pfSensebook之網(wǎng)絡(luò)概念-創(chuàng)新互聯(lián)
網(wǎng)絡(luò)概念
了解公共和私人IP地址
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IP子網(wǎng)劃分概念
IP地址，子網(wǎng)和網(wǎng)關(guān)配置
了解CIDR子網(wǎng)掩碼表示法
CIDR概述
廣播域名
IPv6
本書不是對網(wǎng)絡(luò)的介紹，但有一些網(wǎng)絡(luò)概念需要解決。 對于沒有基本的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識的讀者，我們建議找到更多的介紹性材料，因為本章不會提供所有必要的信息。 IPv6概念將在本章后面的IPv6中介紹。 為了清楚起見，傳統(tǒng)的IP地址被稱為IPv4地址。 除另有說明外，大多數(shù)功能都可以使用IPv4或IPv6地址。 通用術(shù)語IP地址是指IPv4或IPv6。
OSI模型層簡介
OSI模型具有由七層組成的網(wǎng)絡(luò)框架。 這些圖層按從低到高的順序排列。 下面解釋了每個級別的簡要信息。 更多信息可以在維基百科中找到(http://en.wikipedia.org/wiki/OSI_model)。
| Layer 1 - 物理層: | |
|---|---|
| 指的是將原始數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿懈邔拥碾娎|或光纜。 | |
| Layer 2 - 數(shù)據(jù)鏈接: | |
| 通常是指以太網(wǎng)或在線路上正在會話的另一個類似的協(xié)議。本書通常將第二層稱為以太網(wǎng)交換機或其他相關(guān)主題，如ARP和MAC地址。 | |
| Layer 3 - 網(wǎng)絡(luò)層: | |
| 用于將數(shù)據(jù)沿著一個主機到另一個主機的路徑傳遞的協(xié)議，例如IPv4，IPv6，路由，子網(wǎng)等。 | |
| Layer 4 - 傳輸層: | |
| 用戶之間的數(shù)據(jù)傳輸通常是指TCP或UDP或其他類似的協(xié)議。 | |
| Layer 5 - 會話層: | |
| 管理用戶之間的連接和會話（通常稱為“對話框”），以及如何正確連接和斷開連接。 | |
| Layer 6 - 表示層: | |
| 處理用戶所需的數(shù)據(jù)格式之間的任何轉(zhuǎn)換，如不同的字符集，編碼，壓縮，加密等。 | |
| Layer 7 - 應(yīng)用層: | |
| 與用戶或軟件應(yīng)用程序進(jìn)行交互，包括熟悉的協(xié)議，如HTTP，SMTP，SIP等 | |
了解公共和私人IP地址
私人IP地址
網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)RFC 1918定義了保留的IPv4子網(wǎng)，僅用于私有網(wǎng)絡(luò)（表RFC 1918專用IP地址空間）。 RFC 4193為IPv6（RFC 4193唯一本地地址空間）定義了唯一的本地地址（ULA）。 在大多數(shù)環(huán)境中，RFC 1918的私有IP子網(wǎng)被選擇并用于所有內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 然后通過實施網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）軟件（如pfSense）的防火墻或路由器將設(shè)備連接到Internet。 IPv6通過全球單播地址（GUA）從內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)完全路由而無需NAT。 NAT將在網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換中進(jìn)一步解釋。
| CIDR 范圍 | IP 地址范圍 |
|---|---|
| 10.0.0.0/8 | 10.0.0.0 - 10.255.255.255 |
| 172.16.0.0/12 | 172.16.0.0 - 172.31.255.255 |
| 192.168.0.0/16 | 192.168.0.0 - 192.168.255.255 |
| 前綴 | IP 地址范圍 |
|---|---|
| fc00::/7 | fc00:: - fdff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff |
特殊用途IPv4網(wǎng)絡(luò)的完整列表可以在RFC 3330中找到。有一些私有IPv4地址，例如1.0.0.0/8和2.0.0.0/8，這些IPv4地址已經(jīng)分配給日益縮小的IPv4池。 使用這些地址是有問題的，不建議使用。 此外，避免使用169.254.0.0/16，根據(jù)RFC 3927保留“Link-Local”自動配置。 它不應(yīng)該由DHCP分配或手動設(shè)置，并且路由器將不允許來自該子網(wǎng)的數(shù)據(jù)包在特定的廣播域外傳播。 RFC 1918有足夠的地址空間，所以不需要突破RFC 1918私有IP地址空間中的地址范圍。 不正確的尋址會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障，應(yīng)該予以糾正。
