《硅谷》杂志：子网划分技术及其应用 |
| 2013-02-23 14:54 作者：赵 伟 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第22期刊文称，子网划分利于提高IP地址利用率和网络安全性，优化网络性能，便于管理网络。介绍IP地址及其分类方法，阐述IP地址规划和子网划分方法和基本步骤，总结子网地址计算方法。最后，实例说明，子网划分利于提高IP地址利用率，节省网络地址资源。
关键词：IP地址；子网；子网划分技术
0引言
近年来，基于TCP/IP协议的Internet已成为当今世界上最大规模超大型计算机网络。因此，TCP/IP协议成为了事实上的工业标准，IP网络也成为主流的计算机网络[1]。依靠TCP/IP协议，Internet在全球范围内实现不同硬件结构、不同操作系统、不同体系结构的网络互连，每一个节点都依靠唯一的IP地址互相区分和联系[2]。而IP地址的32位二进制位所表示的网络数目是非常有限的，因为每一个网络都需要一个唯一的网络地址来标识，在制定编码方案时，必然存在IP地址短缺不够用的情况，为了扩展IP地址的可用性，在当前IPv4地址濒临枯竭，但IPv6还没普及的情况下，合理分配IP地址和子网划分已逐渐成为有效的网络资源管理手段。所谓子网，就是把一个有类的网络地址，划分成若干个小的网段，这些小的网段称为子网。子网划分的意义是为了缩减网络流量、优化网络性能、简化管理、更为灵活地形成大覆盖范围的网络[3]。
1IP地址及其分类
TCP/IP协议是为了解决异种网络之间的通讯问题，是针对Internet开发的体系结构和协议标准。这其中，TCP为传输控制协议，IP为互联网络协议。IP地址是一个32位的二进制数据，分成4组，每组8位，组和组之间由“•”隔开，每组的8位二进制数据采用十进制表示，如10.110.13.21。标准IP地址都可分为两部分，即高位部分的网络地址和低位部分的主机地址，如图1所示。IP地址可在软件中加以改变，且每个IP地址都与一个固定的硬件地址（如以太网地址）相联系。无论是在私有网络还是在公共网络上，IP地址都是以TCP/IP协议为基础进行通讯的。
图1IP地址结构
由于网络中包含的计算机不一样多，有的网络可能含有较多的计算机，也有的网络包含较少的计算机，于是按照网络规模的大小，将IP地址划分为A、B、C、D、E五类，如图2所示。其中，D类为多播地址，E类为科研用地址，一般常用的为A、B、C三类。A类网络地址使用于大型网络，可用主机多达1600多万台；B类网络地址适用于中等规模的网络，每个网络所能容纳的计算机数为6万多台；C类网络地址数量较多，适用于小规模的局域网络，每个网络最多只能包含254台计算机[4-6]。
图2IP地址分类
2IP地址规划及子网划分方法
2.1IP地址规划
当在网络层采用IP协议组建网络时，需为网络中的每台主机分配唯一的IP地址，即IP地址规划。IP地址的规划流程如图3所示。
图3IP地址规划流程图
如图3所示，IP地址规划包括三个步骤：1）分析网络规模，包括相对独立的网段数量和每个网段中可能拥有的最大主机数；2）确定使用公用地址还是私有地址，并根据网络规模确定所需要的网络号类别，若采用公用网地址则需向网络信息中心（NetworkInformationCenter，NIC）提出申请并获得地址使用权；3）根据可用的地址资源进行主机IP地址的分配。IP地址分配分为静态和动态两种方式，所谓静态分配是指由网络管理员为用户指定一个固定不变的IP地址并手工配置到主机上；而动态分配则通常以动态主机分配协议来实现[4]。
2.2子网划分方法
为了避免IP地址的浪费，在标准IP地址的基础上将其主机地址部分进一步划分成子网地址和主机地址两部分，如图4所示。
图4子网编址的层次结构
为创建子网地址，从标准IP地址的主机地址部分“借”位，并把它们指定为子网地址部分。只要能保证保留2位作为主机地址，子网地址可以借用主机号部分的任何位数（但至少应借用2位）。B类网络的主机号部分只有2个字节，故最多可借用14位创建子网。而C类网络中，由于主机号部分只有1个字节，故最多可借用6位去创建子网[5]。
2.3子网掩码
