《计算机网络技术基础》项目5IPv4地址下子网的划分

项目5IPv4地址下子网的划分本项目主要涉及IPv4地址的子网划分。子网划分是IP地址规划的基本功，是规划一个网络的基本内容。熟练掌握子网划分的方法是我们学习本课程的重点之一。2025/2/112理解子网划分的必要性。理解掩码的作用。理解子网划分的原则。掌握子网划分的方法。2025/2/113子网划分的必要性掩码子网划分的原则与方法2025/2/114子网划分的必要性2025/2/115（1）IP地址利用率低下。一个C类地址的理论主机地址数为28-2，即254个；一个B类地址的理论主机地址数为216-2，即65534个；一个A类地址的理论主机地址数为224-2，即16,777,214个。即使电信部门分配给你一个C类网络地址，也很少有人能够把这些主机地址用完，更何况A和B类地址，所以这种划分方法造成极大的IP地址浪费。（2）网络设置不够灵活。二级网络划分体制划分的网络的大小和规模是不可变的，电信部门给予一个网络地址，自身不能再做改变，不能再在网络下根据需要划分二级网络，在网络管理上灵活度很差。（3）造成路由表的体积太大，网络运行效率大受影响。二级划分体制的网络由于网络只有一级，所以对路由器而言，网络数量越多，路由表的规模就越大，则路由器的路由负担就越重。二级IP划分体制主要存在的弊端2025/2/116造成IP二级划分体制弊端的根本原因是网络规模的不可变性。改变这一弊端的方式就是网络下面再自主划分子网，IP地址组成由“网络地址位+主机地址位”变为“网络地址位+子网地址位+主机地址位”的三级体制，如下图所示，甚至是子网下面可以再划分子网的多级体制，子网的规模可以自由控制，这样就提高了网络建制的灵活性。这种划分体制能够充分利用有限的IP资源。子网划分的必要性2025/2/117掩码2025/2/118数据包的转发，对大多数的路由器来说只负责将数据包转发至目的主机所在的网络或子网中，因此需要从目的主机的IP地址中提取网络号或子网号。在二级体制下，无论是人还是路由器，在判断一个主机所在的网络的网络地址是比较好判断的，因为只要看主机IP地址的前几位二进制数，就能区分开A、B、C类地址，以及它们的网络地址位是多少位（参见图2-4）。但是划分子网后的三级体制却存在一定的困难，即路由器在路由时无法获知一个子网的子网地址为有多少位，是哪些位。子网掩码可以解决这一问题。掩码2025/2/119子网掩码（SubnetMask）将某个IP地址划分成网络地址位（包括子网地址位）和主机地址位两部分。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码的设定必须遵循一定的规则。与IP地址相同，子网掩码由1和0组成，且1和0分别连续。子网掩码的长度也是32位，左边是网络地址位（包括子网地址位），用二进制数字“1”表示，“1”的数目等于网络地址位的长度；右边是主机地址位，用二进制数字“0”表示，“0”的数目等于主机地址位的长度。当我们去判断一个主机地址所在的网络的时候，只要将该主机的IP地址与子网掩码二进制相与运算即可。所以我们在配置一个主机的IP地址时，还要配置该主机的掩码。掩码2025/2/1110虽然对于二级划分体制下，A、B、C类主机地址不需要掩码也能判断其网络地址位，但是为了与掩码体制统一起来，也给它们配置了掩码，并把它们称为缺省子网掩码。A类网络缺省子网掩码：255.0.0.0。B类网络缺省子网掩码：255.255.0.0。C类网络缺省子网掩码：255.255.255.0。A、B、C类地址中子网地址位为1位的情况仅出现在网络互联设备支持无类别域间路由选择协议（CIDR）时。掩码2025/2/11112025/2/1112子网划分的原则与方法2025/2/1113给一个网络地址，在该网络地址下再划分子网，其划分原则有如下几条：（1）IP地址中的主机地址位不能全为1。主机地址位为全1的地址为该网段的广播地址，不能分配给具体的主机。（2）IP地址中的主机地址位不能全为0。主机地址位为全0的地址为该网段的网络地址，不能分配给具体的主机。当前的互联设备基本都支持无类别域间路由选择协议（CIDR）。如果网络互联设备不支持CIDR，则子网地址位为全0或者全1的子网是不可以出现的。如果网络互联设备不支持CIDR，则在上两条原则的基础上还应该加两条，即：（3）IP地址中的子网地址位不能全为1。（4）IP地址中的子网地址位不能全为0。子网划分的原则2025/2/1114给出一个网络地址，对其进行子网划分，主要有以下几个步骤：（1）确定需要划分多少个子网；（2）确定每个子网的最大主机数量；（3）确定子网掩码；（4）确定有效的网络地址；（5）确定每个子网上有效主机的IP地址范围；（6）确认是否满足了网络数量和最大主机数量要求。