絡基本功（七）：細說IP地址與子網

網絡基本功（七）：細說IP地址與子網

 

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介紹

 

起初，IP地址只有兩層結構：網絡與主機。子網地址向其中添加了一層新的結構：不一樣於僅有主機，網絡有分爲子網與主機。每個子網的功能近乎於完整的網絡。子網的添加構成了三層網絡結構：包含子網的網絡，各自由若干主機構成。IP地址由此被分爲三個部分：網絡ID，子網ID與主機ID。IP地址長度仍固定爲32位，其中，A類網絡8位子網掩碼，B類網絡16位子網掩碼，C類網絡24位子網掩碼。

更多信息

 

對於每一類網絡，網絡數以及每一網絡中包含的主機數，決定了它們各自佔用多少比特位。這一準則一樣適用於如何劃分子網與主機。子網數量爲2的子網ID次方，每一子網內的主機數爲2的主機ID次方。假設一個B類網絡154.71.0.0，網絡ID佔16位（154.71），主機ID佔16位。沒有子網的狀況下一共可容納65，534臺主機。按照實際需求將16位劃分爲子網與主機：1位子網16位主機，或2與14，3與13。。。以下圖所示，劃分爲5位子網與11位主機，子網數越多，主機數越少。

搭建IP子網時，如何劃分子網與主機數是最重要的問題之一。子網所佔位取決於整個網絡中的物理子網數，每一子網中的主機數不能超過子網劃分所容許的最大數量。

 

IP子網掩碼，表示法以及子網計算:

 

在沒有子網的網絡環境下，路由器經過IP地址的前八位來決定是哪一類型的網絡，從而它們知道哪些是網絡ID哪些是主機ID。劃分子網時，路由器也須要知道主機ID是如何劃分紅子網ID與主機ID的，可是劃分方法能夠是任意組合，也沒有辦法從IP地址看出來。所以，必須有額外的信息告知解析IP地址的設備，這一信息稱爲子網掩碼，以32比特數的形式呈現。

掩碼位的1和0結合布爾函數與和或的功能對於地址中的比特位進行選擇或清除。子網掩碼中的32位對應於IP地址相同位置上的數字。掩碼位爲1時，則地址中該位做爲網絡ID或子網ID，而掩碼位爲0時，則地址中該位表示主機ID。

子網掩碼爲1：將IP地址中的0或1與1進行與操做，即：當子網掩碼位爲1，IP地址保持不變。

子網掩碼爲0：任何數和0作與操做都是0，即：當子網掩碼位爲0，IP地址清零。

所以，將子網掩碼應用於IP地址，網絡ID和子網ID保持不變，移除主機ID。執行此功能的路由器由此得到子網地址，由於它知道網絡類型，所以可以區分網絡位與子網地址位。

 

舉例來講，假設將B類網絡154.71.0.0劃分5位爲子網ID，11位爲主機ID。所以，子網掩碼有16個1表明網絡部分（B類網絡），接下來5個1做爲子網部分，11個0用做主機ID。二進制數表示爲11111111 1111111111111000 00000000，十進制數表示爲255.255.248.0。

 

舉例：

假設有一臺主機IP地址154.71.150.42，路由器須要找出該主機位於哪一子網，則它的掩碼操做以下圖所示：

結果，154.71.150.42所屬的子網爲154.71.144.0。另外一臺路由器可以從中區分出網絡ID與子網ID，由於地址的前兩個比特位是10，是一個B類網絡。因此網絡ID佔16位，子網ID必定是17至21。這裏，子網是10010，或子網18。

 

提一個問題：既然子網掩碼只是將網絡地址劃分出網絡部分與子網部分，那爲何還要使用另外的32位比特數255.255.248.0，而不直接將IP地址第21位指定爲分界線呢？這是有歷史緣由的：由於須要考慮不連續的掩碼狀況。同時，它也可以讓路由器進行快速的掩碼操做來找出子網地址。

除了將16位劃分爲5位子網ID與11位主機ID，標準也容許前2位用做子網ID，4位用做主機ID，以後3位用做子網ID，7位用做主機ID。所以子網掩碼爲11000011 10000000。固然，這會形成混淆，是不推薦的，實際中也沒有人會這麼作。

鑑於非連續掩碼實際不會應用，以及現今的計算機速度大幅提高，新的表達法爲154.71.150.42/21。

 

IP子網掩碼設定:

 

假設B類網絡154.71.0.0，沒有子網的話一共有65,534臺主機。劃分子網時，按照如下方法：

·         1位用做子網ID，15位用做主機ID：那麼子網數爲2^1，第一個子網是0，第二個子網是1。每個子網的主機數是2^15-2，或32，766。

·         2位用做子網ID，14位用做主機ID：那麼子網數爲2^2，四個子網0，1，2，3。每個子網的主機數是2^14-2，或16，382。

子網與主機ID位的劃分取決於子網數與子網中最大主機數。假設一個B類網絡中有10個子網，須要4位表示子網（2^4=16，2^3=8），12位用做主機ID，每一子網最多4，094臺主機。

若是你有20個子網，每一子網3，000臺主機，那麼就會碰到問題。須要5位表示20個子網，而3，000臺主機須要12位。這時須要從新組織物理網絡，若是沒法作到，就須要第二個B類網絡。

 

自定義子網掩碼的方法是：從指定網絡類型的默認子網掩碼中，從最左邊的0位開始，按照須要的子網數將0改成1。假設C類網絡200.13.94.0，最後8位可供劃分子網與主機，則有6種不一樣的劃分方法。假如使用3位做爲子網ID，5位做爲主機ID，那麼：

默認C類網絡子網掩碼：11111111 11111111 11111111 00000000

將最左邊的3位0改成1：11111111 11111111 11111111 11100000

即子網掩碼爲：255.255.255.224。

一般狀況下，全部子網大小必須相同。所以，最大一個子網的主機數決定了須要多少位比特用做主機ID。所以前例中，前19個子網每一個子網最多100臺主機，而第20個子網須要3000個主機，就會碰到問題。這種狀況下，須要將最後一個過大的子網拆成若干個小的子網。