计算机考研408-计算机网络-子网划分

已于 2024-06-19 18:37:08 修改
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文章标签： 考研 计算机网络
于 2024-06-19 18:31:54 首次发布
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计算机考研408-计算机网络-子网划分

一、用途

​​在计算机网络中，子网是一种逻辑上的概念，它允许将一个大的IP地址空间划分成更小的、独立的网络单元。子网的概念在构建复杂网络结构中起着重要作用，它帮助网络管理员可以更有效地管理网络流量和安全性。

二、背景

IP共分为5大类，如下图
在这里插入图片描述
所占位数如下图
在这里插入图片描述

分类IP地址的低效，IP地址资源的浪费严重，IP网络数量的不够使用，业务扩展缺乏灵活性，无法应对Internet的爆炸式增长。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

（注：树状图片摘自lltyyds:子网划分以及网络号的计算）

2的次方21 / 22 / 23 / 24 / 25 / 26 / 27 / 28
值2 / 4 / 8 / 16 / 32 / 64 / 128 / 256

（注：提到2的次方，想到2048，顺便放个网页版简易2048游戏的链接简易2048网页版，下载后直接打开2048.html文件即可）

三、原理

子网划分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，同一子网下的子网掩码相同。

四、任务

子网划分需要确定子网掩码的长度、子网下的主机可用地址范围（第一个可用IP和最后一个可用IP）以及确定网络地址（主机位全为0）和广播地址（主机位全为1），不能分配计算机主机用（故我们经常见到-2，减的就是这两个）。

地址段127为本地网卡环回测试地址；
0.0.0.0指所有网段；
255.255.255.255指全网广播；
x.x.x.255/24指的是本网段广播

子网掩码（总共32位，转化为10进制表示）CIDR（多少个1）
255.0.0.0（11111111.00000000.00000000.00000000）/8（8个1）
255.255.0.0（11111111.11111111.00000000.00000000）/16（16个1）
255.255.255.128（11111111.11111111.11111111.00000000）/24（24个1）
255.255.255.192（11111111.11111111.11111111.11000000）/26（26个1）
255.255.255.224（11111111.11111111.11111111.11100000）/27（27个1）
255.255.255.240（11111111.11111111.11111111.11110000）/28（28个1）
255.255.255.248（11111111.11111111.11111111.11111000）/29（29个1）
255.255.255.252（11111111.11111111.11111111.11111100）/30（30个1）
1 1 1 1 1 1 1 1
27 26 25 24 23 22 21 20
128 64 32 16 8 4 2 1

五、优、缺点

1. 优点

可以有效地管理网络资源，使得网络更容易维护和管理；
可以提高网络的安全性，每个子网都是独立的，只有在子网范围内的设备才能互相通信；
可以提高网络的性能，将网络分成若干个子网之后，网络会更加结构化，网络带宽也会得到更好的利用。

2. 缺点

子网划分需要一定的成本，需要购买路由器和交换机等硬件设备；
划分子网会增加网络的复杂性，需要更多的网络管理人员来维护和管理；

六、题目解析

1. 求网络号

将该IP地址转化为二进制（通常为十进制表示）
将子网掩码转化为二进制（通常为十进制表示）

1 1 1 1 1 1 1 1
27 26 25 24 23 22 21 20
128 64 32 16 8 4 2 1

将转化后的IP地址和子网掩码，对齐做AND运算（1 and 1=1 ；1 and 0=0 ；0 and 0=0 ；0 and 1=0 ；即含0为0，1 1为1）

2. 划分子网

子网数：确定可以将该网络分为多少段
主机容量：确定该网段可以容纳多少台主机
子网数：2n（通过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，n为借主机位的位数）
有效主机容量：2m-2（m为剩余主机的位数，网络标识位和广播地址位是不能用于主机的IP地址的编写的）
（默认）A类有效主机容量 = 224 - 2 = 16777214 台
（默认）B类有效主机容量 = 216- 2 = 65534 台
（默认）C类有效主机容量 = 28 - 2 = 254 台

例题：现有IP地址192.168.1.0/27求地址可以划分多少个子网？网络号为？
解：根据192.168.1.0可知，其为C类网络，默认子网掩码为255.255.255.0（/24），而该地址的子网掩码是255.255.255.224（/27），可见，该网络向主机位借了 27 - 24 = 3 位，故子网数为23 = 8 个 ；
将此IP地址与子网掩码转化为为二进制后进行AND运算，可以得到，该网络号为192.168.1.0。

3. 地址合并

例题：如何将192.168.1.0/24、192.168.3.0/24以及192.168.5.0/24合并为一个网络？
解：将这三个IP地址均转化为二进制，如图所示

十进制IP地址二进制IP地址
192.168.1.0/2411000000.10101000.00000001.00000000
192.168.3.0/2411000000.10101000.00000011.00000000
192.168.5.0/2411000000.10101000.00000101.00000000

