《計算機網(wǎng)絡技術基礎》項目5IPv4地址下子網(wǎng)的劃分VIP

項目5IPv4地址下子網(wǎng)的劃分本項目主要涉及IPv4地址的子網(wǎng)劃分。子網(wǎng)劃分是IP地址規(guī)劃的基本功，是規(guī)劃一個網(wǎng)絡的基本內(nèi)容。熟練掌握子網(wǎng)劃分的方法是我們學習本課程的重點之一。2025/2/112理解子網(wǎng)劃分的必要性。理解掩碼的作用。理解子網(wǎng)劃分的原則。掌握子網(wǎng)劃分的方法。2025/2/113子網(wǎng)劃分的必要性掩碼子網(wǎng)劃分的原則與方法2025/2/114子網(wǎng)劃分的必要性2025/2/115（1）IP地址利用率低下。一個C類地址的理論主機地址數(shù)為28-2，即254個；一個B類地址的理論主機地址數(shù)為216-2，即65534個；一個A類地址的理論主機地址數(shù)為224-2，即16,777,214個。即使電信部門分配給你一個C類網(wǎng)絡地址，也很少有人能夠把這些主機地址用完，更何況A和B類地址，所以這種劃分方法造成極大的IP地址浪費。（2）網(wǎng)絡設置不夠靈活。二級網(wǎng)絡劃分體制劃分的網(wǎng)絡的大小和規(guī)模是不可變的，電信部門給予一個網(wǎng)絡地址，自身不能再做改變，不能再在網(wǎng)絡下根據(jù)需要劃分二級網(wǎng)絡，在網(wǎng)絡管理上靈活度很差。（3）造成路由表的體積太大，網(wǎng)絡運行效率大受影響。二級劃分體制的網(wǎng)絡由于網(wǎng)絡只有一級，所以對路由器而言，網(wǎng)絡數(shù)量越多，路由表的規(guī)模就越大，則路由器的路由負擔就越重。二級IP劃分體制主要存在的弊端2025/2/116造成IP二級劃分體制弊端的根本原因是網(wǎng)絡規(guī)模的不可變性。改變這一弊端的方式就是網(wǎng)絡下面再自主劃分子網(wǎng)，IP地址組成由“網(wǎng)絡地址位+主機地址位”變?yōu)椤熬W(wǎng)絡地址位+子網(wǎng)地址位+主機地址位”的三級體制，如下圖所示，甚至是子網(wǎng)下面可以再劃分子網(wǎng)的多級體制，子網(wǎng)的規(guī)模可以自由控制，這樣就提高了網(wǎng)絡建制的靈活性。這種劃分體制能夠充分利用有限的IP資源。子網(wǎng)劃分的必要性2025/2/117掩碼2025/2/118數(shù)據(jù)包的轉發(fā)，對大多數(shù)的路由器來說只負責將數(shù)據(jù)包轉發(fā)至目的主機所在的網(wǎng)絡或子網(wǎng)中，因此需要從目的主機的IP地址中提取網(wǎng)絡號或子網(wǎng)號。在二級體制下，無論是人還是路由器，在判斷一個主機所在的網(wǎng)絡的網(wǎng)絡地址是比較好判斷的，因為只要看主機IP地址的前幾位二進制數(shù)，就能區(qū)分開A、B、C類地址，以及它們的網(wǎng)絡地址位是多少位（參見圖2-4）。但是劃分子網(wǎng)后的三級體制卻存在一定的困難，即路由器在路由時無法獲知一個子網(wǎng)的子網(wǎng)地址為有多少位，是哪些位。子網(wǎng)掩碼可以解決這一問題。掩碼2025/2/119子網(wǎng)掩碼（SubnetMask）將某個IP地址劃分成網(wǎng)絡地址位（包括子網(wǎng)地址位）和主機地址位兩部分。子網(wǎng)掩碼不能單獨存在，它必須結合IP地址一起使用。子網(wǎng)掩碼的設定必須遵循一定的規(guī)則。與IP地址相同，子網(wǎng)掩碼由1和0組成，且1和0分別連續(xù)。子網(wǎng)掩碼的長度也是32位，左邊是網(wǎng)絡地址位（包括子網(wǎng)地址位），用二進制數(shù)字“1”表示，“1”的數(shù)目等于網(wǎng)絡地址位的長度；右邊是主機地址位，用二進制數(shù)字“0”表示，“0”的數(shù)目等于主機地址位的長度。當我們?nèi)ヅ袛嘁粋€主機地址所在的網(wǎng)絡的時候，只要將該主機的IP地址與子網(wǎng)掩碼二進制相與運算即可。