子网划分的方法2025/2/1115下面通过一个例子来说明子网掩码的划分过程。由于现在的互联设备基本都支持CIDR，在该例中，只考虑允许子网地址位为全0和全1的情况。给出C类地址192.168.10.0，要求至少划分成12个子网，且子网地址位最少，根据划分结果写出：（1）子网掩码；（2）头3个子网的网络地址和最后一个子网的网络地址，及在这4个网络上的有效主机地址范围；（3）确定使用的划分方法最多可以划分多少个子网，以及每个子网拥有的主机地址数量。例题2025/2/1116（1）至少划分为12个子网，也就是需要计算出要从IP二级体制下的主机地址位拿出多少位放下12个子网地址。需要注意的是0也算一个子网，即对12个子网的编号可以是0到11，最大子网的编号是11，所以，拿出的主机地址位只需要把11放的下就行。1100转换为二进制数后是1011，共计4位，所以，需要拿出4个位做子网地址位，拿出的子网地址位必须紧靠原有的网络地址位。对C类地址192.168.10.0来说，原有网络地址位为IP地址最左边的24个位，加上现在子网划分需要的4个位，则新的网络地址位共28位，主机地址位则有4位。由此可计算出该种子网划分方式的子网掩码为255.255.255.240。划分子网后的主机地址位数为4位，4位二进制数最多可以表示24，共16个数，即可以表示16个IP地址，但是其中要包含主机地址位为全0的表示网络地址的IP，和主机地址位为全1的表示该网络广播地址的IP，这两个地址不能分配给具体的主机，所以在这种子网划分方式下，每个子网能分配给具体主机的主机IP只有14个。如果对每个子网的主机数量有要求，则看看该划分方法是否满足要求，如果不满足，则需要在子网数量或者每个子网的主机数量上做出调整。本例中未对子网所含主机数量做出要求。例题解析2025/2/1117（2）有了掩码之后，各个子网的网络地址就比较好确定了。对于给定的网络192.168.10.0划分子网之后的网络地址，前24位是原有二级体制划分下的网络地址位，不可改变。变动的是紧随其后的作为子网地址位的四个二进制位，这四个位能表示多少个数，就表示可以划分成多少个子网，所以其表示的数由小到大，依次为0000，0001，0010，……，1111，共16个，也即为24。一个网络的网络地址中主机地址位为全0，所以最后该种子网划分方式下所有网络地址的最后八位二进制位依次为00000000，00010000，00100000，……，11110000，转化成十进制也就是0,16,32，……，240。由此该种子网划分方法下前三个子网地址为192.168.10.0,192.168.10.16,192.168.10.32，最后一个子网的网络地址为192.168.10.240。对于给定的网络192.168.10.0在掩码为255.255.255.240的子网划分方式下，每个子网只有4个主机地址位。每个子网的主机地址位全0的为网络地址，全1的为网络的广播地址，不能分配给具体的主机。所以对这四个位能够表示的主机地址数为24-2=14个，分别是0001,0010,0011,……，1110。由此可以得出前三个网络地址，和最后一个网络地址，及它们的主机地址范围，见下页图。例题解析2025/2/11182025/2/1119第一个子网地址：192.168.10.0。主机地址范围：192.168.10.1-192.168.10.14；第二个子网地址：192.168.10.16。主机地址范围：192.168.10.17-192.168.10.30；第三个子网地址：192.168.10.32。主机地址范围：192.168.10.33-192.168.10.46；最后一个子网地址：192.168.10.240。主机地址范围：192.168.10.241-192.168.10.254。（3）由（2）中分析即可得，在这种网络划分方式下，可划分出24=16个子网，每个子网可分配24-2=14个主机地址。例题解析2025/2/1120由上例题，总结几个公式如下：（1）给出要求划分的子网的数量n，求子网划分所占的位数N。N等于n-1转换为二进制数后二进制数的位数。（2）已知子网掩码，求可以生成多少个子网络。使用公式：2N，这里N为子网地址位数。（3）求每个网络上有多少个有效主机IP地址。使用公式：2H-2，这里H为主机地址位数。（4）计算每个子网的主机地址范围。主机地址范围的起始地址＝子网网络地址＋1；主机地址范围的终结地址＝下一个子网网络地址-2或者＝本