4.2 IPv4【2009统考真题】

题目原文

4.2 IPv4

(13)【2009统考真题】网络拓扑图如下图所示,路由器 R1 通过接口 E1、 E2 分别连接局域网 1、局域网 2, 通过接口 L0 连接路由器 R2, 并通过路由器 R2 连接域名服务器与互联网。 R1 的 L0 接口的IP 地址是 202.118.2.1;R2 的 L0 接口的 IP 地址是 202.118.2.2, L1 接口的 IP 地址是 130.11.120.1, E0 接口的 IP 地址是 202.118.3.1; 域名服务器的 IP 地址是 202.118.3.2。

将 IP 地址空间 202.118.1.0/24 划分为两个子网,分别分配给局域网 1 和局域网 2,每个局域网需分配的 IP 地址数不少于 120 个。请给出子网划分结果,说明理由或给出必要的计算过程。
给出 R1 的路由表, 使其明确包括到局域网 1 的路由、局域网 2 的路由、域名服务器的主机路由和互联网的路由。
请采用路由聚合技术, 给出 R2 到局域网 1 和局域网 2 的路由。

综合解析

一、运用了什么知识点？

这道题是IPv4地址规划与路由选择的"全家桶"，主要涉及以下几个核心知识点：

CIDR 与子网划分 (Subnetting):
- 理解CIDR表示法，如 /24 代表网络前缀是24位。
- 掌握如何根据主机数量需求，从一个大的地址块中"借位"划分出多个更小的子网。
- 计算子网的网络地址、子网掩码、可用主机IP范围和广播地址。
IP路由原理与路由表构建:
- 理解路由器的基本功能：根据路由表进行分组转发。
- 掌握路由表的结构：目的网络地址、子网掩码、下一跳地址、接口。
- 区分不同类型的路由条目：
  - 直连路由 (Direct Route): 路由器接口所在的网络，无需下一跳。
  - 主机路由 (Host Route) : 指向单个特定主机的路由，子网掩码为 255.255.255.255 (/32)。
  - 网络路由 (Network Route): 指向一个网络的路由。
  - 默认路由 (Default Route) : 当没有其他更具体的路由匹配时使用的"万能"路由，目的地址为 0.0.0.0，用于访问外部网络（如互联网）。
- 理解最长前缀匹配原则：当一个目的IP地址可以匹配多个路由条目时，路由器会选择网络前缀最长（即最具体）的那一条。
路由聚合/路由汇总 (Route Aggregation/Summarization):
- 也称为超网 (Supernetting)，是子网划分的逆过程。
- 将多个连续的、可以通过相同路径到达的小网络，合并成一个更大的网络地址块来表示。
- 目的是减小路由表的规模，提高路由器的效率和网络的可扩展性。

二、考了什么？为什么这么考？

第1问 ：考察网络管理员最基本的技能------IP地址规划。在有限的IP地址资源下，如何根据实际需求（主机数量）进行合理的子网划分，这是构建任何网络的第一步。
第2问 ：考察对路由器工作核心的理解。一个路由器是如何看待整个网络的？它如何知道要把去往不同地方的数据包从哪个"门"（接口）扔给哪个"邻居"（下一跳）？这道题通过构建一个完整的路由表，全面检验你对直连、主机、默认路由的理解和应用。
第3问 ：考察对网络扩展性和效率的理解。当网络规模变大，成千上万的路由条目会拖垮路由器。路由聚合是解决这个问题的关键技术。这道题通过一个简单的聚合场景，检验你是否理解如何为互联网"减负"。

为什么这么考？ 因为这三个问题覆盖了一个网络从内部规划（子网划分） ，到内部通信（路由表建立），再到**与外部网络高效交互（路由聚合）**的全过程。它模拟了一个非常真实的小型网络部署场景，全面衡量了考生对IPv4核心技术的掌握深度和实际应用能力。

三、解题思路与详细分析 (为什么怎么样？)

问题1分析：子网划分

目标：将 202.118.1.0/24 分成2个子网，每个子网至少有120个可用IP地址。
计算过程：
1. 确定所需主机位数 (h)：
  - 一个子网的可用主机数由主机位决定，公式为 2^h - 2（减去网络地址和广播地址）。
  - 我们需要 2^h - 2 ≥ 120，即 2^h ≥ 122。
  - 我们来试算：2^6 = 64 (不够)，2^7 = 128 (足够)。
  - 因此，每个子网的主机位必须至少为 7位。
2. 确定新的子网掩码：
  - IP地址总共32位。既然主机位占了7位，那么网络位（包括子网位）就是 32 - 7 = 25 位。
  - 所以新的网络前缀是 /25。
  - /25 对应的子网掩码是 255.255.255.128 (二进制为 11111111.11111111.11111111.10000000)。
3. 确定子网地址：
  - 原来的网络是 /24，主机位有8位。现在新的网络是 /25，我们从原来的主机位中借了1位 (25-24=1) 用作子网位。
  - 1位子网位可以表示 2¹ = 2 个不同的子网，正好满足题目要求。
  - 当这一位是 0 时，子网的网络地址是 202.118.1.0。
  - 当这一位是 1 时，子网的网络地址是 202.118.1.128 (因为第25位是1，其权值为128)。
结论：
- 子网1 : 网络地址 202.118.1.0，子网掩码 255.255.255.128 (或 /25)。
- 子网2 : 网络地址 202.118.1.128，子网掩码 255.255.255.128 (或 /25)。

