子网划分的原理与理解应用

一、IP地址与子网掩码

1、IP地址

• IP地址由32位二进制数组成
• 一般用点分十进制来表示

2、IP地址由两部分组成

• 网络部分（NETWOEK）
• 主机部分 (HOST)

二、IP地址的分类

1、IP地址分为A、B、C、D、E五类，每一类有不同的划分规则

2、A、B、C三类IP地址的组成

    同一个物理网络上的所有主机都用同一个网络标识，ip地址的4个字节（1个字节为8bits）划分为2个部分：

• 一部分用以标明具体的网络段，即网络标识；
• 另一部分用以标明具体的节点，即主机标识，也就是说某个网络中的特定的计算机号码

IP地址包含网络部分（NETWOEK）和主机部分(HOST)

3、私有地址与公有地址的区别

• 公有IP地址用于Internet
• 私有IP地址是企业用户在内部网络中使用，私有IP地址是不能在Internet上使用

4、私有地址的构成

     私有地址包括3组

• A类：10.0.0.0~10.255.255.255
• B类：172.16.0.0~172.31.255.255
• C类：192.168.0.0~192.168.255.255

三、子网掩码

      子网掩码(subnet mask)又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码，子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。

     子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上

1、32个二进制位

• 对应IP地址的网络部分用1表示；对应IP地址的主机部分用0表示

2、IP地址和子网掩码作“逻辑与”运算得到网络地址

• 0和任何数相与都等于0
• 1和任何数相与都等于任何数本身

• 子网掩码--屏蔽一个IP地址的网络部分的"全1"比特模式

     利用子网掩码可以把大的网络划分成子网，即VLSM(可变长子网掩码)，也可以把小的网络归并成大的网络即超网

    2的主机位数次方-2，因为主机号全为1时表示该网络广播地址，全为0时表示该网络的网络号，这是两个特殊地址

3、IP地址中的特殊网络地址

4、网络中不同主机之间通信

同网段主机之间的通信，将数据直接发送给另一台主机

• 源主机的网络地址=目标主机的网络地址

不同网段主机之间的通信，将数据发送给网关进行转发

• 源主机的网络地址≠目标主机的网络地址

子网掩码（Netmask）可区分IP地址的网络地址部分

    补充：跨网段通信，数据将传递给网关

5、A、B、C三类地址的默认子网掩码

• A类：255.0.0.0
• B类：255.255.0.0
• C类：255.255.255.0

四、子网划分的原因

• 满足不同网络对IP地址的需求
• 实现网络的层次性
• 节省IP地址

五、IP地址分类

1、有类IP地址

    为标准IP地址，分为5类，IP地址 = 网络号 + 主机号，A、B、C类是我们用于分配给一般主机使用的；D、E则不作一般用途：D类用做组播地址（IP数据报三种传输方式：单播、广播、组播），E类作为科研保留网络。

2、子网掩码（划分子网）

   通过向主机号借位产生子网号，使得IP地址的结构变成了网络号+子网号+主机号。即由原来的两层变成了三层。即子网规划的任务就是通过向主机位借位来创建子网，把大网络划分为小网络。

将IP分组中的目的IP地址与子网掩码按位与运算， 提取子网地址。子网掩码：网络号、子网号全取1；主机号全取0。是子网掩码确定了网络号和主机号，而不是网络号和主机号确定了子网掩码。

3、无类地址（无类别域间路由CIDR）

    CIDR消除了有类的界限，让子网掩码的三层结构回到两层，分配IP地址的时候不再以类别来分，而是按照可变长的地址块来分配，提高 IPv4 地址空间分配效率

无类地址格式: a.b.c.d / x, 其中x为前缀长度，表示网络号的位数

CIDR还可以提高路由效率：将多个子网聚合为一个较大的子网，构造超网（supernetting）。有效减少了路由器中路由表项，由此提高了路由效率

六、子网划分的原理

1、子网划分的理解

公式为：

子网数=2ⁿ，其中n为子网部分位数（主机借位数）

有效主机数=2^N-2，其中N为主机部分位数（剩余主机位数）

例如：将192.168.1.0/24划分为4个小网段

解题思路为：

1、首先判断此IP地址是C类地址，网络部分为24位，划分为4个小网段，即子网数=4=2²，n=2，需要向主机部分借2位，为26位

2、将192.168.1.0转为二进制11000000.10101000.00000001.00000000

3、需要借2位，子网号分别为00、01、10、11，对应二进制转十进制可得出四个可用网段的IP地址，即为子网地址

4、子网掩码即为网络部分全为1，即借的两位也变为1，转十进制即可得出子网掩码

5、广播地址即为=下个子网地址的主机数-1

6、算出每段可用的IP地址范围，注意：第一个地址（网络地址）和最后一个地址（广播地址）不可用，主机数为127（环回地址）不可用

2、子网划分中一些地址概念的理解

• 子网的网络地址=从0到255，取每块地址段的首个值
• 子网的广播地址=下一个子网地址的网络地址-1
• 子网的可用地址=子网的网络地址到子网的广播地址区间

   网络地址主机号部分为0，该地址用于标识网络，不能分配给主机，因此不能作为数据的源地址和目的地址

七、子网划分的应用

1、C类地址划分

   IP地址经过一次子网划分后，被分成三个部分-网络位、子网位和主机位

2、子网掩码及相关参数对应表

3、可变长子网掩码（VLSM）

    借用现有网段的主机位的最左边某几位作为子网位，划分出多个子网；VLSM允许把子网划分出更小的子网

    网络ID→通过借位→主机ID

  “主机ID”的部分变成→“网络ID”（子网ID）

    原来的“网络ID”+“子网ID”=新“网络ID”

“子网ID”的长度（n）决定了可以划分子网的数量（2ⁿ）

4、子网地址与广播地址的计算方法

   写出二进制的子网掩码（将n所在的位也变为1，即借位之后的网络部分全为1）

   写出二进制的IP地址

   确定子网部分：网络位和主机位之间是子网部分

   主机位全是0的地址是其所属子网的网络地址（网络地址可IP地址与子网掩码与运算）

   主机位全是1的地址是其所属子网的广播地址（即把网络地址中的主机位全变为1）

八、IP地址汇总

算法：

• 将各个IP地址转为二进制
• 找相同地方，算出相同位数，即为网络部分位数
• 再将相同部分转为十进制

九、IP地址规划及应用

1、IP地址规划原则

• 唯一性
• 可扩展性
• 连续性
• 实意性

2、IP地址规划注意事项

• 互联地址：生产环境中，互联地址全是/30
• Loopback地址：生产环境中，互联地址全是/32路由器做标识使用
• 网关地址：网关地址，基本靠网络号，靠广播地址旁边；