随着校园网规模的日益扩大，建网时间长，使用人数多的高校，如北京大学，存在IP地址数量多，多种分配方式并存的现象。若采用手动方法管理IP地址，不仅操作不便，而且极易出现错误。

　　根据校园网管理IP地址的实际需求，本着向网管人员提供最佳的使用界面，北京大学开发了校园网IP地址资源管理系统。

　　特点

　　管理IP地址主要是给互联网接入单元分配网络地址。在CERNET中，各接入高校从上一级IP地址管理机构获得某些地址段，在其校园内分配使用，统一管理。

　　例如，北京大学拥有一个B类子网162.105.0.0/16和若干C类子网。从地址分配角度看，这相当于地址池，在此基础上进行校园内IP地址和子网划分。

　　为了更合理、有效地利用有限的IP地址资源，北京大学采用变长子网划分方法，即同一网络内不同的子网采用不同的子网掩码，形成不同大小的子网，分配给不同的院系。由院系管理员进一步分配他所管辖的IP地址段。

　　对于个别管理能力弱，IP地址用量小的院系，采取计算中心直接分配和管理单个IP地址的方法。

　　IP地址的分配和使用特点可概括为：
　　1.地址分配方式不同，既有静态IP，又有动态IP；
　　2.子网大小不同，既有以楼宇和片区为单位分配的不同掩码子网，也有单个IP地址的直接分配；
　　3.连通性不同，既有只能访问校内资源的IP地址，又有可以访问国内或国际的IP地址。

　　系统结构

　　为了更好地进行IP地址管理，北京大学采用三级管理机制。

　　第一级是地址池的管理，即对校园网所有IP地址的分配情况、使用状况、地址属性进行管理，管理单元是从上一级地址分配机构获得的地址段；

　　第二级是子网管理，即从第一级的地址池中作进一步划分，根据需要分给不同的部门和楼宇，管理单元是已经分配校内单位的地址子网；

　　第三级是单个IP地址管理，即具体某台主机的IP分配情况。其结构如图1所示。

　　根据实际IP管理的需求，系统分别为地址池、子网、单个IP地址管理提供操作界面，图2是首页面的地址池使用比例饼图以及左侧栏的系统功能导航。

　　地址池管理

　　随着网络规模的变化，校园网可能会增加新的地址块，也可能释放多余的地址块，还可能对每个地址块信息的描述进行更新，因此，系统相应地要向管理员提供地址池的添加、删除、更新等功能。图3为地址池管理界面。

　　子网管理

　　系统提供释放子网的功能。首先,系统提供分配子网的功能，当某部门所分配的子网信息有改变时，就要及时更新子网；当某部门不再需要分配的子网、或其当前子网不再满足要求而需要分配新的子网时，应释放当前子网。

　　系统提供合并子网的功能。采用可变长子网掩码（VLSM）分配机制，将网络划分成不同大小的子网，可以节省大量的IP地址空间，即划分子网的功能；有时又需要将几个小的网络合并成一个大的网络，以便统一管理。

　　此外，系统还提供快速分配子网的功能。当指定子网掩码的网络地址位数，即指定了子网的大小，系统应随机生成符合要求的多个子网段供网管人员选择，图4为子网管理界面。

　　单个IP地址管理

　　每一个使用IP协议进行通信的网络接口都应该有一个IP地址。与子网管理类似，系统应该提供对单个IP地址进行分配、释放和更新的功能，图5为IP地址管理界面。

　　地址查询

　　当网管人员需要查询满足特定条件（如子网号、VLAN号、使用单位等）的某个或某些子网时，需使用查询子网功能。同样，可以指定IP地址的查询条件，如IP地址号、MAC地址、使用单位、地址类型等查询特定的IP地址。系统将查询结果返回给用户。图6为子网查询界面。

