探究IP子網(wǎng)劃分的原理

王晶晶,周波

［摘要］ Internet最基本的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是TCP/IP。我們可以通過IP去尋找任何一臺主機，因為IP地址給因特網(wǎng)中的每一臺電腦規(guī)定了一個地址，同時它將不同大小的網(wǎng)絡(luò)和不同類型的系統(tǒng)連接在一起，但是由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)量的龐大，增加的IP尋址的難度，我們不得不將大型的網(wǎng)絡(luò)進行子網(wǎng)劃分，劃分為若干的小型網(wǎng)絡(luò)，同時我們還可以利用可變子網(wǎng)掩碼來進一步精細地調(diào)整每個子網(wǎng)。

［關(guān)鍵詞］IP尋址； 子網(wǎng)劃分； 可變子網(wǎng)掩碼(VLSM)

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 10. 039

［中圖分類號］F272.7［文獻標識碼］A［文章編號］1673 - 0194（2012）10- 0070- 02

1引言

ＩＰ地址的到來為我們描繪了一個廣闊的景象，但同時也給我們帶來了一系列的問題：首先我們?nèi)绾谓鉀Q某網(wǎng)絡(luò)上的主機與另一個不同網(wǎng)絡(luò)上的主機進行通信，其次如果全球每人均有電腦且都分配一個至多個ＩＰ地址，那么我們該如何解決ＩＰ地址的數(shù)量問題。

2ＩＰ尋址解決主機間通信問題

主機與主機之間通信，每個數(shù)據(jù)包都被指定了發(fā)送者和接收者的ＩＰ地址，每個接收了數(shù)據(jù)包的路由器都是基于數(shù)據(jù)包的目的ＩＰ地址來決定路由的。

發(fā)送者的ＩＰ地址我們一般稱為源ＩＰ，而接收者的ＩＰ地址一般稱為目的ＩＰ，我們可以通過源和目的確定通信的路徑。對應(yīng)于整個互聯(lián)網(wǎng)而言，ＩＰ地址數(shù)量驚人，如何去尋找２３２個ＩＰ地址中的源和目的是需要解決的問題。

2.1ＩＰ地址中的網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址

2.1.１網(wǎng)絡(luò)地址

ＩＰ中網(wǎng)絡(luò)地址是將數(shù)據(jù)包發(fā)送到遠程網(wǎng)絡(luò)的路由中使用的名稱。我們來看一個通俗的例子，張三是南京人，那么張三的所屬就南京，南京就是張三的網(wǎng)絡(luò)地址，因為南京有很多人，而張三只是其中一員，這一員我們稱為主機。這樣我們就可以確定一個公式：

2.1.２廣播地址

被應(yīng)用程序和主機用來將信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上所有結(jié)點的地址。在ＩＰ地址里面，我們認為２５５．２５５．２５５．２５５用于指向所有網(wǎng)絡(luò)，所有的節(jié)點，眼下之意也就是１７２．１６．２５５．２５５是指向１７２．１６．０．０上的所有子網(wǎng)和主機的，而１０．２５５．２５５．２５５是指向網(wǎng)絡(luò)１０．０．０．０上所有的子網(wǎng)和主機的，１９２．１６８．１．２５５是指向網(wǎng)絡(luò)１９２．１６８．１．０上所有的子網(wǎng)和主機的。

2.2分層的ＩＰ尋址方案

如何解決ＩＰ地址因數(shù)量龐大而導(dǎo)致ＩＰ尋址困難這個難題，方法就是使用兩級或者三級的分層化尋址方案。

因特網(wǎng)的設(shè)計者決定根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的大小來創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)的類別。這些類別分為Ａ類網(wǎng)絡(luò)、Ｂ類網(wǎng)絡(luò)、Ｃ類網(wǎng)絡(luò)、Ｄ類網(wǎng)絡(luò)和Ｅ類網(wǎng)絡(luò)，如表１所示，其中Ｄ類網(wǎng)絡(luò)我們又稱為組播，Ｅ類網(wǎng)絡(luò)適用于研究，也就是說，我們真正可以接觸的網(wǎng)絡(luò)有Ａ、Ｂ和Ｃ三類。

我們發(fā)現(xiàn)在表１中，有一些地址我們并沒有真正地使用到，這些地址，我們都稱之為私有ＩＰ地址，表２展示了所有可用的私有ＩＰ地址范圍。私有地址的出現(xiàn)，是為了節(jié)省寶貴的ＩＰ地址空間，為了滿足廣泛需要的安全目的，我們要注意這些私有ＩＰ地址允許被私有的網(wǎng)絡(luò)所使用，但是絕對不可以通過因特網(wǎng)。

3子網(wǎng)劃分進一步對網(wǎng)絡(luò)進行分層

我們已經(jīng)將網(wǎng)絡(luò)劃分成Ａ、Ｂ和Ｃ類3類，但是我們只是定義了網(wǎng)絡(luò)。如果你想擁有一個網(wǎng)絡(luò)地址，并從中創(chuàng)建６個網(wǎng)絡(luò)的話，應(yīng)該做以下處理。

3.1子網(wǎng)劃分基礎(chǔ)

3.1.１固定的子網(wǎng)掩碼

子網(wǎng)掩碼是一個３２位的二進制值，接收ＩＰ數(shù)據(jù)包的一方可以從ＩＰ地址的主機號部分中區(qū)分出子網(wǎng)ＩＰ號地址。二進制子網(wǎng)掩碼中的１表示精確匹配網(wǎng)絡(luò)位或者是子網(wǎng)位。

