高校校園網(wǎng)絡IP地址設計規(guī)劃解析

王宇航　王慶福

摘要：文章針對高校校園網(wǎng)IP地址密集且易沖突的特性指出，在設計IP地址方案之初，應考慮以下問題：為方便管理網(wǎng)絡計劃劃分多個子網(wǎng)；在連入因特網(wǎng)后是否使用真實的網(wǎng)絡地址；每個子網(wǎng)信息點的計劃劃分多少，將來要拓展多少；子網(wǎng)IP地址的分配是采用靜態(tài)分配或者選擇動態(tài)IP。還可以用另一個IP地址來代替TCP報頭里的IP地址，此法可以由NAT技術解決。

關鍵詞：NAT技術；IP地址；網(wǎng)絡地址

1.IP地址規(guī)劃

網(wǎng)絡地址規(guī)劃需要如圖l所示進行。私有IP地址與內(nèi)部網(wǎng)絡地址規(guī)劃方法如表l所示。在使用私有IP地址設計的內(nèi)網(wǎng)中，如果內(nèi)網(wǎng)的主機要訪問Internet或外部網(wǎng)絡的主機時，也需要使用網(wǎng)絡地址轉換NAT技術。

在內(nèi)部網(wǎng)絡主機之間的訪問就使用私有IP地址，而公網(wǎng)IP是只有在離開內(nèi)部網(wǎng)絡對外部網(wǎng)絡進行訪問的時候才使用。當LAN用戶想訪問互聯(lián)網(wǎng)的某個站點時，那么它的訪問請求到達連接Internet的路由器時，執(zhí)行NAT協(xié)議的路由器就可以從它公用的IP地址池中為用戶臨時分配一個全局IP地址。將內(nèi)部用戶的私有IP地址轉換成公用地址，完成用戶訪問Internet的請求后，路由器收回全局IP地址。

2.IP地址劃分原則

2.1可擴展性

IP地址的可擴展特性是所有設計要求中最重要的原則。因為高校在辦學的過程中，都會逐漸擴大規(guī)模或擴充用地，在增加學生的同時，設備也要相應的增加，這就需要網(wǎng)絡地址的擴充配合。這里所說的可擴展不是僅僅單純地預留一些暫時不用的IP地址，實際上更需要對現(xiàn)有地址池進行擴容，以防出現(xiàn)地址短缺的局面?，F(xiàn)實中，很多高校會設立不同的校區(qū)，在規(guī)劃設計之初還需要讓各校區(qū)直接的地理位置顯現(xiàn)在IP的劃分中，這些IP之間最好有潛在的聯(lián)系，這樣預留的IP地址與現(xiàn)存的IP地址之間可以進行無縫對接，有利于日后對網(wǎng)絡的擴展。例如目前某校教學樓某層的計算機教室使用的IP地址空間是172.16.1.0——i72.16.10.0，保留的IP地址空間為172.16.11.0——172.16.15.0。這樣以后增加設備時就可以把現(xiàn)有的IP地址空間與預留的IP地址空間組成一個i72.16.0.0/20的路由，如此的地址劃分就具備了擴展性，如圖2所示。

設計時需要盡量避免出現(xiàn)VLAN過于分散的情況，例如預留的IP地址為172.16.150.0——172.16.160.0，和上述現(xiàn)有的IP地址無法產(chǎn)生直接聯(lián)系，無法進行無縫對接。

2.2可匯總性

可匯總性原則是在設計校園網(wǎng)IP地址時，設計的IP地址可以匯聚成某幾條路由。這樣設計的IP地址既減少了路由器路由表的路由條數(shù)，也使網(wǎng)絡有了更好的層次性，便于后期的維護操作。例如，一個學校的理科樓目前分成3個區(qū)域，A區(qū)分配IP地址塊是192.168.0.0/20，B區(qū)分配的IP地址塊是192.168.16.0/20，c區(qū)分配的IP地址塊是192.168.32.0/20，根據(jù)前面分析的可擴展性原則，以后建的理科樓D區(qū)可以分配192.168.48.0/20，E區(qū)可以分配192.168.64/20，以此類推，可以為后續(xù)的理科樓分配可擴展的IP地址，這樣現(xiàn)在理科樓的IP地址和待建理科樓的IP地址可以匯總為192.168.0.0/17。如圖3所示。

