网络技术：子网划分
子网划分
子网划分的优点
子网划分是指将大型网络划分为一系列小网络的操作，通过子网划分可以带来很多好处。首先子网划分可以减少网络流量，如果一个大型网络没有划分广播域，则在这个网络中仍然会充满着网络流量。划分子网之后需要在每个子网部署路由器，此时在本地网络传输的流量都会在本网络中传输。只有需要发送到其他网络的分组需要穿越路由器，这样能使得网络流量减少，进而优化了网络性能。子网划分能使网络更易于管理，在一系列小网络中进行管理和排错，会比对一整个大网络进行管理更加容易。子网划分也有助于覆盖大型地理区域，单个在地理层面上是大跨度的网络，会比将多个小网络连接起来的效率更低。
子网掩码
从 IP 数据报首部无法看出源主机或目的主机的网络是否划分了子网，这需要通过子网掩码类确定主机地址的哪部分为子网地址。子网掩码和主机 IP 地址做“与 (AND)”运算后，得到的主机号部分全部为 0。
| 网络 | 默认子网掩码 |
|---|---|
| A 类 | 255.0.0.0 |
| B 类 | 255.255.0.0 |
| C 类 | 255.255.255.0 |
子网划分常用值
2 的 n 次幂
| 2n | 值 |
|---|---|
| 21 | 2 |
| 22 | 4 |
| 23 | 8 |
| 24 | 16 |
| 25 | 32 |
| 26 | 64 |
| 27 | 128 |
| 28 | 256 |
| 29 | 512 |
| 210 | 1024 |
| 211 | 2048 |
| 212 | 4096 |
| 213 | 8192 |
| 214 | 16384 |
| 215 | 32766 |
| 216 | 65534 |
CIDR 值
值得一提的是，我们不会使用 /31 和 /32 的子网掩码，因为至少需要 2 个主机号才能给主机分配 IP 地址。由于点到点链路需要 2 个主机地址，因此 /30 掩码仅适用于这种情况。
| 子网掩码 | CIDR 值 |
|---|---|
| 255.0.0.0 | /8 |
| 255.128.0.0 | /9 |
| 255.192.0.0 | /10 |
| 255.224.0.0 | /11 |
| 255.240.0.0 | /12 |
| 255.248.0.0 | /13 |
| 255.252.0.0 | /14 |
| 225.254.0.0 | /15 |
| 255.255.0.0 | /16 |
| 255.255.128.0 | /17 |
| 255.255.192.0 | /18 |
| 255.255.224.0 | /19 |
| 255.255.240.0 | /20 |
| 255.255.248.0 | /21 |
| 255.255.252.0 | /22 |
| 255.255.254.0 | /23 |
| 255.255.255.0 | /24 |
| 255.255.255.128 | /25 |
| 255.255.255.192 | /26 |
| 255.255.255.224 | /27 |
| 255.255.255.240 | /28 |
| 255.255.255.248 | /29 |
| 255.255.255.252 | /30 |
C 类网络子网划分
划分方式
划分子网的方式就是子网掩码向后退位，然后我们就能明确划分出的子网的相关信息。当子网掩码往后退 n 位(有 n 位 1)时，划分出的子网数量是 2n 个，每个子网中包含的主机数量是 28 - n - 2 个。因为每个子网需要主机号全 0 的地址表示本网络，主机号全 1 的地址为广播地址，划分出的子网增量是 256 - 子网掩码。
样例一
将 192.168.0.0 划分为 2 个子网，其子网掩码为 255.255.255.128(/25)。该子网掩码是往后退了 1 位，因此划分出了 21 = 2 个子网，每个子网有 28 - 1 - 2 = 126 台主机，块增量是 256 - 128 = 128。
| 地址 | 子网 1 | 子网 2 |
|---|---|---|
| 子网地址 | 192.168.0.0 | 192.168.0.128 |
| 第一个主机地址 | 192.168.0.1 | 192.168.0.129 |
| 最后一个主机地址 | 192.168.0.126 | 192.168.0.254 |
| 广播地址 | 192.168.0.127 | 192.168.0.255 |
样例二
将 192.168.10.0 划分为 8 个子网，其子网掩码为 255.255.255.224(/27)。该子网掩码是往后退了 3 位，因此划分出了 23 = 8 个子网，每个子网有 28 - 3 - 2 = 30 台主机，块增量是 256 - 224 = 132。
| 地址 | 子网 1 | 子网 2 | 子网 3 | 子网 4 | 子网 5 | 子网 6 | 子网 7 | 子网 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 子网地址 | 192.168.0.0 | 192.168.0.32 | 192.168.0.64 | 192.168.0.96 | 192.168.0.128 | 192.168.0.160 | 192.168.0.192 | 192.168.0.224 |
| 第一个主机地址 | 192.168.0.1 | 192.168.0.33 | 192.168.0.65 | 192.168.0.97 | 192.168.0.129 | 192.168.0.161 | 192.168.0.193 | 192.168.0.225 |