公共 IP地址
除大的網(wǎng)絡(luò)外，公共IP地址由互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商分配。需要數(shù)百或數(shù)千個公共IP地址的網(wǎng)絡(luò)通常具有直接從其地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)注冊機構(gòu)（RIR）分配的地址空間。 RIR是一個監(jiān)督在世界指定地區(qū)分配和注冊公共IP地址的組織。
大多數(shù)住宅互聯(lián)網(wǎng)連接被分配一個公共IPv4地址。大多數(shù)業(yè)務(wù)類連接被分配多個公共IP地址。在許多情況下，單個公共IP地址就足夠了，可以與NAT一起使用，將數(shù)百個專用地址系統(tǒng)連接到Internet。這本書將有助于確定所需的公共IP地址的數(shù)量。
大多數(shù)IPv6部署將使最終用戶至少有一個/ 64前綴網(wǎng)絡(luò)用作路由內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。對于每個站點，大致有2 64個IPv6地址或18個地址，完全從Internet上路由而不需要NAT。
保留和文件地址
除了在RFC 1918中定義的范圍之外，RFC 5735還描述了為其他特殊用途（如文檔，測試和基準(zhǔn)測試）保留的IP范圍。 RFC 6598更新了RFC 5735，并為運營商級NAT定義了地址空間。 這些特殊的網(wǎng)絡(luò)包括：
| CIDR 范圍 | 目的 |
|---|---|
| 192.0.2.0/24 | 文檔和示例代碼 |
| 198.51.100.0/24 | 文檔和示例代碼 |
| 203.0.113.0/24 | 文檔和示例代碼 |
| 198.18.0.0/25 | 對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行基準(zhǔn)測試 |
| 100.64.0.0/10 | 電信級NAT空間 |
在整本書中，我們使用了來自上述文檔范圍的地址以及RFC 1918網(wǎng)絡(luò)的示例，因為它們對用戶更為熟悉。
有些人發(fā)現(xiàn)這些地址昨時用于×××甚至本地網(wǎng)絡(luò)。 我們不推薦將它們用于除預(yù)定目的以外的任何其他用途，但是它們比RFC 1918網(wǎng)絡(luò)更不容易被看到。
IP子網(wǎng)劃分概念
在設(shè)備上配置TCP / IP設(shè)置時，必須指定子網(wǎng)掩碼（或IPv6的前綴長度）。 此掩碼使設(shè)備能夠確定本地網(wǎng)絡(luò)上的哪些IP地址，以及設(shè)備路由表中的網(wǎng)關(guān)必須到達(dá)哪些IP地址。 默認(rèn)的LAN IP地址為192.168.1.1，掩碼為255.255.255.0或CIDR表示的/ 24的網(wǎng)絡(luò)地址為192.168.1.0/24。
IP地址，子網(wǎng)和網(wǎng)關(guān)配置
主機的TCP / IP配置由地址，子網(wǎng)掩碼（或IPv6的前綴長度）和網(wǎng)關(guān)組成。 IP地址與子網(wǎng)掩碼的結(jié)合是主機如何識別本地網(wǎng)絡(luò)上的哪些IP地址。本地網(wǎng)絡(luò)以外的地址被發(fā)送到主機配置的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，它假定將把流量傳遞到所需的目的地。此規(guī)則的一個例外是指示設(shè)備聯(lián)系通過本地連接的路由器可達(dá)的特定非本地子網(wǎng)的靜態(tài)路由。網(wǎng)關(guān)和靜態(tài)路由的列表保存在每個主機的路由表上。
在典型的pfSense部署中，主機會在pfSense設(shè)備的LAN范圍內(nèi)分配一個IP地址，子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)。 pfSense上的LAN IP地址成為默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。對于通過LAN以外的接口連接的主機，請使用適用于設(shè)備連接的接口的相應(yīng)配置。
一個網(wǎng)絡(luò)中的主機直接相互通信，而不需要默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的參與。這意味著沒有防火墻（包括pfSense）可以控制網(wǎng)段內(nèi)的主機到主機的通信。如果需要此功能，則需要通過使用多個交換機，VLAN來分割主機，或使用PVLAN等同等交換機功能。虛擬局域網(wǎng)（VLAN）涵蓋VLAN。
了解CIDR子網(wǎng)掩碼表示法
