局域網(wǎng)中子網(wǎng)掩碼和子網(wǎng)劃分研究

王偉

摘要：子網(wǎng)掩碼用來區(qū)分IP地址中的網(wǎng)絡號和主機號并將網(wǎng)絡劃分為幾個更小的子網(wǎng)。用子網(wǎng)掩碼劃分子網(wǎng)可提高地址的利用率，提高傳輸率并防止數(shù)據(jù)傳輸錯誤。該文對子網(wǎng)掩碼的計算和子網(wǎng)劃分的方法進行了分析探討。

關鍵詞：局域網(wǎng)；子網(wǎng)掩碼；劃分研究

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)01-0024-02

互聯(lián)網(wǎng)地址中的A、B、C三類用于表示Host。A類總計有126個A類網(wǎng)絡，每個網(wǎng)絡有254臺Host，且這些Host都在同一廣播域。眾多Host位于同一廣播域時的相互干擾很嚴重，大量數(shù)據(jù)包會使得通信能力飽和甚至導致網(wǎng)絡癱瘓，造成多數(shù)IP由于不能分配出去而浪費。Internet的迅猛發(fā)展使得IP資源趨向枯竭，為有效利用IP并將廣播范圍變小，同時充分利用Host地址中的每一位，通常把基于A、B、C類的IP網(wǎng)絡細分成更多子網(wǎng)。每個子網(wǎng)由Router進行分段并給定劃分后該子網(wǎng)的新IP，子網(wǎng)掩碼是使用大類的網(wǎng)絡地址的Host位計算得出的。劃分子網(wǎng)后，用子網(wǎng)掩碼將各子網(wǎng)分開，通信時各子網(wǎng)好像真實獨立運行的網(wǎng)絡一樣，這就是子網(wǎng)

掩碼的作用[1]。

1子網(wǎng)掩碼

1.1子網(wǎng)掩碼

RFC950對子網(wǎng)掩碼的定義：它是一個用于TCP/IP Network的32位二進制值，它可以辨別IP地址的網(wǎng)絡地址部分和主機地址部分。子網(wǎng)掩碼由32位的2進制數(shù)組成，長度與IP地址相同。子網(wǎng)掩碼對應的網(wǎng)絡部分的所有2進制位均設為1，其對應Host的所有位均設為0。A、B和C類網(wǎng)絡的缺省子網(wǎng)掩碼分別是255.0.0.0、255.255.0.0、255.255.255.0[1]。

1.2子網(wǎng)掩碼的應用

1.2.1計算主機號和網(wǎng)絡號

Subnet mask和IP Address結(jié)合在一起才能有效使用，可辨別IP地址的網(wǎng)絡號和主機號。例如一個C類地址193.176.136.13，其子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，則其網(wǎng)絡號和主機號可這樣計算：將IP地址和子網(wǎng)掩碼均轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)表達，將這兩個二進制數(shù)進行AND運算，其結(jié)果再轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)為193.176.136.0，即知該IP的網(wǎng)絡號是193.176.136。再將子網(wǎng)掩碼按位取反后同這個IP地址進行AND運算，得0.0.0.13，即知該IP地址的主機號為13。

1.2.2判斷IP地址的網(wǎng)段歸屬。

子網(wǎng)掩碼可區(qū)分任意的主機是否在同一個網(wǎng)絡中。將兩臺主機的IP和子網(wǎng)掩碼首先轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)表示，然后將IP和子網(wǎng)掩碼進行AND計算。計算得到的網(wǎng)絡號相同，則說明這兩臺主機屬于同一網(wǎng)段，可直接進行通信。例如兩臺主機的IP分別為196.138.160.32和196.138.160.108，子網(wǎng)掩碼都為255.255.255.0，按照上面方法進行運算，結(jié)果均為196.138.160.0，即網(wǎng)絡號為196.138.160，說明兩臺主機處于同一網(wǎng)段。

1.3子網(wǎng)掩碼設置錯誤的負面影響

Router可根據(jù)Subnet mask來區(qū)分IP Address中的網(wǎng)絡地址部分和主機地址部分，使Router準確區(qū)分IP是否屬于某個網(wǎng)段。以兩個IP通信為例，Router根據(jù)IP和Subnet mask進行AND運算后得到的Network Address來判斷數(shù)據(jù)包的去向。假如Subnet mask計算或者設置有誤將會產(chǎn)生如下負面作用[2]：1）子網(wǎng)掩碼設置錯誤，導致處于不同子網(wǎng)的兩臺主機的IP與該錯誤子網(wǎng)掩碼計算出的網(wǎng)絡地址表明兩者在同一子網(wǎng)中，則數(shù)據(jù)將在本網(wǎng)內(nèi)傳遞。因兩臺主機的IP地址并不在同一子網(wǎng)，所以數(shù)據(jù)包會在本地網(wǎng)內(nèi)往復傳送，最終超時丟棄。數(shù)據(jù)包無法傳輸?shù)侥繕薍ost，造成數(shù)據(jù)傳輸錯誤并耗費帶寬。2）IP地址與有誤的Subnet mask進行運算，導致本在同一子網(wǎng)的兩臺主機被判斷為位于不同子網(wǎng)，則數(shù)據(jù)包會發(fā)送給默認網(wǎng)關處理，進行跨網(wǎng)傳送，最后數(shù)據(jù)不能到達目標HOST，且導致網(wǎng)關負載加重和網(wǎng)絡傳輸性能受影響。。