在Ａ類、Ｂ類和Ｃ類地址中，默認的子網(wǎng)是不可以改變的，表３闡述了有類網(wǎng)絡(luò)中各種地址默認的子網(wǎng)掩碼的格式和范圍。

3.1.２可變子網(wǎng)掩碼

ＶＬＳＭ是為了有效地使用ＣＩＤＲ和路由匯總來控制路由表的大小，對子網(wǎng)進行層次化編址，以便最有效地利用現(xiàn)有的地址空間。

當從ＩＳＰ那里得到一個成塊的地址，如１９３．１６８．１０．３２／２８，我們可以把它看到兩個部分，第一部分就是１９３．１６８．１０．３２，第二部分就是２８。顯然，通過第一部分，發(fā)現(xiàn)它屬于有類網(wǎng)絡(luò)中的Ｃ類ＩＰ地址，而第二部分就是子網(wǎng)掩碼，２８表示３２位二進制中有２８個１，有４個０，即轉(zhuǎn)化為十進制就是２５５．２５５．２５５．２４０。

3.2進行子網(wǎng)劃分

3.2.１子網(wǎng)劃分的原則

（1） 這個被選用的子網(wǎng)掩碼會產(chǎn)生的子網(wǎng)數(shù)是

２ｘ ＝ 子網(wǎng)數(shù)目。我們首先通過子網(wǎng)掩碼來初步判斷是屬于哪一類的ＩＰ地址，根據(jù)不同的類別，判斷出不同的網(wǎng)絡(luò)位數(shù)。

（2） 每個子網(wǎng)中又會有多少個合法的主機號可用

２ｙ - ２ ＝ 每個子網(wǎng)中主機的數(shù)目。ｙ是非掩碼位的位數(shù)，即子網(wǎng)掩碼二進制位中０的個數(shù)，同樣我們在判斷子網(wǎng)掩碼的位數(shù)的時候，也要首先初步判斷該ＩＰ地址是屬于哪一類別。

（3） 這些合法的子網(wǎng)號

２５６ - 子網(wǎng)掩碼 ＝ 塊大小，即增量值。我們通過增量值，可以知道下一個網(wǎng)段是從哪里開始的。

（4） 每個子網(wǎng)的廣播地址

每個子網(wǎng)都是有網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址所分割的。

（5） 在每個子網(wǎng)中，哪些是合法的主機號

合法主機地址是那些介于子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址之間的ＩＰ地址，但是同時也要注意的是，在ＶＬＳＭ子網(wǎng)劃分中，并非全０就是網(wǎng)絡(luò)地址，全１就是廣播地址。

3.2.２Ｃ類地址的子網(wǎng)劃分

Ｃ類地址的網(wǎng)絡(luò)位一共有３個字節(jié)２４位，那么我們的ＣＩＤＲ值也就必須從／２４～／３２開始取數(shù)。其中／２４也就是傳統(tǒng)意義上的Ｃ類地址。

假設(shè)從ＩＳＰ那邊獲得了一個Ｃ類的ＩＰ地址：１９３．１６８．１０．０／２５。由于／２５對應(yīng)的二進制子網(wǎng)掩碼是１１１１１１１１ １１１１１１１１ １１１１１１１１ １０００００００，十進制表示為２５５．２５５．２５５．１２８。我們將對Ｃ類網(wǎng)絡(luò)地址１９３．１６８．１０．０進行子網(wǎng)劃分。

１９３．１６８．１０．０＝ 網(wǎng)絡(luò)地址

２５５．２５５．２５５．１２８＝ 子網(wǎng)掩碼

我們通過子網(wǎng)劃分的五大原則，有如下分析步驟：

（1） 有多少個子網(wǎng)

由上述獲得的Ｃ類ＩＰ地址，已經(jīng)得知／２５對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼的二進制和十進制表示，那么１１１１１１１１ １１１１１１１１ １１１１１１１１ １０００００００中第四部分首位二進制位為１，因此子網(wǎng)的數(shù)量為２１ ＝ ２個子網(wǎng)。

（2） 每個子網(wǎng)中有多少臺主機

這里面第四部分中有７個０表示主機位，因此我們通過計算可以得到２７ - ２ ＝ １２６，也就是說我們現(xiàn)在的所擁有的主機數(shù)量為１２６臺。

（3） 我們有多少個合法的子網(wǎng)

合法的子網(wǎng)其實計算相當?shù)暮唵?，也就是２５?- １２８ ＝ １２８。這里面是從０開始計算的，因此我們所得到的塊地址大小為１２８，可以得到兩塊，也就是合法的子網(wǎng)為０、１２８。

（4） 每個子網(wǎng)的廣播地址是什么

還記得我們在討論ＩＰ地址中廣播地址的時候，假設(shè)了一個結(jié)論，就是對于一個真實的ＩＰ地址，只要所有以２５５結(jié)尾的ＩＰ地址都是該網(wǎng)絡(luò)地址的廣播地址。

（5） 哪些是合法的主機號

合法的主機號就是介于子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址之間的地址。找出這些合法主機地址的最簡單的方法，就是寫出該子網(wǎng)地址和廣播地址。如表4所示。

兩個不同的子網(wǎng)之間的通信必須通過路由器去完成，下面羅列一下該ＩＰ子網(wǎng)劃分的邏輯拓撲圖１。

4總結(jié)

我們通過上述的分析和實例可知，子網(wǎng)的劃分其實分成兩大類：固定子網(wǎng)掩碼和可變子網(wǎng)掩碼。子網(wǎng)的劃分縮減了主機的數(shù)量，同時通過匯總，把原先數(shù)量龐大或者是雜亂無章的網(wǎng)段，通過相同的網(wǎng)絡(luò)塊，再一次把網(wǎng)絡(luò)匯聚在一起，最后投入到因特網(wǎng)中進行使用。我們正是通過分久必合和合久必分的思想，來提高整個網(wǎng)絡(luò)的ＩＰ尋址的效率。

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