什么是 CIDR？

在网络发展的早期，IP 地址是使用基于类别的系统来分配的，该系统将 IP 空间划分为固定的块，称为 A、B 和 C 类。这种方法虽然简单，但却导致效率低下和 IP 地址浪费。随着互联网及其连接设备的指数级增长，需要一种更灵活、更高效的方法。这种需求催生了 1993 年无类别域间路由 (CIDR)，彻底改变了全球范围内的 IP 地址分配和路由。

让我们了解什么是 CIDR 及其实现：

CIDR 定义

CIDR（无类域间路由）是一种分配 IP 地址和路由互联网流量的方法，与旧的基于类别的系统相比，它可以更灵活、更有效地使用 IP 地址空间。

CIDR 网络协议用于更有效地分配 IP 地址和管理互联网流量，它消除了传统基于类别的 IP 寻址系统的严格界限。这种方法允许网络管理员将 IP 地址空间划分为大小不一的子网，以满足不同网络的特定需求，从而优化可用 IP 地址的使用。CIDR 还通过启用路由聚合来简化路由，从而减少路由器中路由表的大小并提高整体网络性能和可扩展性。

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转向使用 CIDR：从有类寻址到无类寻址的演变

CIDR 从有类寻址向无类寻址的转变不仅解决了特定的技术限制，而且使 IP 地址管理与现代网络环境的动态和可扩展性保持一致。这一演变反映了更广泛的技术进步，以及面对全球数字扩张对更高效、更灵活的网络解决方案的需求。

分类寻址详细信息

分类寻址是在互联网早期制定的，是一种基于固定类别系统（A 类、B 类和 C 类）分配和管理 IP 地址的直接方法，每个类别由其前导位以及网络和主机组件的不同长度定义：

A 类：这些地址针对的是跨国公司等大型网络，以 0 位，后跟 7 位网络部分和 24 位主机部分。此设置允许 126 个可能的网络（如 0000001 到 1111110，和 0000000 和 1111111 它由 1999 年的 1.4 版（保留）组成，每个网络支持大约 1670 万台主机，适合最大型的网络。
B 类：以。。。开始 10，这些地址是为大学和大型企业等中型实体设计的。14 位网络部分允许 16,384 个可能的网络，每个网络最多支持 65,536 个主机（2^16），在网络和主机分配之间取得平衡。
C 类：从...开始 110，此类适用于需要最多 254 个主机（2^8-2，包括网络和广播地址）的小型网络。凭借 21 位网络部分，它可以容纳超过 200 万个网络，非常适合小型企业和个人网络。

这些类别的二进制结构施加了严格的限制。例如，一个需要 256 个以上地址的组织将需要分配 B 类地址，这可能会浪费超过 65,000 个 IP 地址，从而说明了分类系统下 IP 空间利用效率低下。

过渡到 CIDR：克服限制

20 世纪 90 年代初无类域间路由 (CIDR) 的引入标志着 IP 地址管理的重大发展，解决了有类系统的缺点：

任意长度的子网掩码：CIDR 引入了可变长度子网掩码 (VLSM) 的概念，允许网络管理员将 IP 地址空间划分为任意大小的子网。这种灵活性对于优化 IP 地址的使用、满足用户的不同需求以及最大限度地减少浪费至关重要。
高效的 IP 分配：在CIDR下，IP地址的分配不受固定类别的限制，而是根据实际网络规模需求进行，大大提高了IP地址的使用效率，使网络规划和分配更加精准。
路由信息聚合：CIDR 最显著的优势之一是其聚合路由的能力。CIDR 可以将多个 IP 网络汇总为单个路由表条目，从而简化路由流程。此功能可减少路由表的大小和复杂性，从而提高整体 Internet 路由效率。例如，几个连续的 /24 网络可以紧凑地表示为单个 /16 网络中的路由表，简化数据流量管理和路由器性能。

