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划分子网的 IP 地址和子网掩码

江海博览 2024-08-11 发布于浙江
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padluo

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IP 地址分类
可分配的 IP 和不可分配的 IP
两篇文章中,我们分析了 A/B/C 类 IP 地址的分配,下面来看一下分类 IP 地址的缺点。

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先看一个例子,假设有一个企业,需要一个局域的企业网,这个企业网通过路由器与互联网连接,这个时候,企业需要去申请一个网络号,假如申请了一个 B 类网络号,网络地址是 142.12.0.0 , B 类地址前两个字节,即前面16位, 142.12 是网络号,为什么申请 B 类?我们觉得企业可能会发展的很快,需要支持很多的 IP 地址,每个 B 类的网络可以分配的 IP 地址是 2 的 16 次方减 2 ,减 2 是因为网络地址和广播地址不能分配,所以有 65534 个。有了网络号后,我们可以给企业里面的每一台机器分配 IP 地址,路由器的接口也需要分配 IP 地址。假设企业确实增加了很多主机需要分配 IP 地址,但是有些网络对连接在网络上的计算机数目是有限制的,根本达不到这么大的数值,在一个局域网内要连接成千上万台主机是不现实的,比如 10BASE-T 以太网规定,这个局域网内部,最大的这个结点数只有 1024 个。

随着公司主机数增多,一个网络可能是不够用的,这时,我们可以划分成多个网络,假如我们把它划分成三个网络,三个网络都想通过路由器跟因特网连接在一起,那么,三个网络就需要有三个网络号,之前,我们申请到了一个 B 类网络号 142.12.0.0 ,我们把这个网络号给网络 1 ,网络 2 和网络 3 需要新增网络号,申请新增网络号需要很大的成本,且浪费了原有网络中剩余的大量 IP 地址,一个 B 类网络有 6 万多地址可以用,但是在网络 1 可能只用了一千多个,剩下的 IP 地址就浪费了,其他的网络也用不了。

那么我们如何解决分类 IP 地址的这个缺点呢?

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在这种场景,我们可以使用划分子网的 IP 地址。我们可以在单位之内,把三个网络看成三个子网,基于之前申请的网络号 142.12 ,来给子网分配 IP ,那么我们怎样区分子网呢?我们可以从 142.12.xxx.yyy 的主机号 xxx.yyy 借用一部分作为子网号,比如,我们借用 16 位主机号中的 8 位 xxx 作为子网号,子网 1 为 142.12.0.0 ,子网 2 为 142.12.1.0 ,子网 3 为 142.12.2.0 ,这时,我们可以对子网 1 的主机分配 IP 地址,对应的路由器接口也分配一个 IP 地址 142.12.0.254 ,子网 2 和 子网 3 类似分配,划分子网后,每一个子网就不需要去重新申请网络号了。

这里有个问题,计算机如何知道地址中主机号有多少比特位被用作了子网号?

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子网掩码可以告诉我们, IP 地址中主机号有多少位作为子网号。如果不划分子网的话, IP 是由网络号加主机号组成的两级结构,划分子网之后,我们要拿主机号里面的一部分比特位作为子网号,得到 32 位比特划分子网的 IP 地址,IP 地址变成了网络号、子网号、主机号的三级结构。子网掩码也是 32 位比特的,它使用连续的比特 1 来对应网络号和子网号,网络号有多少位,子网号有多少位,相加起来一共多少位就对应子网掩码有多少位 1 ,子网掩码使用连续的比特 0 来对应主机号,除去网络号、子网号后的主机号有多少位,就对应子网掩码有多少位 0 。然后,我们使用 IP 地址和子网掩码做二进制的与运算,可以得到 IP 地址所在子网的网络地址。

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例如,某个网络的地址是 218.75.230.0 ,使用子网掩码 255.255.255.128 对这个网络进行子网划分,首先,前 8 位 218 在 192~223 之间,属于 C 类地址,它的前三个字节是网络号,最后一个字节是主机号,按子网掩码与网络号、子网号、主机号的对应关系,网络号已知是 212.75.230 ,子网号是多少呢,就是主机号中有多少位来划分子网?我们把子网掩码的最后一个字节,使用二进制拆开,得到 10000000 ,说明从主机号中借用 1 个比特作为子网号,这时,我们可以用子网掩码对 218.75.230.0 这个网络地址划分两个子网,因为借用了 1 个比特做子网号,子网号要么是 1 ,要么是 0 。那么每一个子网里面,可以分配多少个 IP 地址?每个子网可分配的 IP 地址数量是 Image ,减 2 是因为要除去主机号全 0 的网络地址和全 1 的广播地址。

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接下来我们来看一下,对这个网络地址使用子网掩码划分子网,每一个子网里面 IP 的情况,前三个字节 218.75.230 是网络号,主要来看最后一个字节,其中,第一位是子网号,可能是 0 或 1 。0 对应子网 0 ,如后面的 7 位主机号全 0 ,对应子网 0 的网络地址是 218.75.230.0 0000000 ,点分十进制记法是 218.75.230.0 ,如后面的 7 位主机号全 1 ,对应子网 0 的广播地址 218.75.230.0 1111111 ,点分十进制记法是 218.75.230.127 ,第一个可以分配的 IP 地址是 218.75.230.0 0000001 ,点分十进制记法是 218.75.230.1 ,可分配的最大地址是 218.75.230.0 1111110 ,点分十进制记法是 218.75.230.126 ,所以,子网 0 里有 126 个可以分配的 IP 地址,可以分配给子网里面的主机和路由器的接口。子网 1 同理。

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最后,我们来看如何使用子网掩码来求 IP 所属的网络地址,比如我们已知 IP 地址是 141.14.72.24 ,子网掩码是 255.255.192.0 ,求一下这个 IP 地址所属的网络的网络地址。
这个 IP 地址对应的二进制是 10001101 00001110 01001000 00011000 ,子网掩码对应的二进制是 11111111 11111111 11000000 00000000 ,我们知道第一个字节 141 在 128~191 之间,是一个 B 类的 IP 地址, B 类 IP 地址的网络号是前面两个字节 10001101 00001110 ,使用了两位比特作为子网号,将 IP 地址与子网掩码的二进制取逻辑与运算,就可以得到这个 IP 地址所在子网的网络地址 10001101 00001110 01000000 00000000 ,点分十进制记法是 141.14.64.0

计算机网络系列文章:
一个网络上计算机的通信
多个网络上计算机的通信
内网 IP 和外网 IP
私有 IP 、公网 IP 和 NAT
IP 地址分类
可分配的 IP 和不可分配的 IP


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