很明显，只有前21位（11000000.10101000.00000）是共有的，所以可以合并为主机号为192.168.0.0/21（11000000.10101000.00000000.00000000）

4.子网数，划分子网

此类题目，可以看作第2类，一直子网数，可以通过2n > 该子网数x，确定最小的借位数n，故总计划分了2n个子网，将其中x个交付使用。
例题：一公司有12家子公司，上级给出一个172.16.0.0/16的网段，让给每家子公司分配网段。
解：有12家子公司，那么就有2n ≥ 12，n的最小值为 4。因此，网络位需要向主机位借4位。那么就可以从172.16.0.0/16这个大网段中划出2n = 16个子网。
先将172.16.0.0/16用二进制表示
10101100.00010000.00000000.00000000/16
借4位后（可划分出16个子网）：

  1. 10101100.00010000.00000000.00000000/20（172.16.0.0/20）
  2. 10101100.00010000.00010000.00000000/20（172.16.16.0/20）
  3. 10101100.00010000.00100000.00000000/20（172.16.32.0/20）
  4. 10101100.00010000.00110000.00000000/20（172.16.48.0/20）
  5. 10101100.00010000.01000000.00000000/20（172.16.64.0/20）
  6. 10101100.00010000.01010000.00000000/20（172.16.80.0/20）
  7. 10101100.00010000.01100000.00000000/20（172.16.96.0/20）
  8. 10101100.00010000.01110000.00000000/20（172.16.112.0/20）
  9. 10101100.00010000.10000000.00000000/20（172.16.128.0/20）
  10. 10101100.00010000.10010000.00000000/20（172.16.144.0/20）
  11. 10101100.00010000.10100000.00000000/20（172.16.160.0/20）
  12. 10101100.00010000.10110000.00000000/20（172.16.176.0/20）
  13. 10101100.00010000.11000000.00000000/20（172.16.192.0/20）
  14. 10101100.00010000.11010000.00000000/20（172.16.208.0/20）
  15. 10101100.00010000.11100000.00000000/20（172.16.224.0/20）
  16. 10101100.00010000.11110000.00000000/20（172.16.240.0/20）