　　管理权限

　　基于安全因素考虑，系统对各级管理设置了不同的管理权限。如果对地址池、子网进行操作的管理人员，必须经过校级管理员身份验证。同理，如果对单个IP地址进行操作，则需要院系级管理员权限。

　　系统辅助功能

　　管理员经常需要查看对地址池、子网、IP地址操作的历史记录，以获取某些有用信息。因此，系统应提供查询地址池、子网、IP等变更历史的功能。

　　应用Struts + Hibernate 框架

　　Struts是一个开放源代码的应用框架，Web应用程序开发人员通过Struts Framework，可以充分利用面向对象设计、代码重用以及“编写一次、到处运行”的优点。它基于模型（Model）－视图（View）－控制器（Controller）设计模式。

　　因此，系统在地址池管理、子网管理、IP地址管理中都应用了Struts框架，在持久化层选用Hibernate中间件，模型层通过Hibernate API访问持久化层，而控制层的Action又可以访问模型层。

　　因为子网管理的实现是三级中最为复杂的一级，而子网划分、子网合并又是子网管理最具特色的部分，所以本文仅以子网划分、子网合并为例，讲述其实现过程，描述该过程的MVC架构如图7所示。

　　子网划分

　　IP地址分为网络域和主机域，掩码用于说明子网域在一个IP地址中的位置，通过使用掩码可将主机域分出若干位作子网域，从而达到划分子网的目的。

　　划分子网应遵循如下准则：
　　1.确定需要的子网数目；
　　2.确定各个子网上需要的主机ID数目。

　　例如,IPv4地址前缀162.105.130.0/20有20个固定位和12个可变位。假如某院系最多需要30个子网，可以将12个可变位中的5位用来标识子网（使用5个位最多可以表示30个子网），剩余的7位用来标识各个子网上的主机ID（7个位最多可以表示126个主机ID）。

　　每个子网网络ID的结果地址前缀长度都是17位（原来的12位加上用于划分子网的5位）。IPv4的子网划分产生了一组子网网络ID及与其对应的有效IPv4地址范围。地址计算所采用的公式是：2n-2

　　在这个公式中，n代表子网或主机域的位数，减2说明从计算出的地址总数中减去两个保留地址——网络地址和广播地址。RFC 950要求限制子网号为“全0”和“全1”的使用。在一些特定情况下，这些限制地址还是可以用的,它取决子网中的设备所使用的IP软件。

　　通过划分子网，系统可以尽可能高效利用可用的地址空间。但是子网的数量不宜过多，因为子网化是以牺牲部分IP地址为代价的。

　　Web页面提示用户输入掩码，这就是MVC模式的视图部分，用户输入完毕，进行提交后，Struts框架自动将请求转发给控制器SubnetAction，该控制器调用模型组件SubnetModel完成划分工作。

　　子网合并

　　合并子网所应用的Struts框架的过程与划分子网类似，只是实现各组件的具体方法不同。就模型部分的合并子网方法而言，它和子网划分的过程正好相反，它将几个小的子网合并到一起，形成一个大的网络。这需要从每个子网的网络域部分取若干位作为新子网的网络域，而剩下的部分则属于主域。

　　当然，并不是任意两个或几个子网都可以进行合并。若是连续的子网号，则可以合并；否则，不能进行合并。为了使界面更加友好，用户不必输入想要合并的子网，而是通过页面提供的复选框，选择任意个数的子网进行合并。

　　根据Forrester研究机构的调查数据，在接受调查的公司之中，管理IP地址正在从25%传统的手工方式转变为使用内部开发的应用程序，还有20%使用第三方工具。

　　目前，本系统正在北京大学校园网上运行。作为北京大学校园网运行管理综合框架的一部分，本系统的研究和开发为其他管理功能的实现提供了扎实的基础。同时，可以与已经在线运行的实时IP地址使用情况、监视用户管理系统的IP地址账号和服务器账号等功能进一步融合，获得校园网IP地址分配和使用的全貌，为IP地址的合理分配、使用、规划提供原始数据。