子网和子网掩码

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发布日期:   2020-01-10
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简介

IP地址是以网络号和主机号来标示网络上的主机的，只有在一个网络号下的计算机之间才能”直接”互通，不同网络号的计算机要通过网关（Gateway）才能互通

  • 为什么要划分子网？

IPv4地址如果只使用有类（A、B、C类）来划分，会造成大量的浪费或者不够用，为了解决这个问题，可以在有类网络的基础上，通过对IP地址的主机号进行再划分，把一部分划入网络号，就能划分各种类型大小的网络了

子网划分

为了解决IPv4的不足，提高网络划分的灵活性，诞生了两种非常重要的技术，那就是VLSM（可变长子网掩码 Variable Length Subnet Mask）和CIDR（无类别域间路由 Classless Inter-Domain Routing），把传统标准的IPv4有类网络演变成一个更为高效，更为实用的无类网络

VLSM用于IPv4子网的划分，也就是把一个大的网络划分成多个小的子网；而CIDR则用于IPv4子网的聚合，当然主要是指路由方面的聚合，也就是路由汇总。通过CIDR可以把多个小的子网路由条目汇总成一个大网络的路由条目，以减少路由器中路由条目的数量，提高路由效率

通过VLSM实现子网划分的基本思想很简单：就是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

什么是CIDR

无类域间路由，它是一种IP寻址方案，它改进了IP地址的分配。它取代了基于A、B、C类的旧系统，极大地延长了IPv4的使用寿命，减缓了路由表的增长速度

  • 基于分类的IP地址的问题

旧的IP地址寻址方法效率低下，耗尽IPv4地址的速度比需要的速度更快

当你需要超过254台主机时，你将不得不舍弃C类地址转而采用B类地址。这意味着你需要使用申请B类地址，尽管它们拥有的主机远远少于B类地址所拥有的65535台。
如果一个组织只需要2500台主机，那么使用有B类地址将浪费大约63000台主机

CIDR基于变长子网掩码(VLSM)。这使得它可以定义任意长度的前缀，这种灵活性使其比旧系统更高效。CIDR IP地址由两组数字组成。网络地址被写成一个前缀，就像你看到的普通IP地址一样(例如192.255.255.255)。
第二部分是后缀，表示整个地址中有多少位(例如/12)。综上所述，CIDR IP地址如下所示:192.255.255.255/12

网络前缀也指定为IP地址的一部分。这取决于所需的比特数。因此，通过上面的例子，我们可以说前12位是地址的网络部分，而最后20位是主机地址

192.255.255.255二进制表示为1100 0000. 1111 1111. 1111 1111. 1111 1111

前12位为网络地址，即子网掩码为：1100 0000. 1111 0000. 0000 0000. 0000 0000 转成十进制即为255.240.0.0

以下是IPv4 CIDR块表

等长子网划分

等长子网划分就是将一个有类网络等分成多个网络，也就是等分成多个子网，所有子网的子网掩码都相同

C类地址等分为两个子网：

将192.168.0.0 255.255.255.0这个网络等分成2个子网

该网络子网掩码为/24，要划分为2个子网，要借用主机位1位作为子网位
借用主机1位，所以子网掩码+1位，由原来的255.255.255.0（/24）变为255.255.255.128（/25）

变长子网划分

VLSM规定了如何在一个进行了子网划分的网络中，不同子网使用不同的子网掩码。这对于网络内部不同网段需要不同大小子网的情形来说很有效，这种划分子网的方式叫变长子网划分

变长子网划分其实就是在等长子网的划分上，分别取不同等分子网中的某个或者多个子网

子网掩码

子网掩码是一个32位地址，是与IP地址结合使用的一种技术。它的主要作用有两个，一是用于屏蔽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。
二是用于将一个大的IP网络划分为若干小的子网络