子网划分后，采用子网掩码来分离网络ID和主机ID。子网掩码的功能是指定网络ID和主机ID的分界。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用，将IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。子网掩码格式设置：子网掩码和IP地址具有相同长度32位，网络地址（包括子网地址）部分全部设为“1”，主机地址部分设为“0”。对于A类地址来说，默认的子网掩码是255.0.0.0；对于B类地址来说默认的子网掩码是255.255.0.0；对于C类地址来说，默认的子网掩码是255.255.255.0。子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性，同一子网的主机必需配置相同的子网掩码。
2.4子网地址的计算
按照图3所示子网划分步骤对子网地址进行计算：
○1确定所需子网数目（假设为X）；
○2确定每个子网的最大主机数（假设为Y）；
○3根据○1和○2确定向主机地址借多少位划分子网，假设借N位（N只能取整数值）。则对于A、B、C这3类IP地址可按式（1）计算确定N值：
（1）
式中，减2是因为主机不包括网络地址和广播地址。当借位N值确定后，定义一个能满足上述要求的子网掩码。
○4确定每个子网的网络ID。
○5确定每个子网上所能使用的主机ID范围。
3实例应用
下面以一个C类网络子网划分的例子来说明子网划分的具体方法。假设一个由路由器相连的网络，其有三个相对独立的网段，并且每个网段的主机数不超过30台，现在需要以子网划分的方法为其完成IP地址规划。该网络中所有网段合起来的主机位数没有超出C类网络所能容纳的最大主机数，因此可利用一个C类网络的子网划分来实现。假定为它们申请了一个C类网络221.11.2.0，则在子网划分时需要从主机位中借出其中的高3位作为子网络位，这样一共可得8个子网络，每个子网络的相关信息参见表1。其中，第1个子网因网络地址与未进行子网划分前的原网络地址221.11.2.0重复而不可用，第8个子网因为主机地址与未进行子网划分前的原主机地址221.11.2.255重复也不可用，这样可以选择6个可用子网中的任何3个为现有的3个网段进行IP地址分配，留下3个可用子网将作未来网络扩充之用。
表1C类网络221.11.2.0子网划分实例
子网段 地址范围 网络地址 主机地址
1 221.11.2.0～221.11.2.31 221.11.2.0 221.11.2.31
2 221.11.2.32～221.11.2.63 221.11.2.32 221.11.2.63
3 221.11.2.64～221.11.2.95 221.11.2.64 221.11.2.95
4 221.11.2.96～221.11.2.127 221.11.2.96 221.11.2.127
5 221.11.2.128～221.11.2.159 221.11.2.128 221.11.2.159
6 221.11.2.160～221.11.2.191 221.11.2.160 221.11.2.191
7 221.11.2.192～221.11.2.223 221.11.2.192 221.11.2.223
8 221.11.2.224～221.11.2.255 221.11.2.224 221.11.2.255
上例中若不采用子网划分技术，则至少需要申请3个C类地址，IP地址的使用率仅为11.81%；采用子网划分技术后，尽管第1个和最后1个子网不可用，且在每个子网中又留出了一个网络地址和主机地址，IP地址利用率依然可达71%。因此，子网划分技术可以有效提高IP地址的利用率，节省的IP地址资源。
4结论
针对网络迅速发展的特点，尤其是IPv4地址资源紧缺，介绍了子网的规划及划分方法，研究了子网规划步骤和子网地址计算方法，并在此基础上进行了实例分析，说明子网划分利于提高网络资源利用率，节省IP地址资源。
作者简介：
赵伟（1979-），女，山东烟台人，华北电力大学研究生，研究方向：企业信息管理。
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