| 最后一个主机地址 | 192.168.0.30 | 192.168.0.62 | 192.168.0.94 | 192.168.0.126 | 192.168.0.158 | 192.168.0.190 | 192.168.0.222 | 192.168.0.254 |
| 广播地址 | 192.168.0.31 | 192.168.0.63 | 192.168.0.95 | 192.168.0.127 | 192.168.0.159 | 192.168.0.191 | 192.168.0.223 | 192.168.0.255 |
B 类网络子网划分
划分方式
B 类划分子网的方式和 C 类完全一样，也是子网掩码向后退位。当子网掩码往后退 n 位时，划分出的子网数量是 2n 个，每个子网中包含的主机数量是 216 - n - 2 个。
样例一
将 172.16.0.0 划分为 2 个子网，其子网掩码为 255.255.128.0(/17)。该子网掩码是往后退了 1 位，因此划分出了 21 = 2 个子网，每个子网有 216 - 1 - 2 = 32766 台主机，块增量是 256 - 128 = 128。
| 地址 | 子网 1 | 子网 2 |
|---|---|---|
| 子网地址 | 172.16.0.0 | 172.16.128.0 |
| 第一个主机地址 | 172.16.0.1 | 172.16.128.1 |
| 最后一个主机地址 | 172.16.127.254 | 172.16.255.254 |
| 广播地址 | 172.16.127.25 | 172.16.255.255 |
样例二
将 172.16.0.0 划分为 4 个子网，其子网掩码为 255.255.192.0(/18)。该子网掩码是往后退了 2 位，因此划分出了 22 = 5 个子网，每个子网有 216 - 2 - 2 = 16382 台主机，块增量是 256 - 192 = 64。
| 地址 | 子网 1 | 子网 2 | 子网 3 | 子网 4 |
|---|---|---|---|---|
| 子网地址 | 172.16.0.0 | 172.16.64.0 | 172.16.128.0 | 172.16.192.0 |
| 第一个主机地址 | 172.16.0.1 | 172.16.64.1 | 172.16.128.1 | 172.16.192.1 |
| 最后一个主机地址 | 172.16.63.254 | 172.16.127.254 | 172.16.191.254 | 172.16.255.254 |
| 广播地址 | 172.16.63.255 | 172.16.127.255 | 172.16.191.255 | 172.16.255.255 |
A 类网络子网划分
划分方式
A 类划分子网的方式和 B、C 类完全一样，也是子网掩码向后退位。当子网掩码往后退 n 位时，划分出的子网数量是 2n 个，每个子网中包含的主机数量是 224 - n - 2 个。
样例
将 10.0.0.0 划分为 2 个子网，其子网掩码为 255.255.128.0(/9)。该子网掩码是往后退了 1 位，因此划分出了 21 = 2 个子网，每个子网有 224 - 1 - 2 = 16777214 台主机，块增量是 256 - 128 = 128。
| 地址 | 子网 1 | 子网 2 |
|---|---|---|
| 子网地址 | 10.0.0.0 | 10.128.0.0 |
| 第一个主机地址 | 10.0.0.1 | 10.128.0.1 |
| 最后一个主机地址 | 10.127.255.254 | 10.255.255.254 |
| 广播地址 | 10.127.255.255 | 10.255.255.255 |
变长子网掩码(VLSM)
例如我们需要把网络 201.39.18.0/24 划分为 4 个子网，每个子网要求至少容纳的主机数分别为 80、50、25、10 台。此时当直接分成 4 个子网时，每个子网的 IP 地址数为 64 个，这是不能满足要求的，容纳第一个部门，至少需要一个 128 个 IP 地址的子网。此时我们就考虑可变长子网掩码(VLSM)，这种划分子网的手法可以令不同的子网使用不同的子网掩码。
首先将 C 类地址向后借一位，分成 2 个 128 个 IP 地址的子网。接着将其中一个子网再向后退一位，再次分割成 2 个子网，其中的一个 64 个 IP 地址的子网用来满足子网二的需求。接着再将其中一个子网再次往后退一位，分成 2 个 32 个 IP 地址的子网，这 2 个子网可以满足剩下两个子网的需求。
| 子网 | 子网地址 | 子网掩码 |
|---|---|---|
| 子网 1 | 201.39.18.0/25 | 255.255.255.128/25 |
| 子网 2 | 201.39.18.128/26 | 255.255.255.192/26 |
| 子网 3 | 201.39.18.192/27 | 255.255.255.224/27 |
| 子网 4 | 201.39.18.224/28 | 255.255.255.240/28 |
参考资料
《CCNA 学习指南(第 7 版)》，[美] Todd Lammle 著，袁国忠 徐宏 译，人民邮电出版社
《计算机网络(第七版)》 谢希仁 著，电子工业出版社
《计算机网络 自顶向下方法》 [美] James F.Kurose,Keith W.Ross 著，陈鸣 译，机械工业出版社
网络层——网际协议 IPv4