路由协议的更新促进了向 CIDR 的过渡，例如边界网关协议 (BGP)，它支持 CIDR 的可变长度子网掩码。这种采用带来了更具可扩展性和可管理性的网络环境，适应了互联网的增长和联网设备数量的激增。

CIDR 的工作原理

无类别域间路由 (CIDR) 从根本上改变了 IP 地址的分配方式以及路由器通过网络传达可用路径的方式。本节深入探讨 CIDR 的机制，说明它如何优化 IP 地址空间的利用率以及跨不同网络环境的路由过程的效率。

了解 CIDR 表示法

CIDR 表示法是一种简洁的 IP 地址及其相关网络掩码表示法。它将 IP 地址与后缀相结合，后缀指定了构成网络前缀的位数，从而确定了地址的网络部分和主机部分之间的划分。

例子： CIDR 表示法 192.168.0.1/24 表示 IP 地址的前 24 位用于网络目的，其余位（IPv4 中总共 32 位）留给该网络内的主机地址。

子网划分和 CIDR

子网划分是将单个网络划分为更小的网段或子网的过程。这对于 CIDR 中有效管理和利用 IP 地址至关重要：

过程： 管理员决定从主机部分借用多少位来创建子网。此决定会影响子网的数量和每个子网的主机数量。
实例： 对于具有 CIDR 表示法的网络 10.0.0.0/24，将其划分为 /26 段创建四个子网（10.0.0.0/26、10.0.0.64/26、10.0.0.128/26、10.0.0.192/26），每个子网可托管 62 个主机（64 个地址减去 2 个网络和广播地址）。

可变长度子网掩码 (VLSM)

CIDR 允许使用可变长度子网掩码 (VLSM)，从而可以灵活地在同一网络内创建不同大小的子网，这对于节省 IP 地址非常有效：

优点： VLSM 可以将子网大小与组织内特定组或部门的需求紧密匹配。这可以防止 IP 地址浪费，并实现更精确的网络安全配置。
插图： 在企业网络中，人力资源部门可能只需要 30 个 IP 地址，因此具有 /27 掩码可能就足够了，而研发部门可能需要大约 100 个 IP 地址，因此需要 /25 子网。

IP 地址聚合

CIDR 执行 IP 地址聚合（也称为路由汇总）的能力对于降低路由器配置的复杂性和路由表的大小至关重要：

概念： CIDR允许将多个网络或子网聚合到单个路由条目中，从而减少路由表中的条目数量并提高路由效率。
例子： 而不是有单独的条目 172.16.0.0/24, 172.16.1.0/24, 172.16.2.0/24，和 172.16.3.0/24，单个条目 172.16.0.0/22 如果这些子网相邻，则可以使用它。

实际实施

有效实施 CIDR 需要仔细规划网络结构并了解 IP 寻址的组织要求。可以使用网络模拟工具在实施不同的 CIDR 策略之前模拟其影响，确保所选方法能够优化资源使用和网络性能。

工具和技术： 现代网络设计软件和 IP 管理工具通常包括自动计算和分配 CIDR 块的功能，从而简化网络设计和管理任务。

CIDR 不仅能优化网络性能和资源利用率，还能增强现代网络基础设施的可扩展性和灵活性。随着网络的复杂性和规模不断增长，了解和利用 CIDR 的功能对于实现高效的网络管理至关重要。

CIDR的技术优势

CIDR 具有多项显著的技术优势，因此在网络管理中得到广泛采用。这些优势具有变革性，特别是在解决以前有类 IP 寻址系统的局限性方面。

CIDR 的技术优势凸显了其作为现代网络架构基石的作用。通过更精确地控制 IP 地址分配和路由，CIDR 不仅解决了以前系统的局限性，而且还提供了一个强大的框架，能够支持当代网络环境的动态和不断增长的需求。无论是通过提高效率、减少网络开销还是增强可扩展性，CIDR 仍然是网络资源战略部署和管理的关键。