所以我們在配置一個主機的IP地址時，還要配置該主機的掩碼。掩碼2025/2/1110雖然對于二級劃分體制下，A、B、C類主機地址不需要掩碼也能判斷其網(wǎng)絡地址位，但是為了與掩碼體制統(tǒng)一起來，也給它們配置了掩碼，并把它們稱為缺省子網(wǎng)掩碼。A類網(wǎng)絡缺省子網(wǎng)掩碼：255.0.0.0。B類網(wǎng)絡缺省子網(wǎng)掩碼：255.255.0.0。C類網(wǎng)絡缺省子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0。A、B、C類地址中子網(wǎng)地址位為1位的情況僅出現(xiàn)在網(wǎng)絡互聯(lián)設備支持無類別域間路由選擇協(xié)議（CIDR）時。掩碼2025/2/11112025/2/1112子網(wǎng)劃分的原則與方法2025/2/1113給一個網(wǎng)絡地址，在該網(wǎng)絡地址下再劃分子網(wǎng)，其劃分原則有如下幾條：（1）IP地址中的主機地址位不能全為1。主機地址位為全1的地址為該網(wǎng)段的廣播地址，不能分配給具體的主機。（2）IP地址中的主機地址位不能全為0。主機地址位為全0的地址為該網(wǎng)段的網(wǎng)絡地址，不能分配給具體的主機。當前的互聯(lián)設備基本都支持無類別域間路由選擇協(xié)議（CIDR）。如果網(wǎng)絡互聯(lián)設備不支持CIDR，則子網(wǎng)地址位為全0或者全1的子網(wǎng)是不可以出現(xiàn)的。如果網(wǎng)絡互聯(lián)設備不支持CIDR，則在上兩條原則的基礎上還應該加兩條，即：（3）IP地址中的子網(wǎng)地址位不能全為1。（4）IP地址中的子網(wǎng)地址位不能全為0。子網(wǎng)劃分的原則2025/2/1114給出一個網(wǎng)絡地址，對其進行子網(wǎng)劃分，主要有以下幾個步驟：（1）確定需要劃分多少個子網(wǎng)；（2）確定每個子網(wǎng)的最大主機數(shù)量；（3）確定子網(wǎng)掩碼；（4）確定有效的網(wǎng)絡地址；（5）確定每個子網(wǎng)上有效主機的IP地址范圍；（6）確認是否滿足了網(wǎng)絡數(shù)量和最大主機數(shù)量要求。子網(wǎng)劃分的方法2025/2/1115下面通過一個例子來說明子網(wǎng)掩碼的劃分過程。由于現(xiàn)在的互聯(lián)設備基本都支持CIDR，在該例中，只考慮允許子網(wǎng)地址位為全0和全1的情況。給出C類地址192.168.10.0，要求至少劃分成12個子網(wǎng)，且子網(wǎng)地址位最少，根據(jù)劃分結果寫出：（1）子網(wǎng)掩碼；（2）頭3個子網(wǎng)的網(wǎng)絡地址和最后一個子網(wǎng)的網(wǎng)絡地址，及在這4個網(wǎng)絡上的有效主機地址范圍；（3）確定使用的劃分方法最多可以劃分多少個子網(wǎng)，以及每個子網(wǎng)擁有的主機地址數(shù)量。例題2025/2/1116（1）至少劃分為12個子網(wǎng)，也就是需要計算出要從IP二級體制下的主機地址位拿出多少位放下12個子網(wǎng)地址。需要注意的是0也算一個子網(wǎng)，即對12個子網(wǎng)的編號可以是0到11，最大子網(wǎng)的編號是11，所以，拿出的主機地址位只需要把11放的下就行。1100轉換為二進制數(shù)后是1011，共計4位，所以，需要拿出4個位做子網(wǎng)地址位，拿出的子網(wǎng)地址位必須緊靠原有的網(wǎng)絡地址位。對C類地址192.168.10.0來說，原有網(wǎng)絡地址位為IP地址最左邊的24個位，加上現(xiàn)在子網(wǎng)劃分需要的4個位，則新的網(wǎng)絡地址位共28位，主機地址位則有4位。由此可計算出該種子網(wǎng)劃分方式的子網(wǎng)掩碼為255.255.255.240。