子网掩码的作用就是用来判断任意两个IP地址是否属于同一子网

为此IP网络还允许划分成更小的网络，称为子网（Subnet），这样就产生了子网掩码。子网掩码的作用就是用来判断任意两个IP地址是否属于同一子网络，这时只有在同一子网的计算机才能”直接”互通

最为简单的理解就是两台计算机各自的IP地址与子网掩码进行AND运算后，如果得出的结果是相同的，则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的，可以进行直接的通讯

  • 怎样确定子网掩码？

要将一个网络划分为多个子网，因此**网络号将要占用原来的主机位**，如对于一个C类地址，它用21位来标识网络号，要将其划分为2个子网则需要占用1位原来的主机标识位。

子网掩码和IP地址一样有32bit，确定子网掩码的方法是其与IP地址中标识网络号的所有对应位都用1，而与``主机号对应的位都是0。如分为2个子网的C类IP地址用22位来标识网络号，则其子网掩码为：11111111 11111111 11111111 10000000即255.255.255.128

下表是C类地址子网划分及相关子网掩码：

子网位数子网掩码主机数可用主机数
1255.255.255.128128126
2255.255.255.1926462
3255.255.255.2243230
4255.255.255.2401614
5255.255.255.24886
6255.255.255.25242

用于子网掩码的位数决定于可能的子网数目和每个子网的主机数目。在定义子网掩码前，必须弄清楚本来使用的子网数和主机数目

定义子网掩码的步骤为：

  1. 确定哪些组地址归我们使用，比如我们申请到的网络号为210.73.124.89，该网络地址为C类IP地址，网络标识为210.73.124，主机标识为89

  2. 根据我们现在所需的子网数以及将来可能扩充到的子网数，用宿主机的一些位来定义子网掩码。
    比如我们现在需要12个子网，将来可能需要16个。用第四个字节的前四位确定子网掩码。前四位都置为1（即把第四字节的最后四位作为主机位，其实在这里有个简单的规律，非网络位的前几位置1原网络就被分为2的几次方个网络，这样原来网络就被分成了2的4次方16个子网），即第四个字节为11110000，这个数我们暂且称作新的二进制子网掩码

  3. 把对应初始网络的各个位都置为1，即前三个字节都置为1，第四个字节后四位置为0，则子网掩码的间断二进制形式为：11111111.11111111.11111111.11110000

  4. 把这个数转化为间断十进制形式为：255.255.255.240，这个数为该网络的子网掩码

具体计算方法：

  • 利用子网数来计算
  1. 将子网数目转化为二进制来表示
  2. 取得该二进制的位数，为 N
  3. 取得该IP地址的类子网掩码，将其主机地址部分的的前N位置1 即得出该IP地址划分子网的子网掩码

例如将B类IP地址168.195.0.0划分成27个子网：
27=11011，该二进制为五位数，N = 5，将B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址前5位置1，得到255.255.248.0

  • 利用主机数来计算
  1. 将主机数目转化为二进制来表示
  2. 如果主机数小于或等于254（注意去掉保留的两个IP地址），则取得该主机的二进制位数，为 N，这里肯定N<8。如果大于254，则 N>8，这就是说主机地址将占据不止8位
  3. 使用255.255.255.255来将该类IP地址的主机地址位数全部置1，然后从后向前的将N位全部置为 0，即为子网掩码值

A类地址的默认子网掩码为255.0.0.0；B类地址的默认子网掩码为255.255.0.0；C类地址的默认子网掩码为：255.255.255.0

运算示例

  • 示例1

IP地址 192.168.0.1

子网掩码 255.255.255.0

转化为二进制进行运算：

IP地址　 11000000.10101000.00000000.00000001

子网掩码 11111111.11111111.11111111.00000000

AND运算 11000000.10101000.00000000.00000000

转化为十进制后为 192.168.0.0

文章作者: 江湖义气
文章链接: https://blog.wenjy.top/2020/01/10/network/subnet.html
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