在配置地址和網(wǎng)絡(luò)時，pfSense使用CIDR（Classless Inter-Domain Routing，也叫無類別域間路由，它消除了傳統(tǒng)的A類、B類和C類地址以及劃分子網(wǎng)的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空間。它可以將好幾個IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，使用一種無類別的域際路由選擇算法，使它們合并成一條路由從而較少路由表中的路由條目減輕Internet路由器的負(fù)擔(dān)。）表示法，而不是通用子網(wǎng)掩碼255.x.x.x。 請參閱下表CIDR子網(wǎng)表：查找十進(jìn)制子網(wǎng)掩碼的CIDR值。
| 子網(wǎng)掩碼 | CIDR 前綴 | 總IP地址數(shù) | 可用的IP地址數(shù) | 24網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量 |
|---|---|---|---|---|
| 255.255.255.255 | /32 | 1 | 1 | 1/256th |
| 255.255.255.254 | /31 | 2 | 2* | 1/128th |
| 255.255.255.252 | /30 | 4 | 2 | 1/64th |
| 255.255.255.248 | /29 | 8 | 6 | 1/32nd |
| 255.255.255.240 | /28 | 16 | 14 | 1/16th |
| 255.255.255.224 | /27 | 32 | 30 | 1/8th |
| 255.255.255.192 | /26 | 64 | 62 | 1/4th |
| 255.255.255.128 | /25 | 128 | 126 | 1 half |
| 255.255.255.0 | /24 | 256 | 254 | 1 |
| 255.255.254.0 | /23 | 512 | 510 | 2 |
| 255.255.252.0 | /22 | 1024 | 1022 | 4 |
| 255.255.248.0 | /21 | 2048 | 2046 | 8 |
| 255.255.240.0 | /20 | 4096 | 4094 | 16 |
| 255.255.224.0 | /19 | 8192 | 8190 | 32 |
| 255.255.192.0 | /18 | 16,384 | 16,382 | 64 |
| 255.255.128.0 | /17 | 32,768 | 32,766 | 128 |
| 255.255.0.0 | /16 | 65,536 | 65,534 | 256 |
| 255.254.0.0 | /15 | 131,072 | 131,070 | 512 |
| 255.252.0.0 | /14 | 262,144 | 262,142 | 1024 |
| 255.248.0.0 | /13 | 524,288 | 524,286 | 2048 |
| 255.240.0.0 | /12 | 1,048,576 | 1,048,574 | 4096 |
| 255.224.0 0 | /11 | 2,097,152 | 2,097,150 | 8192 |
| 255.192.0.0 | /10 | 4,194,304 | 4,194,302 | 16,384 |
| 255.128.0.0 | /9 | 8,388,608 | 8,388,606 | 32,768 |
| 255.0.0.0 | /8 | 16,777,216 | 16,777,214 | 65,536 |
| 254.0.0.0 | /7 | 33,554,432 | 33,554,430 | 131,072 |
| 252.0.0.0 | /6 | 67,108,864 | 67,108,862 | 262,144 |
| 248.0.0.0 | /5 | 134,217,728 | 134,217,726 | 1,048,576 |
| 240.0.0.0 | /4 | 268,435,456 | 268,435,454 | 2,097,152 |
| 224.0.0.0 | /3 | 536,870,912 | 536,870,910 | 4,194,304 |
| 192.0.0.0 | /2 | 1,073,741,824 | 1,073,741,822 | 8,388,608 |
| 128.0.0.0 | /1 | 2,147,483,648 | 2,147,483,646 | 16,777,216 |
| 0.0.0.0 | /0 | 4,294,967,296 | 4,294,967,294 | 33,554,432 |
注意
使用/ 31網(wǎng)絡(luò)是RFC 3021定義的特殊情況，其中子網(wǎng)中的兩個IP地址可用于點對點鏈接以節(jié)省IPv4地址空間。 并非所有操作系統(tǒng)都支持RFC 3021，所以請謹(jǐn)慎使用。 在不支持RFC 3021的系統(tǒng)上，子網(wǎng)不可用，因為子網(wǎng)掩碼定義的唯一兩個地址是空路由和廣播，并且沒有可用的主機地址。
pfSense 2.3.4-RELEASE-p1支持使用/ 31網(wǎng)絡(luò)接口和虛擬IP地址。
那么CIDR值從哪里來？
當(dāng)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制時，CIDR值來自子網(wǎng)掩碼中的數(shù)字。