改进 IP 地址分配

使用效率：

动态分配： 与固定每个网络主机数量的分类寻址不同，CIDR 可以根据实际需要灵活分配。这种适应性可防止 IP 地址浪费并最大限度地利用可用地址空间。
示例数据： 在 CIDR 出现之前，需要 256 个以上地址的公司需要使用 B 类地址块，该地址块最多可支持 65,536 个主机。使用 CIDR，他们可以使用 /23 块（例如， 192.168.1.0/23），高效提供多达512个地址，大幅减少浪费。

对稀疏网络的支持：

子网划分自由： CIDR 支持创建任意大小的子网，这对于稀疏网络（其中大地址空间不连续）尤其有用。这种灵活性支持更高效的网络规划和部署，尤其是在地理分散或逐步增长的网络中。

减少路由表条目

路线聚合：

路由总结： CIDR 允许将多个 IP 网络或子网聚合到一个路由表条目中。这可以减小路由表的大小，降低网络路由器的负载并提高路由效率。
对互联网主干网的影响： 通过减少互联网主干路由器需要存储和管理的路由数量，CIDR 有助于扩展互联网基础设施以处理更多网络，而不会相应增加路由复杂性。

增强的网络性能：

更快的路由决策： 路由表越小，路由决策速度越快，这可以显著提高网络性能。路由器可以更快地处理数据包，因为它们花费更少的时间将 IP 地址与路由表条目进行匹配。
示例场景： 考虑一个具有多个子网的网络，范围从 192.168.100.0/24 到 192.168.200.0/24。如果没有 CIDR，每个子网可能需要在路由表中单独设置一个条目。有了 CIDR，如果规划得当，这些条目可以汇总为一个条目，例如 192.168.100.0/13，高效覆盖所有子网。

可扩展性和灵活性

可扩展的 IP 地址管理：

适应增长： CIDR 的灵活性使其能够适应小型和大型网络需求，使其能够随着组织需求的增长而扩展。网络可以从其需要开始，并根据需要进行扩展，而无需彻底改变 IP 寻址方案。
用例： 不断扩张的企业可以无缝细分其分配的 CIDR 块以容纳新部门或地区办事处，而无需从 ISP 获取额外的 IP 块。

可定制的网络设计：

定制子网划分： 网络管理员可以根据不同组织单位的具体需求设计子网。这种定制可以优化网络流量、增强安全性并改善整体网络管理。
安全与效率： 定制的网络段意味着可以隔离关键资产，并且可以更有效地分配网络资源，从而增强网络的安全性和性能。

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CIDR 的实际应用和真实示例

在不同网络设置中使用

1.小型企业：

网络结构： 小型企业通常使用有限数量的设备运营，并且需要简单的网络设置。利用 /24 网络允许他们连接最多 254 台设备，这对于他们的运营来说已经足够了。
示例配置： 典型设置可能包括一个办公室，其中有几台服务器、台式机和无线接入点。通过使用 CIDR 块 192.168.1.0/24，企业可以有效地管理单个子网上的所有设备，简化网络管理并降低成本。

2.大型企业：

网络复杂性： 大型企业由于用户数量较多、运营要求多样化且部门众多，因此需求复杂。他们可能会使用更大的 CIDR 块，例如 /16 或者 /8，以促进广泛的子网划分，并确保跨各个部门和地理位置的有效 IP 地址管理。
示例配置： 跨国公司可能会部署 10.0.0.0/16 CIDR 块将其网络划分为不同部门（例如人力资源部）的子网（10.0.1.0/24），销售量（10.0.2.0/24），它（10.0.3.0/24) 等。这种分段有助于出于安全和性能原因隔离流量，并允许对如何分配和管理资源进行详细控制。

CIDR 实施工具

1. IP地址计算器：

功能： IP 地址计算器可帮助网络工程师通过计算最佳子网掩码并提供潜在的网络配置，将 IP 地址空间划分为子网。它们有助于确定 CIDR 块内的 IP 地址范围以及每个子网的广播地址。
热门工具： SolarWinds Advanced Subnet Calculator 等工具以及 ipcalc 和 subnet-calculator.com 等在线资源被广泛使用。这些工具提供了有价值的见解，包括子网大小、网络和广播地址以及可用主机 IP 的数量。

