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路由器它累了！用CIDR来优化网络管理

小牛呼噜噜
2025年10月10日
计算机网络

哈喽，大家好呀，我是呼噜噜，好久没有更新文章了，今天我们来聊聊网络CIDR，无论你是开发者、系统管理员还是网络工程师，理解IP地址和网络是如何划分的都至关重要。而这一切，都离不开一个叫做CIDR的概念。

本文将讲解什么是CIDR、前缀长度、子网掩码、CIDR蕴含的信息、划分子网、路由聚合等核心概念

什么是CIDR? ​

在前一篇文章中图解IP地址的奥秘:组成与分类，我们了解到在上世纪90年代初的互联网。那时的互联网正处于爆炸式增长的黎明，但也面临着两个巨大的危机：

  1. IPv4地址即将耗尽：最初的IPv4地址被划分成固定的A、B、C、D、E五类，非常的****低效、浪费地址，比如C 类太小（254 主机，如网吧不足）；B 类太大（6.5 万，浪费）
  2. 路由表爆炸：网络传输的关键设备就是路由器，负责为我们指路。它的“地图”就是路由表，分类编址方法网络中，每个地址都需要在路由表里有一个条目，但随着接入互联网的网络数量指数级增长，路由器的内存和处理能力不堪重负，路由表越来越大，查找速度越来越慢

为了解决分类编址方法所带来的问题，IETF在1993年发布了 RFC 1518 和 RFC 1519，正式推出了 CIDR。作为一种新的IP地址分配和管理方法，标志着网络世界从传统的基于类的IP地址分配方式，向更灵活、更高效的地址管理模式转变。

CIDR也叫做无分类编址（Classless Inter-Domain Routing），打破分类编址方法中A、B、C类的僵化界限，可变长度子网掩码VLSM，其中网络前缀具有可变长度，与以前的分类编址网络设计的固定长度前缀相反。使得IP地址的分配更加灵活和高效。

CIDR允许网络管理员，根据实际需要划分任意大小的地址块，从而减少了IP地址的浪费，并提高了地址空间的利用率。

CIDR的表示形式-前缀长度 ​

CIDR的表示形式：IP地址/前缀长度，该数字表示网络部分的位数，也被称为网络号、网络前缀。前缀长度x的范围是0～32

比如：192.168.1.0/24，/24表示前24位是网络号， 用于标识这是哪个网络。剩余的8位是主机号，用于标识该网络中的具体设备

CIDR的表示形式-子网掩码 ​

CIDR的表示形式，还有另一种方式，那就是子网掩码****Subnet Mask，子网掩码和 IP 地址一样，由一个 32 位的二进制数字组成，一般来说，子网掩码由高位部分连续的 1 和地位部分连续的 0 组成

子网掩码，它用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码；并说明该IP地址是在局域网上，还是在广域网上。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。

子网掩码和前缀长度是同一个概念的两种不同表示方式

比如上面的192.168.1.0/24，/24 意味着网络部分占了24位，又因为一个IPv4地址总共有32位，所以主机部分占了 32 - 24 = 8 位

我们可以将/24轻松地转换为子网掩码，即前24位都是1，后8位都是0，转换成十进制为255.255.255.0

所以192.168.1.0/24 和 192.168.1.0 配合子网掩码 255.255.255.0 是完全等价的。

CIDR蕴含的信息 ​

我们以192.168.1.0/24 为例，来计算一下CIDR蕴含的信息

  1. 网络地址Network Address，主机部分全为0的地址。它代表整个网络，不能分配给具体设备，所以网络地址是192.168.1.0
  2. 广播地址Broadcast Address，主机部分全为1的地址。向这个地址发送数据包，网络内所有设备都会收到。它也不能分配给具体设备。所以广播地址是 192.168.1.255
  3. 可用主机数量，主机部分有8位，所以可以有 2^8=256 个不同的组合。除去网络地址和广播地址，实际可用的主机地址数量是 2^8−2=254 个
  4. 可用IP范围, 从网络地址加1，到广播地址减1。所以可以IP的范围是，从 192.168.1.1 到 192.168.1.254

划分子网 ​

传统的分类编址方法，对于外部的互联网来说，IP 地址分配不灵活，造成了巨大的地址浪费，加速了 IPv4 地址的耗尽。对于内部的组织而言，又偏大，不好管理，性能低下且不安全

所以为了解决这个问题，子网划分Subnetting就出现了，它不需要改变已分配的 A/B/C 类网络号，而是在组织内部，从原来的"主机号"部分借几位出来，用作"子网号"。

在计算机网络中，子网其实是一种逻辑上的概念，它允许将一个大的IP地址空间划分成更小的、独立的网络单元

在实际网络环境中，将一个大的网段划分为多个小的子网有诸多好处：

  • 提高网络性能: 通过将网络流量限制在各自的子网内，可以减少网络拥堵和广播风暴，从而提升整体网络性能。
  • 增强网络安全: 可以在不同子网之间设置访问控制策略，例如，将服务器和普通员工的电脑置于不同的子网，以限制未授权的访问。
  • 便于管理: 将不同部门或功能的设备划分到不同的子网，可以使网络结构更加清晰，方便进行管理和故障排查。
  • 更有效地利用 IP 地址: 可以根据不同子网的设备数量需求，灵活地分配 IP 地址，避免浪费。