常見的子網(wǎng)掩碼255.255.255.0是二進(jìn)制的11111111.11111111.11111111.00000000。 這加起來有24個，因此是/24。
子網(wǎng)掩碼255.255.255.192是二進(jìn)制的11111111.11111111.11111111.11000000，或者26個，因此是/ 26。
CIDR概述
除了指定子網(wǎng)掩碼之外，CIDR還可以用于IP或網(wǎng)絡(luò)匯總目的。 CIDR子網(wǎng)表中的“總IP地址”列指出給定CIDR掩碼總結(jié)了多少個地址。 出于網(wǎng)絡(luò)匯總的目的，“24網(wǎng)絡(luò)數(shù)量”列是有用的。 CIDR匯總可用于pfSense Web界面的多個部分，包括防火墻規(guī)則，NAT，虛擬IP，IPsec和靜態(tài)路由。
可以包含在單個CIDR掩碼中的IP地址或網(wǎng)絡(luò)被稱為“CIDR可匯總的”。
在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時，確保在特定位置使用的所有專用IP子網(wǎng)都是CIDR可匯總的。 例如，如果在一個位置需要三個/ 24子網(wǎng)，則應(yīng)使用子網(wǎng)劃分為四個/ 24網(wǎng)絡(luò)的一個/ 22網(wǎng)絡(luò)。 下表顯示了與子網(wǎng)10.70.64.0/22一起使用的四個/ 24個子網(wǎng)。
| 10.70.64.0/22 分成24網(wǎng)絡(luò) |
|---|
| 10.70.64.0/24 |
| 10.70.65.0/24 |
| 10.70.66.0/24 |
| 10.70.67.0/24 |
這使通過使用專用WAN線路或×××連接到另一個物理位置的多站點網(wǎng)絡(luò)的路由更易于管理。 使用CIDR可匯總的子網(wǎng)，一個路由目標(biāo)覆蓋每個位置的所有網(wǎng)絡(luò)。 沒有它，每個位置有幾個不同的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。
可以在subnetmask.info網(wǎng)站上找到的網(wǎng)絡(luò)計算器進(jìn)行CIDR計算。
計算器從點分十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為CIDR掩碼，反之亦然，如圖下圖所示。 如果本章提供的CIDR子網(wǎng)表不可用，可以使用此工具將CIDR前綴轉(zhuǎn)換為點分十進(jìn)制表示法。 輸入CIDR前綴或點分十進(jìn)制掩碼，然后單擊相應(yīng)的計算按鈕以查找轉(zhuǎn)換。
子網(wǎng)掩碼轉(zhuǎn)換
在Network/Node Calculator（網(wǎng)絡(luò)/節(jié)點計算器）部分輸入十進(jìn)制掩碼和IP地址， 點擊Calculate， 在下面就會顯示計算的結(jié)果。 在本例子中，網(wǎng)絡(luò)地址是10.70.64.0/22，可用的/ 24網(wǎng)絡(luò)是64到67。本表中的術(shù)語“Broadcast Address(廣播地址)”是指該范圍內(nèi)的高地址。
Network/Node Calculator（網(wǎng)絡(luò)/節(jié)點計算器）
找到一個匹配的CIDR網(wǎng)絡(luò)
別名支持格式為x.x.x.x-y.y.y.y的IPv4地址范圍。 對于網(wǎng)絡(luò)類型別名，IPv4范圍將自動轉(zhuǎn)換為等效的CIDR塊。 對于主機類型別名，范圍將轉(zhuǎn)換為IPv4地址列表。
如果不需要完全匹配，則可以將數(shù)字輸入到Network/Node Calculator（網(wǎng)絡(luò)/節(jié)點計算器）進(jìn)行計算。
廣播域名
廣播域是共享同一個第2層網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)部分。在沒有VLAN的單個交換機的網(wǎng)絡(luò)中，廣播域就是整個交換機。在沒有使用VLAN的多個互連交換機的網(wǎng)絡(luò)中，廣播域包括所有這些交換機。
單個廣播域可以包含多個IPv4或IPv6子網(wǎng)，但是，這通常不被認(rèn)為是良好的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。應(yīng)通過使用單獨的交換機或VLAN將IP子網(wǎng)隔離到不同的廣播域中。例外是在單個廣播域內(nèi)運行IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)。這就是所謂的雙堆棧，它是一種常用且有用的技術(shù)，它為主機使用IPv4和IPv6連接。
廣播域可以通過將兩個網(wǎng)絡(luò)接口橋接在一起進(jìn)行組合，但是在這種情況下必須小心避免交換機環(huán)路。對于某些沒有組合廣播域但具有相同凈效應(yīng)的協(xié)議，也可以通過代理，例如將DHCP請求轉(zhuǎn)發(fā)到另一個接口上的廣播域的DHCP中繼。
翻譯自pfsense book！
2017-11-11
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