问题2分析：构建R1的路由表

我们现在站在路由器R1的视角来思考，去往不同地方的包应该怎么走。

去局域网1 (LAN1)：
- 假设我们将子网1 (202.118.1.0/25) 分配给LAN1。
- 从图上看，R1通过 E1 接口直接连接到LAN1。
- 这是一个直连路由。路由器不需要把包交给别人，直接从E1口发出去就行。所以"下一跳"为空。
- 路由条目1 : 目的网络: 202.118.1.0, 掩码: 255.255.255.128, 下一跳: -, 接口: E1
去局域网2 (LAN2)：
- 我们将子网2 (202.118.1.128/25) 分配给LAN2。
- R1通过 E2 接口直接连接到LAN2。
- 这也是一个直连路由。
- 路由条目2 : 目的网络: 202.118.1.128, 掩码: 255.255.255.128, 下一跳: -, 接口: E2
去域名服务器 (202.118.3.2)：
- 这个地址不属于LAN1或LAN2。
- 从图上看，R1要去任何不直连的地方，都必须先把包扔给路由器R2。
- R2在R1看来，就是它L0接口对面的那个邻居，IP地址是 202.118.2.2。
- 因为这是一个非常具体的目标主机，我们可以为它设置一条主机路由。
- 路由条目3 : 目的网络: 202.118.3.2, 掩码: 255.255.255.255, 下一跳: 202.118.2.2, 接口: L0
去互联网 (Internet)：
- 互联网包含了无数个网络，我们不可能为每个网络都写一条路由。
- 这时就需要默认路由。它的意思是："所有在我路由表里找不到明确去处的包，都统一扔给一个地方"。
- 对于R1来说，这个"地方"显然还是R2，因为R2是它通向外界的唯一出口。
- 路由条目4 : 目的网络: 0.0.0.0, 掩码: 0.0.0.0, 下一跳: 202.118.2.2, 接口: L0

最终R1路由表 :
| 目的IP地址 | 子网掩码 | 下一跳IP地址 | 接口 |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| 202.118.1.0 | 255.255.255.128 | - | E1 |
| 202.118.1.128 | 255.255.255.128 | - | E2 |
| 202.118.3.2 | 255.255.255.255 | 202.118.2.2 | L0 |
| 0.0.0.0 | 0.0.0.0 | 202.118.2.2 | L0 |

问题3分析：R2的路由聚合

目标：R2需要告诉互联网如何到达LAN1和LAN2。为了高效，它不应该通告两条独立的路由，而是将它们聚合成一条。
聚合过程：
1. 列出要聚合的网络 ：
  - 202.118.1.0/25
  - 202.118.1.128/25
2. 写出它们的二进制形式 （我们只关心第三和第四个八位字节）：
  - ... .00000001 . 00000000
  - ... .00000001 . 10000000
3. 寻找最长共同前缀 ：从左到右比较，发现它们的前24位是完全相同的 (202.118.1)。在第25位开始出现不同（一个是0，一个是1）。
4. 得出聚合路由 ：
  - 共同的前缀长度是 24位。
  - 聚合后的网络地址取共同前缀部分，后面全置0，即 202.118.1.0。
  - 聚合后的子网掩码就是 /24，即 255.255.255.0。
构建R2的路由条目：
- R2知道，要去往整个 202.118.1.0/24 地址块里的任何一个地址，都必须把包发给路由器R1。
- R1的IP地址是 202.118.2.1，并且是通过R2的L0接口连接的。
结论 :

| 目的IP地址 | 子网掩码 | 下一跳IP地址 | 接口 |

| :--- | :--- | :--- | :--- |

| 202.118.1.0 | 255.255.255.0 | 202.118.2.1 | L0 |

四、怎么学？怎么掌握？

动手算是王道：子网划分和路由聚合必须亲手用笔在纸上进行二进制计算。多做不同需求的练习题，直到形成肌肉记忆。熟练后可以尝试心算。
把自己当成路由器：在分析路由表问题时，把自己代入到那台路由器中。问自己："我有哪些门（接口）？每个门直接通向哪里？我要去一个陌生的地方，应该把信交给哪个邻居？"
理解"最长前缀匹配" ：这是路由的灵魂。要明白为什么R1收到一个去DNS服务器的包时，会优先匹配主机路由而不是默认路由。因为/32的前缀比/0长得多。
使用模拟器 ：使用像Cisco Packet Tracer这样的网络模拟软件，亲手搭建题目中的拓扑图，配置IP地址，设置路由。然后用ping和tracert命令来验证你的配置是否正确。这是从理论到实践最好的桥梁。