这样从路由器角度来看，对外部路由器来说：它看到的仍然是那个大的 A/B/C 类网络，路由表不受影响。例如，发送到 130.5.x.x 的所有流量都只会指向同一个组织。

对内部路由器来说，它能识别出被借走的“子网号”。例如，它知道 130.5.1.x 和 130.5.2.x 是两个不同的子网络，可以对它们进行隔离和独立管理。

接下来我们具体看看子网是怎么划分的？

我们还是以192.168.1.0/24为例，假设我们要将其划分为 4 个子网，主机位8位，再参考下面的2个公式

  1. 可划分的子网数量 = 2^n (其中 n 是借出的主机位数)
  2. 每个子网的主机数量 = 2^m−2 (其中 m 是剩余的主机位数, 减 2 是因为要去掉网络地址和广播地址)

首先我们要先确定借出的主机位数，2^n >=4 得出借出的主机位数n=2。由于我们借了 2 位，这两位可以有 4 种组合：00, 01, 10, 11。这对应着 4 个子网

剩余主机位为 6 位，那么每个子网的主机数 = 2^6−2=64−2=62 个

原始子网掩码11111111.11111111.11111111.00000000，向右借2位11111111.11111111.11111111.11000000，即255.255.255.192

划分后的 4 个子网如下表格：

还不明白？我们再来回顾一下，建议先转化成2进制再计算

  1. 子网 1 (子网号 00)
  • 网络地址: 192.168.10.00000000 -> 192.168.10.0
  • 可用 IP 范围: 192.168.10.1 到 192.168.10.62 (主机位从 000001 到 111110)
  • 广播地址: 192.168.10.00111111 -> 192.168.10.63
  1. 子网 2 (子网号 01)
  • 网络地址: 192.168.10.01000000 -> 192.168.10.64
  • 可用 IP 范围: 192.168.10.65 到 192.168.10.126
  • 广播地址: 192.168.10.01111111 -> 192.168.10.127
  1. 子网 3 (子网号 10)
  • 网络地址: 192.168.10.10000000 -> 192.168.10.128
  • 可用 IP 范围: 192.168.10.129 到 192.168.10.190
  • 广播地址: 192.168.10.10111111 -> 192.168.10.191
  1. 子网 4 (子网号 **11**)
  • 网络地址: 192.168.10.11000000 -> 192.168.10.192
  • 可用 IP 范围: 192.168.10.193 到 192.168.10.254
  • 广播地址: 192.168.10.11111111 -> 192.168.10.255

路由聚合 ​

无类别域间路由（CIDR）的核心，是它允许用任意长度的前缀来定义网络，这打破了过去固化的地址分类。

这个特性带来一个直接且强大的能力：将多个连续的小地址块，“聚合”成一个更大的地址块，对外只需宣告一个路由条目。这就是路由聚合Route Aggregation

比如我们管理一个小型ISP，拥有4个连续的地址块：198.51.100.0/24, 198.51.101.0/24, 198.51.102.0/24, 198.51.103.0/24

若不聚合，我们必须向全球互联网通告4条独立的路由。每一条路由，都意味着在全球核心路由器的庞大路由表中占据一个条目，会增加骨干路由器的负担。

但通过CIDR，我们可以发现，这四个地址块在二进制层面，前22位是完全相同的，差异从第23位才开始出现，即198.51.011001

路由聚合正是利用这个最长的共同前缀，将这四个 /24 网络聚合成一个 /22 的网络：198.51.100.0/22。

这个时候我们只需要向外界通告一条路由 198.51.100.0/22，而不是4条。 对于互联网上的其他路由器而言，它们不再需要关心其内部那4个小网络的存在；它们只需要知道，所有去往这个地址范围的数据包，都应发往同一个方向。

这是对“路由表爆炸”问题最直接的消解。它让互联网的路由系统得以高效扩展。这使得多个小网络可以合并成一个更大的网络。路由聚合能够将局部网络的复杂性在本地吸收，阻止了其向整个互联网扩散

将原本扁平化的路由世界，重塑为一个可以层层概括的层级化结构。进一步减少了路由表的大小，提高了互联网的路由效率。

可以说，没有CIDR，就没有今天如此庞大和高效的互联网

小结 ​

CIDR的出现主要是为了解决传统IP地址划分（A、B、C类）带来的问题，它以灵活的地址分配与路由聚合技术，成功解决了IP地址短缺问题，既显著提升了地址利用率，又精简了全球路由表，全面优化了网络效率。

CIDR它是一项伟大的技术革新，其价值远不止于一个应对危机的技术补丁，它从一个应对IP地址耗尽和路由表膨胀的危机解决方案，逐渐演变为支撑现代互联网和云计算的核心基石。

它为互联网的规模化扩展提供了底层支持。正是这种高效、弹性的地址管理能力，才使得互联网服务商、数据中心乃至今天庞大的云计算平台得以构建和运行

作者：小牛呼噜噜

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