4.3.1 划分子网

1、从2级ip地址到3级ip地址

• 2级ip地址 的 不合理之处
  1、二级ip地址空间的利用不合理。
  一个 C类地址 可连接的主机数很少，分配给一些机构往往不够用
  一个 A类地址 可连接的主机数很多，分配给一些机构往往用不完
  如此，2级ip地址空间的资源过早被用完
  2、若给每个物理网络分配一个网络号，那么路由表会变得很大，网络性能下降
  路由器转发分组时都是查找 路由表 来查询 到达其它网络下一跳路由器 ，网络数量 越大，那么 路由表的记录数 就越大。
  如此，路由器所需的存储空间更大，转发时查表时间更长，网络性能下降
  3、两级ip地址不够灵活
  两级ip地址要开通一个新的网络，必须要先向管理机构申请，才能接入互联网工作
  希望有一种方法使得本单位能够增加自己的网络

• 上述3个问题的解决方法
  在ip地址中增加一个 子网号字段 ，2级ip地址 变成 3级ip地址
  此法叫做 划分子网 / 子网寻址 / 子网路由选择

• 划分子网的基本思路
  1、将一个网络从内部划分为若干个子网，对外仍然表现为一个网络
  2、划分子网的方法从 主机号 借用若干位作为 子网号
ip地址 = 网络号 + 子网号 + 主机号
  3、于是两级ip地址在本单位内部就表现为三级ip地址，对外仍表现为两级网络地址
  从外面网络发送到本网络某主机的ip数据报，仍然是根据 ip数据报的目的网络号 找到连接在本网络上的路由器
  但此路由器在收到ip数据报后，会按照目的网络号和子网号找到目的子网，再把ip数据报交给目的主机。（该路由器所连接的一个被划分子网的网络，各子网都连接在此路由器不同的接口上，并且在这个路由器的路由表中有对应的子网地址和子网掩码）

• 举例
  如下图标识某单位拥有一个B类ip地址，网络地址为 145.13.0.0 （ 网络号是 145.13 ) 。
  凡是目的地址为 145.13.x.x 的数据报都被送到这个网络上的路由器 R₁
  
  将上图的网络划分成 3个子网（如下图），假定子网号占8位，在增加了子网号后，主机号就只有8位，所划分的三个子网分别是：145.13.3.0、145.13.7.0、145.13.21.0
  划分完子网后，整个网络对外部仍表现为一个网络，其网络地址仍为 145.13.0.0 。
  145.13.0.0 网络上的路由器 R₁ 在收到外来的数据报后，再根据数据报的目的地址把它转发到相应的子网。
  

• 当没有划分子网时，ip地址是两级结构
  划分子网后ip地址变成了三级结构
  （划分子网只是把ip地址的主机号部分进行再划分，不改变原来的网络号）

2、子网掩码

• 仅从 ip数据报的首部 无法看出源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分
  32bit的ip地址本身以及数据报的首部都没有包含任何有关子网划分的信息
  利用 子网掩码 来获得 子网划分信息

• 子网掩码
  长度为32bit
  子网掩码的某一位为 1：ip地址中对应的位为 网络号或子网号
  子网掩码的某一位为 0：ip地址中对应的位为 主机号
  路由器只关心ip地址中对应子网掩码为1的部分（即网络号、子网号），不关心主机号
  一个ip地址与它的子网掩码相与，就能得到它的子网的网络地址
  子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性

• 子网掩码最好采用连续的1，诸如 255, 255, 0, 255 也可以使用，但不推荐

• 使用子网掩码的好处
  不管网络是否划分子网，只要把子网掩码和ip地址与它的子网掩码相与，就能得到它的子网的网络地址
  路由器在处理到来的分组皆宜采用同样的算法，将 收到的分组的目的ip地址 与 路由表中每一条记录的子网掩码 相与，得到的结果与路由表中的网络地址相比，一样的话该分组就走对应的下一条路由

• 因此路由表每一条记录变为 三要素 ：目的ip地址，目的地址所在网络的子网掩码，下一跳路由ip地址

• 默认子网掩码
  若一个网络不划分子网，那么该网络的子网掩码就默认子网掩码
  默认子网掩码中1的位置和ip地址中的网络号字段 net-id 相对应
  

• 举例
  （b）为2级ip地址（B类）的默认子网掩码
  

• 路由器在和相邻路由器交换路由信息时，必须把 自己所在网络（或子网）的子网掩码 告诉相邻的路由器
  在路由器的路由表中的每一个项目，除了要给出 目的网络地址 外，还必须同时给出 该网络的子网掩码
  因此路由表每一条记录 三要素 ：目的ip地址，目的地址所在网络的子网掩码，下一跳路由ip地址
  如一个路由器连接在两个子网上就拥有两个网络地址和两个子网掩码

• 子网掩码 不同，表示 划分子网的方式 不同