从这16个子网中选择12个即可，分给下面的各子公司。每个子公司最多容纳主机数目为212-2 = 4094个主机。
（注：计算过程中一定要很细心）

在这里插入图片描述

Da丁同学
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　　222.21.160.73 即：11011110.00010101.10100000.01001001 　　255.255.255.192即：11111111.11111111.11111111.11000000 　　按位逻辑与运算结果为：11011110.00010101.10100000.01000000 　　两个结果不同，也就是说，两台主机不在同一网络，数据需先发送给默认网关，然后再发送给主机二所在网络。那么，假如主机二的子网掩码误设为255.255.255.128，会发生什么情况呢？ 　　让我们将主机二的IP地址与错误的子网掩码相“与”： 　　222.21.160.73 即：11011110.00010101.10100000.01001001 　　255.255.255.128即：11111111.11111111.11111111.10000000 　　结果为 11011110.00010101.10100000.00000000 　　这个结果与主机的网络地址相同，主机与主机二将被认为处于同一网络中，数据不再发送给默认网关，而是直接在本网内传送。由于两台主机实际并不在同一网络中，数据包将在本子网内循环，直到超时并抛弃。数据不能正确到达目的机，导致网络传输错误。 　　反过来，如果两台主机的子网掩码原来都是255.255.255.128，误将主机二的设为255.255.255.192，主机一向主机二发送数据时，由于IP地址与错误的子网掩码相与，误认两台主机处于不同网络，则会将本来属于同一子网内的机器之间的通信当作是跨网传输，数据包都交给缺省网关处理，这样势必增加缺省网关的负担，造成网络效率下降。所以，子网掩码不能任意设置，子网掩码的设置关系到子网的划分。 　　2. 子网划分与掩码的设置 　　子网划分是通过借用IP地址的若干位主机位来充当子网地址从而将原网络划分为若干子网而实现的。划分子网时，随着子网地址借用主机位数的增多，子网的数目随之增加，而每个子网中的可用主机数逐渐减少。以C类网络为例，原有8位主机位，2的8次方即256个主机地址，默认子网掩码255.255.255.0。借用1位主机位，产生2个子网，每个子网有126个主机地址；借用2位主机位，产生4个子网，每个子网有62个主机地址……每个网中，第一个IP地址（即主机部分全部为0的IP）和最后一个IP（即主机部分全部为1的IP）不能分配给主机使用，所以每个子网的可用IP地址数为总IP地址数量减2；根据子网ID借用的主机位数，我们可以计算出划分的子网数、掩码、每个子网主机数，列表如下： 　　① 划分子网数 　　② 子网位数 　　③ 子网掩码（二进制） 　　④ 子网掩码（十进制） 　　⑤ 每个子网主机数 　　① 1～2 　　② 1 　　③ 11111111.11111111.11111111.10000000 　　④ 255.255.255.128 　　⑤ 126 　　① 3～4 　　② 2 　　③ 11111111.11111111.11111111.11000000 　　④ 255.255.255.192 　　⑤ 62 　　① 5～8 　　② 3 　　③ 11111111.11111111.11111111.11100000 　　④ 255.255.255.224 　　⑤ 30 　　① 9～16 　　② 4 　　③ 11111111.11111111.11111111.11110000 　　④ 255.255.255.240 　　⑤ 14 　　① 17～32 　　② 5 　　③ 11111111.11111111.11111111.11111000 　　④ 255.255.255.248 　　⑤ 6 　　① 33～64 　　② 6 　　③ 11111111.11111111.11111111.11111100 　　④ 255.255.255.252 　　⑤ 2 　　如上表所示的C类网络中，若子网占用7位主机位时，主机位只剩一位，无论设为0还是1，都意味着主机位是全0或全1。由于主机位全0表示本网络，全1留作广播地址，这时子网实际没有可用主机地址，所以主机位至少应保留2位。 　　从上表可总结出子网划分的步骤或者说子网掩码的计算步骤： 　　2.1 确定要划分的子网数目以及每个子网的主机数目。 　　2.2 求出子网数目对应二进制数的位数N及主机数目对应二进制数的位数M。 　　2.3 对该IP地址的原子网掩码，将其主机地址部分的前N位置 1或后M位置0 即得出该IP地址划分子网后的子网掩码。 　　例如，对B类网络135.41.0.0/16需要划分为20个能容纳200台主机的网络。因为16＜20＜32，即：2的4次方<20<2的5次方，所以，子网位只须占用5位主机位就可划分成32个子网，可以满足划分成20个子网的要求。B类网络的默认子网掩码是255.255.0.0，转换为二进制为11111111.11111111.00000000.00000000。现在子网又占用了5位主机位，根据子网掩码的定义，划分子网后的子网掩码应该为11111111.11111111.11111000.00000000，转换为十进制应该为255.255.248.0。现在我们再来看一看每个子网的主机数。子网中可用主机位还有11位，2的11次方＝2048，去掉主机位全0和全1的情况，还有2046个主机ID可以分配，而子网能容纳200台主机就能满足需求，按照上述方式划分子网，每个子网能容纳的主机数目远大于需求的主机数目，造成了IP地址资源的浪费。为了更有效地利用资源，我们也可以根据子网所需主机数来划分子网。还以上例来说，128＜200＜256，即2^7＜200＜2^8，也就是说，在B类网络的16位主机位中,保留8位主机位，其它的16－8＝8位当成子网位，可以将B类网络138. 96.0.0划分成256(2^8)个能容纳256－1－1－1=253台（去掉全0全1情况和留给路由器的地址）主机的子网。此时的子网掩码为11111111.11111111.11111111.00000000，转换为十进制为255.255.255.0。 　　在上例中，我们分别根据子网数和主机数划分了子网，得到了两种不同的结果，都能满足要求，实际上，子网占用5~8位主机位时所得到的子网都能满足上述要求，那么，在实际工作中，应按照什么原则来决定占用几位主机位呢？ 　　在划分子网时，不仅要考虑目前需要，还应了解将来需要多少子网和主机。对子网掩码使用比需要更多的主机位，可以得到更多的子网，节约了IP地址资源，若将来需要更多子网时，不用再重新分配IP地址，但每个子网的主机数量有限；反之，子网掩码使用较少的主机位，每个子网的主机数量允许有更大的增长，但可用子网数量有限。