2.网络设计软件：

功能： 这些软件解决方案旨在帮助规划、可视化和管理网络拓扑，并深入了解 CIDR 配置。它们使网络管理员能够规划网络架构、模拟网络变化的影响并确保高效的 IP 地址管理。
热门工具： Cisco Packet Tracer 和 GNS3 就是突出的例子。Packet Tracer 允许用户使用模拟路由器和交换机创建复杂的网络结构，支持无需物理硬件的训练和配置测试。GNS3 更进一步，允许集成真实的网络操作系统，为网络测试和模拟提供更真实的环境。

3.自动化工具：

功能： 自动化工具简化了网络配置和 CIDR 实施的管理。这些工具可以根据不断变化的网络需求自动调整子网大小和配置，从而减少手动工作量并最大限度地减少人为错误。
示例工具： Ansible 和 Terraform 提供自动化网络配置和管理任务的功能。它们可用于在企业基础架构中部署预定义的 CIDR 配置，确保一致性并符合最佳实践。

CIDR的实施策略

为了在不同环境中最佳地使用 CIDR，采用战略方法至关重要：

规划与分析： 进行彻底的网络需求分析，以确定组织不同部分最合适的 CIDR 块。
安全集成： 确保 CIDR 部署符合组织的安全策略。应规划子网划分以隔离关键设备和系统，最大限度地减少网络漏洞的潜在影响。
持续监测： 利用网络监控工具持续评估CIDR实施的性能和效率，以便及时进行调整和优化。

将这些实践和工具纳入网络管理，不仅可以最大限度地发挥 CIDR 的优势，还可以提高整体网络性能和安全性。

CIDR 的挑战和考虑

由于 CIDR 仍然是网络设计和 IP 地址管理的基本要素，因此它面临着一些挑战和注意事项，需要解决这些挑战和注意事项才能确保现代网络的最佳性能和安全性。让我们更深入地探讨这些问题：

1. 从有类寻址迁移到无类寻址： 从有类系统到无类系统的过渡可能很复杂，特别是对于已建立网络的大型组织而言。迁移涉及重新配置网络基础设施，这既耗时又容易出错。

2.培训和技能发展： 了解 CIDR 及其含义需要一定的技术知识。随着网络变得越来越复杂，对能够有效管理基于 CIDR 的系统的熟练专业人员的需求也在增长。持续的网络技术培训和更新对于网络管理员保持与时俱进至关重要。

3.可扩展性问题： 随着组织的发展，其网络基础设施也必须相应扩展。CIDR 虽然灵活，但需要仔细规划，以确保 IP 地址分配和子网划分方案可以扩展，而不会导致效率低下或需要频繁重新配置。

安全注意事项

1. IP欺骗和CIDR： 如果没有适当的安全措施，CIDR 的结构有时会让攻击者更容易在子网内进行 IP 欺骗。确保网络安全协议与 CIDR 配置集成对于降低此类风险至关重要。

2.子网划分不充分： 不正确的 CIDR 子网划分会导致严重的安全漏洞，配置错误的子网可能会使网络段遭受未经授权的访问。网络分段是一种将网络划分为多个段（每个段都是一个单独的子网）的安全策略，它可以帮助将安全漏洞隔离到一个段，从而限制攻击的蔓延。

3.复杂的网络拓扑： 现代网络通常具有复杂的拓扑结构、动态路由和多条路径。确保在这样的环境中有效实施 CIDR 可能具有挑战性，需要复杂的路由协议和安全措施。

行政管理费用

1.地址管理： 在 CIDR 制度下有效管理 IP 地址需要精心规划和运营监督。现代计算环境（包括云服务和虚拟网络）的动态特性为 IP 地址管理增加了复杂性。

2.合规性和标准化： 实施 CIDR 时，确保符合监管要求和内部政策可能具有挑战性，尤其是在金融和医疗保健等监管严格的行业。所有部门和分支机构的标准化对于保持网络完整性和合规性至关重要。