好的，这个问题非常关键，是把理论知识转化为考试分数的"最后一公里"。我们来总结一下，写路由表到底是什么，以及考试时应该如何思考和练习。

路由表的核心思想：我是谁？我的邻居是谁？

写路由表，本质上就是为一台路由器制作一本"地址簿"或"导航地图"。这本地图非常简单，只回答一个问题：

"来了一个要去 [目的地] 的包裹，我应该从我的哪个门（接口）扔出去，交给哪个邻居（下一跳）？"

你必须把自己想象成这台路由器，你的世界只有你直接连接的线路 和线缆另一头的邻居。你对邻居的邻居一无所知。

考试时的"三步思考法" (黄金法则)

拿到一道路由表题，不要慌，严格按照以下三个步骤思考，就能清晰地写出每一行。

第一步：我是谁？------ 确定视角

思考："题目要求我写哪台路由器的路由表？是R1还是R2？"
动作：在草稿纸上，以这台路由器为中心，重新审视网络拓扑图。你是地图的中心点。

第二步：我的"直辖市"有哪些？------ 填写直连路由

思考："我的哪些接口直接连着一个网络（局域网或点对点链路）？"
动作：这是最简单、最先要写的条目，是送分题！
- 目的地址/掩码：写上这个直连网络的网络地址和子网掩码。
- 下一跳地址 ：留空（或写'---'）。因为包裹已经到达目的地网络，不需要再交给下一个邻居了，你自己就能直接送达。
- 接口：写上你连接这个网络的自己的接口名（如E1, L0）。

第三步：外面的"省份"怎么去？------ 填写间接路由

思考："对于所有不和我直接相连的网络（包括整个互联网），我该把包裹交给哪个唯一的、直接相连的邻居？"
动作：这是路由表的核心，也是最容易出错的地方。
- 目的地址/掩码 ：根据题目要求，写上目标网络/主机的地址和掩码。
  - 如果是去一个特定的远程网络，就写那个网络地址/掩码。
  - 如果是去一个特定的远程主机，就写那个主机地址，掩码为 255.255.255.255。
  - 如果是去互联网（即所有未知的地方），就写默认路由 ：目的地址 0.0.0.0，掩码 0.0.0.0。
- 下一跳地址 ：这是最关键的一步！ 填写你为了到达该目的地，必须经过的下一个路由器的、和你直接相连的那个接口的IP地址 。
  - 【常见错误】：千万不能写最终目标路由器的地址，只能写你"邻居"的地址！
- 接口：写上你为了把包裹发给上面那个"下一跳邻居"，需要从你自己的哪个接口发出去。

考试需要刻意练习和思考什么？

需要刻意练习的技能：

快速子网划分与聚合 ：这是基本功。给你一个地址块和需求，你要能迅速算出网络地址、掩码。反之，给你几个网络，要能快速找到共同前缀，算出聚合地址和掩码。这个必须练到形成肌肉记忆。
"下一跳"地址的准确定位：找一道复杂的拓扑图，随机指定一个源路由器和一个目的网络，反复练习只找"下一跳"地址。问自己："从A到Z，第一步是迈向谁？" 答案永远是B，而不是C、D或Z。
区分不同路由类型 ：
- 直连：下一跳为空。
- 主机路由 ：掩码是 /32。
- 默认路由 ：地址和掩码都是 0.0.0.0。
- 网络路由：最常见的形式。
- 聚合路由 ：由多个小网络合并而来。
  专门找包含这几类路由的综合题来做，强化区分能力。
画图能力 ：考试时，不要直接在题目给的图上思考。在草稿纸上重新画一个简化的拓扑图，只标出路由器、网络地址和关键的接口IP，这能让你的思路非常清晰。

考试时需要思考的检查点：

视角检查：我写的是R1的表还是R2的表？有没有搞混？
直连检查：所有和我直接相连的网络，是不是都写进去了？它们的"下一跳"是不是都留空了？
下一跳地址合法性检查（最重要！） ：检查你填写的所有"下一跳"IP地址 ，问自己："这个IP地址，是不是我一个邻居路由器的、并且是和我直接相连的那个接口的地址？" 如果不是，那一定错了。你的"下一跳"列表里，只可能出现你邻居的IP。
最长前缀匹配原则检查 ：如果题目中有一些特殊的路由（比如主机路由），要思考一下它和默认路由的关系。当一个数据包的目的地址同时匹配主机路由和默认路由时，路由器会选择前者，因为它的前缀更长（/32 > /0）。确保你的路由表逻辑上是正确的。

总之，路由表考察的不是记忆，而是严格的逻辑推理能力。 只要牢记"我-邻居-目的地"这个简单模型，并通过"三步思考法"把直连和间接路由分开处理，再通过"下一跳合法性检查"来验证，就一定能攻克这类问题。