2子網(wǎng)的劃分方法

2.1子網(wǎng)劃分的方法

子網(wǎng)劃分是將IP地址主機位中的一些位用來表示子網(wǎng)，余下部分仍用于表示主機，則IP地址經(jīng)過劃分后由網(wǎng)絡號、子網(wǎng)號和主機號三部分組成。用于子網(wǎng)的Host位越多，則子網(wǎng)數(shù)也越多，子網(wǎng)中的Host數(shù)就越少。網(wǎng)絡位全0的網(wǎng)絡表示本地網(wǎng)絡，因此劃分后的子網(wǎng)號部分不能全0，全0表示本地子網(wǎng)；網(wǎng)絡位全為1的網(wǎng)絡號表示廣播地址，所以子網(wǎng)號也不能全1，全1地址用于子網(wǎng)的廣播。另外，Host位全0表明本網(wǎng)絡，全1表明廣播地址，此時子網(wǎng)沒有實際可用的Host IP，因此Host位最少是2位。

在子網(wǎng)劃分中，將子網(wǎng)掩碼和IP地址按位進行AND計算是獲得子網(wǎng)地址的主要方法。通常子網(wǎng)劃分的方法是[2]：⑴據(jù)實際情況確定需要劃分的子網(wǎng)數(shù)和每個子網(wǎng)容納的Host數(shù)；⑵計算出子網(wǎng)數(shù)所需要的二進制位數(shù)n以及主機數(shù)所需要的二進制位數(shù)m；⑶最后對IP基于類的子網(wǎng)掩碼的主機地址的前n位設為1，余下的m位設為0，所得為該IP劃分子網(wǎng)所需的子網(wǎng)掩碼。最后，根據(jù)子網(wǎng)掩碼進行網(wǎng)絡劃分即可。

2.2子網(wǎng)劃分應用舉例

這里舉例介紹如何使用擴展的子網(wǎng)掩碼來進行子網(wǎng)劃分。例如，某公司有5個位于不同地點的部門，業(yè)務需要每個部門都要建立自己的子網(wǎng)。各部門依次為甲、乙、丙、丁、戊，各部門Host數(shù)量分別為20、28、36、48、52?，F(xiàn)公司申請一個C類IP地址192.168.58.0,請根據(jù)各部門情況為其設置子網(wǎng)掩碼。分析：C類IP地址的默認子網(wǎng)掩碼是255.255.255.0，利用192.168.58.0產(chǎn)生出其他IP地址，關鍵在于如何利用好第4個字節(jié)。要劃分5個子網(wǎng)，子網(wǎng)的網(wǎng)絡標識位至少要能表達5種可用的子網(wǎng)。若標識位有3位，除過全為0和全為1的形式，還余23-2=6種即能劃分為6個子網(wǎng)；其余5位表示主機位，各個子網(wǎng)容納的Host最多為25-2=30臺。若將原來的主機位拿出3位來劃分子網(wǎng)，部門甲、乙的子網(wǎng)掩碼就設為11111111.11111111.11111111 11100000，即255.255.255.224，從劃分的6個子網(wǎng)中任選2個子網(wǎng)分配給部門甲、乙就可滿足要求。對于部門丙、丁、戊其主機數(shù)大于30，只有增加主機的位數(shù)才能滿足其要求。如果用后6位表示主機位，最多可有26-2=62臺主機，完全滿足需要。此時可以表示的子網(wǎng)數(shù)只有22-2=2個，只能滿足2個部門的需要。我們這里先將其分配給部門丙、丁，丙、丁的子網(wǎng)掩碼即為：11111111.11111111.11111111.11000000即十進制255.255.255.192。具體分配如下，丙的子網(wǎng)192.168.58.65-192.168.58.126；丁的子網(wǎng)：192.168.58.129-192.168.58.190。對于部門戊可以再申請一個C類IP地址?？偨Y(jié)：如果分別為5個部門申請5個C類IP，不僅會造成IP地址的浪費，而且也會增加公司的經(jīng)濟開銷。利用擴展子網(wǎng)掩碼就可以派生出更多子網(wǎng)解決此類問題。