3.技术进步： 网络技术的不断发展，例如向 IPv6 的过渡、软件定义网络 (SDN) 和网络功能虚拟化 (NFV)，为 CIDR 带来了机遇和挑战。这些技术依赖于 CIDR 提供的高效 IP 地址管理和灵活路由功能，但它们也需要 CIDR 管理实践的更新和调整才能充分发挥其潜力。

未来发展方向

为了应对这些挑战，CIDR 的未来发展可能会侧重于自动化和高级分析，以简化管理任务并增强安全性。机器学习算法可以根据实时网络数据预测和调整子网划分和地址分配，从而减少管理开销并提高网络性能和安全性。

总之，虽然 CIDR 仍然是现代网络设计的基石，但通过持续创新、培训和战略规划应对这些挑战对于维护强大、安全和高效的网络至关重要。

CIDR 和 IP 寻址的未来

随着我们深入数字化转型时代，CIDR 及其原则的相关性不断增长，尤其是随着 IPv6 的不断推出以及连接到互联网的设备数量不断增加。让我们探索 CIDR 和 IP 寻址的未来：

与 IPv6 集成

IPv6 代表了下一代 IP 寻址，旨在提供几乎取之不尽的 IP 地址。每台设备都可以拥有自己的唯一地址，从而增强了设备识别和网络管理的能力。由于地址空间更大且需要高效路由，CIDR 在 IPv6 中的作用更为关键：

子网划分：在 IPv6 中，CIDR 继续支持子网划分，但粒度要细得多。分配子网的标准做法是 /64 每个本地网络的子网允许每个子网内有数万亿个地址，从而实现本地化环境中的广泛设备连接。
路由聚合：IPv6 的扩展地址空间极大地受益于 CIDR 的聚合路由能力。此功能可减少路由表的大小，从而提高跨大型网络的数据包路由效率。

推测未来的需求

物联网 (IoT)：随着物联网设备的激增，每台设备都需要一个唯一的 IP 地址才能实现最佳功能和安全性，对高效 IP 管理的需求也随之激增。CIDR 在地址分配方面的灵活性以及高效汇总路由的能力对于管理数百万台连接设备的网络至关重要。
智慧城市：从交通管理系统到公共安全网络，城市环境正日益数字化。CIDR 的原则对于设计可扩展且高效的网络至关重要，可最大限度地减少管理大量公共和私有 IP 地址的开销。
5G 网络：5G 的推出将带来更快的连接和更可靠的通信。CIDR 高效管理和路由 IP 地址的能力将在优化 5G 网络性能方面发挥关键作用，因为大量数据需要以最小的延迟进行路由。

路由协议的增强

路由协议的未来发展可能会包含更智能、更动态的路由算法，这些算法可以根据网络流量、拓扑变化和其他环境因素做出实时决策。CIDR 将成为这些发展中不可或缺的一部分，为这些协议提供框架，以有效管理 IP 地址分配和路由聚合。

未来的挑战

虽然 CIDR 带来了许多好处，但随着技术的发展，它也面临着需要解决的挑战：

配置的复杂性：随着网络规模和复杂性的增加，正确配置 CIDR 变得越来越困难。需要更直观的网络管理工具来自动化和验证 CIDR 配置，以防止可能导致网络中断的错误。
安全隐患：随着设备越来越多、网络越来越复杂，出现安全漏洞的可能性也随之增加。确保 CIDR 配置不会无意中将网络暴露于风险中至关重要。

教育和培训

随着网络格局的发展，对了解 CIDR 及其在现代网络中应用的熟练网络专业人员的需求也在增长。持续的网络管理和安全教育和认证对于员工应对未来网络技术的挑战和创新至关重要。

结论

CIDR 彻底改变了网络设计和管理，使 IP 地址的使用更加高效，路由也更加简化。无论是在当前的 IPv4 网络还是在不断扩展的 IPv6 世界中，CIDR 都发挥着至关重要的作用。