和国际互联网发生联系，须采用NAT转换技术将内部地址转换成外部地址。

三IP地址的管理

3.1 IP地址管理的任务及常见的问题

IP地址管理包括对IP地址段的分配使用情况进行管理;对已分配IP地址的基本信息进行管理;详细记录IP地址的封锁/解封锁情况，地址分配及变更的历史记录等，还要保证网络的正常运行。

IP网络运行过程中，最常引起网络故障的原因之一是IP地址冲突问题.。造成IP地址冲突的原因：一是管理员由于工作疏忽分配了重复的IP地址；二是由于使用静态分配IP地址策略，用户在进行客户端配置时，有意或无意地盗用了别人的IP。

3.2 常见IP地址管理策略

(1) 由管理员为上网用户分配IP地址，并静态维护IP地址分配表；

(2) 动态地址分配策略

DHCP协议动态分配技术是目前高校校园网中最常见的IP地址分配及管理技术之一。动态分配可以节省IP地址，方便用户的接入操作，同时也可减轻网管员管理IP地址的负担(勿需配置客户端)。但由于动态分配IP地址的随机性和不确定性，网络的安全管理将变得困难。

(3) IP和MAC地址绑定

对于静态修改IP地址的问题，现在很多院校都采用静态路由技术加以解决,即在路由器或三层交换机上的ARP表里将合法用户的IP地址和网卡的MAC地址进行绑定.针对静态路由技术，IP盗用者又采取了成对修改IP-MA C地址的方法。针对这种情况，针对这种情况，我们可以使用交换机端口的单地址工作模式，将交换机的端口和本机ＭＡＣ地址绑定，这样即使成对地盗用ＩＰ地址与ＭＡＣ地址也无法访问网络。

(4) 子网与虚拟子网管理。