3 Subnet mask計算結(jié)果的選擇與Subnet劃分

依前述劃分方法，可利用Subnet數(shù)或Host數(shù)計算子網(wǎng)掩碼，方法不同則結(jié)果不同，依據(jù)子網(wǎng)掩碼劃分后的子網(wǎng)數(shù)和每個子網(wǎng)的Host數(shù)也不同，應用效果也不同，這里對這個問題進行探討。

3.1根據(jù)子網(wǎng)數(shù)來計算子網(wǎng)掩碼[3]

在求子網(wǎng)掩碼之前應先明確需要的Subnet數(shù)及每個子網(wǎng)內(nèi)的Host數(shù)。用子網(wǎng)數(shù)計算子網(wǎng)掩碼的步驟：①將子網(wǎng)數(shù)轉(zhuǎn)化為二進制表示；②取得該二進制數(shù)的位數(shù),為n；③取得該IP地址的類子網(wǎng)掩碼,將其主機地址部分的前n位置1即得到該IP劃分子網(wǎng)時的子網(wǎng)掩碼。舉例說明:若給定B類網(wǎng)絡191.63.0.0/16要劃分為9個最大能容納180臺主機的子網(wǎng)。由于8<9<16，即23<9<24，故子網(wǎng)號位借用4位主機號的二進制即可得到16個Subnet，滿足劃分9個Subnet的需求。B類默認子網(wǎng)掩碼為255.255.0.0，即1111111.11111111.00000000.00000000，則將Subnet mask后16位0的前4位置為1,即得劃分子網(wǎng)后的子網(wǎng)掩碼應該為11111111.11111111.11110000.00000000，即255.255.240.0。余下的主機位有12位，即得到212-2=4096個主機地址，完全滿足最大主機數(shù)180，顯然地址浪費嚴重。

3.2根據(jù)主機數(shù)來計算子網(wǎng)掩碼[3]

步驟：①將Host數(shù)轉(zhuǎn)化為二進制表示；②若Host數(shù)<=254(去掉IP全0和全1的),則取得該Host的二進制位數(shù)為m, m<8，若>=254,則m>8,即Host地址將占不止8位；③使用255.255.255.255來將該類IP的Host Address位全置1,然后從后向前地將m位全置為0,即得子網(wǎng)掩碼。繼續(xù)前例研究，128<180<256，即27<200<28，即可知從16位的主機位中取出8位即可滿足要求，其余8位可作為子網(wǎng)位，此時有28-2=254個子網(wǎng)，也能滿足子網(wǎng)數(shù)要求，即知Subnet mask為255.255.255.0。

上面分別使用子網(wǎng)數(shù)和Host數(shù)進行子網(wǎng)劃分得到了兩種不同結(jié)果，均符合要求。在實際子網(wǎng)劃分時要考慮需要的子網(wǎng)數(shù)以及每個子網(wǎng)容納的Host數(shù)；另外，不僅要著眼當前還要預測未來。若子網(wǎng)掩碼占用較多Host位,可獲得較多子網(wǎng)數(shù)并節(jié)約了IP，未來再要子網(wǎng)則不必重新分配IP，但子網(wǎng)內(nèi)的Host會較少；若Subnet mask占用較少的Host位，單個子網(wǎng)中Host會很多，子網(wǎng)數(shù)則有限。通常網(wǎng)絡中Host太多會因為廣播通信多而飽和，因此Host增加是有限的，應將較多的Host位用于子網(wǎng)[4]。

子網(wǎng)掩碼不能隨意設定。若Subnet mask過大，子網(wǎng)的地址范圍會很大，據(jù)尋徑規(guī)則，源Host可能將與其不在同一子網(wǎng)的目的Host誤判為在同一子網(wǎng)中，將數(shù)據(jù)在本子網(wǎng)內(nèi)往復傳送直至超時被棄，數(shù)據(jù)不能送達目的Host。若Subnet mask較小，則子網(wǎng)內(nèi)Host會較少，此時本應在同一網(wǎng)段的數(shù)據(jù)通信會被誤判為在不同網(wǎng)段間的傳輸，數(shù)據(jù)都發(fā)到默認網(wǎng)關處理，網(wǎng)關負載會很重并導致傳輸效率降低。因此，子網(wǎng)掩碼的選擇和子網(wǎng)劃分應綜合考慮網(wǎng)絡的規(guī)模和應用效果來決定而不只依靠計算的結(jié)果。

4結(jié)束語

綜上，子網(wǎng)掩碼決定劃分的子網(wǎng)數(shù)和每個子網(wǎng)中的Host數(shù)。若子網(wǎng)掩碼設置不當，數(shù)據(jù)傳輸就會出錯，網(wǎng)絡傳輸性能下降且導致IP地址浪費。只有根據(jù)具體問題，確定合理的子網(wǎng)數(shù)和Host數(shù)才能計算選擇出合適的子網(wǎng)掩碼并進行合理的子網(wǎng)劃分。

參考文獻：

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[3]周麗娟.淺談子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)劃分[J].山西財經(jīng)大學學報,2007(1).