劃分子網(wǎng)后的主機地址位數(shù)為4位，4位二進制數(shù)最多可以表示24，共16個數(shù)，即可以表示16個IP地址，但是其中要包含主機地址位為全0的表示網(wǎng)絡地址的IP，和主機地址位為全1的表示該網(wǎng)絡廣播地址的IP，這兩個地址不能分配給具體的主機，所以在這種子網(wǎng)劃分方式下，每個子網(wǎng)能分配給具體主機的主機IP只有14個。如果對每個子網(wǎng)的主機數(shù)量有要求，則看看該劃分方法是否滿足要求，如果不滿足，則需要在子網(wǎng)數(shù)量或者每個子網(wǎng)的主機數(shù)量上做出調(diào)整。本例中未對子網(wǎng)所含主機數(shù)量做出要求。例題解析2025/2/1117（2）有了掩碼之后，各個子網(wǎng)的網(wǎng)絡地址就比較好確定了。對于給定的網(wǎng)絡192.168.10.0劃分子網(wǎng)之后的網(wǎng)絡地址，前24位是原有二級體制劃分下的網(wǎng)絡地址位，不可改變。變動的是緊隨其后的作為子網(wǎng)地址位的四個二進制位，這四個位能表示多少個數(shù)，就表示可以劃分成多少個子網(wǎng)，所以其表示的數(shù)由小到大，依次為0000，0001，0010，……，1111，共16個，也即為24。一個網(wǎng)絡的網(wǎng)絡地址中主機地址位為全0，所以最后該種子網(wǎng)劃分方式下所有網(wǎng)絡地址的最后八位二進制位依次為00000000，00010000，00100000，……，11110000，轉化成十進制也就是0,16,32，……，240。由此該種子網(wǎng)劃分方法下前三個子網(wǎng)地址為192.168.10.0,192.168.10.16,192.168.10.32，最后一個子網(wǎng)的網(wǎng)絡地址為192.168.10.240。對于給定的網(wǎng)絡192.168.10.0在掩碼為255.255.255.240的子網(wǎng)劃分方式下，每個子網(wǎng)只有4個主機地址位。每個子網(wǎng)的主機地址位全0的為網(wǎng)絡地址，全1的為網(wǎng)絡的廣播地址，不能分配給具體的主機。所以對這四個位能夠表示的主機地址數(shù)為24-2=14個，分別是0001,0010,0011,……，1110。由此可以得出前三個網(wǎng)絡地址，和最后一個網(wǎng)絡地址，及它們的主機地址范圍，見下頁圖。例題解析2025/2/11182025/2/1119第一個子網(wǎng)地址：192.168.10.0。主機地址范圍：192.168.10.1-192.168.10.14；第二個子網(wǎng)地址：192.168.10.16。主機地址范圍：192.168.10.17-192.168.10.30；第三個子網(wǎng)地址：192.168.10.32。主機地址范圍：192.168.10.33-192.168.10.46；最后一個子網(wǎng)地址：192.168.10.240。主機地址范圍：192.168.10.241-192.168.10.254。（3）由（2）中分析即可得，在這種網(wǎng)絡劃分方式下，可劃分出24=16個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)可分配24-2=14個主機地址。例題解析2025/2/1120由上例題，總結幾個公式如下：（1）給出要求劃分的子網(wǎng)的數(shù)量n，求子網(wǎng)劃分所占的位數(shù)N。N等于n-1轉換為二進制數(shù)后二進制數(shù)的位數(shù)。（2）已知子網(wǎng)掩碼，求可以生成多少個子網(wǎng)絡。使用公式：2N，這里N為子網(wǎng)地址位數(shù)。（3）求每個網(wǎng)絡上有多少個有效主機IP地址。使用公式：2H-2，這里H為主機地址位數(shù)。（4）計算每個子網(wǎng)的主機地址范圍。主機地址范圍的起始地址＝子網(wǎng)網(wǎng)絡地址＋1；主機地址范圍的終結地址＝下一個子網(wǎng)網(wǎng)絡地址-2或者＝本