2.3易管理性

當一個校園網(wǎng)絡的設計非常合理、結構清晰、分層明確時，管理網(wǎng)絡便不是一件令人撓頭的工作，這也得益于以上提到的可匯總和可擴展。IP地址規(guī)劃明確，網(wǎng)絡記錄清晰，機房和匯聚都整潔有序，有了堅實的基礎，才能讓日后的工作更輕松。尤其是可以在設定VLAN時可以按照教室或者樓層做特定的設計，例如：三樓的307機房，可以把VLAN設計成37，4樓的405機房可以把VLAN設計成45，這樣可以簡單地從IP地址看出這臺機器的地理位置，也可以從一個機房的IP聯(lián)想到其他機房的IP地址劃分。這也就要求IP地址必須同網(wǎng)絡位置或地理位置具有一定的聯(lián)系。比如學校教師公寓3區(qū)2號宿舍樓5層，為其分配的IP地址段為10.32.5.0/24，這個地址段的第2位為32，數(shù)字3表示是教師公寓3區(qū)，數(shù)字2代表是2號宿舍樓。第3位為5，表示是5樓。如果使用192.168.100.0一一192.168.255.255這樣的IP地址，在考慮可擴展及可匯總原則之后，很難作出上邊那樣詳細的對應關系，也就是說，給出一個IP地址塊，很難判斷出其相應的位置在哪，較難實現(xiàn)易管理。因為網(wǎng)絡布線本身不易出現(xiàn)問題，網(wǎng)絡管理員可以輕松地管理一個如上所述的校園網(wǎng)絡。

2.4易維護性

為了應對IP地址的不足，IETF研究出了采用可變長子網(wǎng)掩碼（VLSM）的辦法來解決這個問題。VLSM很好地解決了IP地址短缺的問題，并且VLSM可以進一步提高IP地址的利用率。但是VLSM在一定程度上也增加了網(wǎng)絡維護的難度。從前面的描述中可以看出，如果項目中使用了192.168.0.0——192.168.255.255和172.16.0.0——172.31.255.255這樣的IP專有地址段，由于它們提供的IP地址數(shù)量有限，所以在項目中就不得不采用可變長子網(wǎng)掩碼技術進行子網(wǎng)劃分及匯總。但是如果采用10.0.0.o/8這個地址段，該地址塊覆蓋從10.0.0.0到10.255.255.255的地址空間，由用戶分配的子網(wǎng)號與主機號的總長度為24位，可以滿足各種私有網(wǎng)絡的需要。并且A類私有地址特征比較明顯，從20世紀80年代之后，10.0.0.1的地址已經(jīng)不用了。因此，只要出現(xiàn)10.0.0.0到10.255.255.255.0的地址，人們很快就會識別出它是一個私有地址，這樣也就便于規(guī)劃和管理。VLSM在網(wǎng)絡服務器提供商（ISP）那里廣泛應用，而在校園進行IP地址設計時，就應該盡量少使用VLSM進行IP地址的設計，以增加網(wǎng)絡的易維護性。

以上所說的易維護、易管理、可擴展、可匯總等特性都是互相有著密切聯(lián)系的，在建設一個網(wǎng)絡的時候，就要主動地考慮內(nèi)網(wǎng)地址的IP分配問題，并且要規(guī)劃整體的IP地址分段與所在地理位置的特征存在關聯(lián)，設計好IP地址的預留問題。預留的IP地址與現(xiàn)存的IP地址之間可以進行無縫對接和匯聚，在保證網(wǎng)絡暢通的情況下，設計要盡量清晰明了，以便后期的維修維護。這正體現(xiàn)了上面說到的可擴展、可匯總、易維護性、易管理性。

3.NAT技術

NAT——Network Address Translation是一種用于Internet各種類型網(wǎng)絡接入技術，可以將原本私有的地址合法化。網(wǎng)絡地址轉換技術能夠滿足更多的IP地址要求，還抵擋來自網(wǎng)絡外部的所有攻擊，起到合理的保護隱藏作用。

NAT是可以完成地址數(shù)據(jù)報頭的IP轉換的一項技術，網(wǎng)絡地址轉換的現(xiàn)實用途能夠極好地完成私網(wǎng)對公網(wǎng)的訪問功能。在IPV4極度短缺的時代，NAT這種虛擬轉換IP的方式可以極大地緩解地址枯竭的狀況。endprint