一般来说，一个网络中的节点数太多，网络会因为广播通信而饱和，所以，网络中的主机数量的增长是有限的，也就是说，在条件允许的情况下，会将更多的主机位用于子网位。 　　综上所述,子网掩码的设置关系到子网的划分。子网掩码设置的不同，所得到的子网不同，每个子网能容纳的主机数目不同。若设置错误，可能导致数据传输错误。 　　补充: 　　子网划分(subnetting)的优点: 　　1.减少网络流量 　　2.提高网络性能 　　3.简化管理 　　4.易于扩大地理范围 　　How to Creat Subnets 　　如何划分子网?首先要熟记2的幂:2的0次方到9次方的值分别为:1,2,4,8,16,32,64,128,256和512.还有要明白的是:子网划分是借助于取走主机位,把这个取走的部分作为子网位.因此这个意味划分越多的子网,主机将越少 　　Subnet Masks 　　子网掩码用于辨别IP地址中哪部分为网络地址,哪部分为主机地址,有1和0组成,长32位,全为1的位代表网络号.不是所有的网络都需要子网,因此就引入1个概念:默认子网掩码(default subnet mask).A类IP地址的默认子网掩码为255.0.0.0;B类的为255.255.0.0;C类的为255.255.255.0 　　Classless Inter-Domain Routing(CIDR) 　　CIDR叫做无类域间路由,ISP常用这样的方法给客户分配地址,ISP提供给客户1个块(block size),类似这样:192.168.10.32/28,这排数字告诉你你的子网掩码是多少,/28代表多少位为1,最大/32.但是你必须知道的1点是:不管是A类还是B类还是其他类地址,最大可用的只能为30/,即保留2位给主机位 　　CIDR值: 　　1.掩码255.0.0.0:/8(A类地址默认掩码) 　　2.掩码255.128.0.0:/9 　　3.掩码255.192.0.0:/10 　　4.掩码255.224.0.0:/11 　　5.掩码255.240.0.0:/12 　　6.掩码255.248.0.0:/13 　　7.掩码255.252.0.0:/14 　　8.掩码255.254.0.0:/15 　　9.掩码255.255.0.0:/16(B类地址默认掩码) 　　10.掩码255.255.128.0:/17 　　11.掩码255.255.192.0:/18 　　12.掩码255.255.224.0:/19 　　13.掩码255.255.240.0:/20 　　14.掩码255.255.248.0:/21 　　15.掩码255.255.252.0:/22 　　16.掩码255.255.254.0:/23 　　17.掩码255.255.255.0:/24(C类地址默认掩码) 　　18.掩码255.255.255.128:/25 　　19.掩码255.255.255.192:/26 　　20.掩码255.255.255.224:/27 　　21.掩码255.255.255.240:/28 　　22.掩码255.255.255.248:/29 　　23.掩码255.255.255.252:/30 　　Subnetting Class A,B&C Address 　　划分子网的几个捷径: 　　1.你所选择的子网掩码将会产生多少个子网?:2的x次方-2(x代表掩码位,即2进制为1的部分，现在的网络中，已经不需要-2，已经可以全部使用，不过需要加上相应的配置命令，例如CISCO路由器需要加上ip subnet zero命令就可以全部使用了。) 　　2.每个子网能有多少主机?: 2的y次方-2(y代表主机位,即2进制为0的部分) 　　3.有效子网是?:有效子网号=256-10进制的子网掩码(结果叫做block size或base number) 　　4.每个子网的广播地址是?:广播地址=下个子网号-1 　　5.每个子网的有效主机分别是?:忽略子网内全为0和全为1的地址剩下的就是有效主机地址.最后有效1个主机地址=下个子网号-2(即广播地址-1) 　　根据上述捷径划分子网的具体实例: 　　C类地址例子:网络地址192.168.10.0;子网掩码255.255.255.192(/26) 　　1.子网数=2*2-2=2 　　2.主机数=2的6次方-2=62 　　3.有效子网?:block size=256-192=64;所以第一个子网为192.168.10.64,第二个为192.168.10.128 　　4.广播地址:下个子网-1.所以2个子网的广播地址分别是192.168.10.127和192.168.10.191 　　5.有效主机范围是:第一个子网的主机地址是192.168.10.65到192.168.10.126;第二个是192.168.10.129到192.168.10.190 　　B类地址例子1:网络地址:172.16.0.0;子网掩码255.255.192.0(/18) 　　1.子网数=2*2-2=2 　　2.主机数=2的14次方-2=16382 　　3.有效子网?:block size=256-192=64;所以第一个子网为172.16.64.0,最后1个为172.16.128.0 　　4.广播地址:下个子网-1.所以2个子网的广播地址分别是172.16.127.255和172.16.191.255 　　5.有效主机范围是:第一个子网的主机地址是172.16.64.1到172.16.127.254;第二个是172.16.128.1到172.16.191.254 　　B类地址例子2:网络地址:172.16.0.0;子网掩码255.255.255.224(/27) 　　1.子网数=2的11次方-2=2046(因为B类地址默认掩码是255.255.0.0,所以网络位为8+3=11) 　　2.主机数=2的5次方-2=30 　　3.有效子网?:block size=256-224=32;所以第一个子网为172.16.0.32, 最后1个为172.16.255.192 　　4.广播地址:下个子网-1.所以第一个子网和最后1个子网的广播地址分别是172.16.0.63和172.16.255.223 　　5.有效主机范围是:第一个子网的主机地址是172.16.0.33到172.16.0.62;最后1个是172.16.255.193到172.16.255.222 　　Variable Length Subnet Masks(VLSM) 　　可变长子网掩码(VLSM)的作用:节约IP地址空间;减少路由表大小.使用VLSM时,所采用的路由协议必须能够支持它,这些路由协议包括RIPv2,OSPF,EIGRP和BGP. 关于更多的VLSM知识,可以去Google.com进行搜索
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