子網(wǎng)劃分探討

程壽綿

摘要：子網(wǎng)劃分是計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程中的一個難點。文章從子網(wǎng)劃分的應(yīng)用場合，子網(wǎng)劃分的考點等方面說明子網(wǎng)劃分的重要性，引起學(xué)習(xí)者重視，然后從子網(wǎng)掩碼的作用，子網(wǎng)劃分計算及計算技巧等方面講解分析子網(wǎng)劃分的問題，希望對實際工程中子網(wǎng)劃分的應(yīng)用技巧能有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：子網(wǎng)劃分；子網(wǎng)掩碼；IP地址

在教學(xué)過程中，關(guān)于子網(wǎng)劃分的技能學(xué)生往往會覺得是難點，在實際工作中，關(guān)于子網(wǎng)劃分應(yīng)用廣泛。于是，在網(wǎng)上百度子網(wǎng)劃分的信息，發(fā)現(xiàn)有老師分享了如何快速教學(xué)生做子網(wǎng)劃分題目的方法，筆者覺得這些方法（比如觀察法）很好。但是，忽視了一個很重要的問題，就是子網(wǎng)劃分的應(yīng)用，希望學(xué)生學(xué)習(xí)了這個知識點不僅是會做題目，還要能學(xué)以致用。下面，筆者和大家一起討論子網(wǎng)劃分的問題，希望能夠共同進步。

1.為什么要劃分子網(wǎng)

參看諸如《計算機網(wǎng)絡(luò)》和《交換路由技術(shù)》等教材，歸納起來，劃分子網(wǎng)的目的主要有：（1）節(jié)約IPv4的IP地址。IPv4把IP地址劃分為A，B，C，D，E，5類，主要使用其中的A，B，C，3類。這3類IP地址有限，不能滿足需求，但同時，一家公司不需要一個網(wǎng)絡(luò)（如c類網(wǎng)絡(luò)）內(nèi)的所有IP，而造成IP浪費。子網(wǎng)劃分可以按需分配IP，減少浪費，節(jié)約IP地址。（2）提高網(wǎng)絡(luò)安全。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信息以廣播式發(fā)送，子網(wǎng)劃分將原來一個廣播域劃分成若干個較小的廣播域，提高了網(wǎng)絡(luò)安全性。（3）提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男?。在以太網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有大量的廣播信息存在，子網(wǎng)劃分將原來一個廣播域劃分成若干個較小的廣播域，減少廣播信息量及縮小廣播的范圍，提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男省?/p>

1.1劃分子網(wǎng)在局域網(wǎng)內(nèi)的使用

教師講解子網(wǎng)劃分知識點的前后，講了私有IP地址、特殊IP地址、VLAN和NAT技術(shù)等知識點。有的學(xué)生就會想，私有IP地址就可以緩解IP地址不足的問題，再運用NAT技術(shù)，對于局域網(wǎng)來說，在內(nèi)網(wǎng)使用私有IP地址，有一個公網(wǎng)IP地址就可以了，子網(wǎng)劃分用不上。確實如此，如對于一個需要2萬個IP地址的校園網(wǎng)來說，采用c類私有IP地址就可以了。c類私有IP地址：192.168.0.0-192.168.255.255，有255+c類網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)有254個IP地址可用，共有255×254個IP可用。絕大多數(shù)學(xué)校的機房和實訓(xùn)室都是使用私有IP地址，沒有必要在局域網(wǎng)內(nèi)使用子網(wǎng)劃分。當(dāng)然，想進行子網(wǎng)劃分也是可以的。

1.2劃分子網(wǎng)在城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)中的使用

在城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)中使用公網(wǎng)IP地址，目前大量使用Ipv4～IP地址。因為IP地址不足的同時又存在IP地址浪費，就需要子網(wǎng)劃分，充分利用已有的IP地址，緩解IP地址不足的問題。在路由器上配置靜態(tài)路由，動態(tài)路由（RIP和OSPF等）時要使用子網(wǎng)掩碼或者反子網(wǎng)掩碼，路由器依據(jù)子網(wǎng)掩碼或者反子網(wǎng)掩碼確定網(wǎng)段，在網(wǎng)段間進行路由選擇，傳送數(shù)據(jù)包。理解了子網(wǎng)掩碼的作用，進一步讓學(xué)生體會到子網(wǎng)掩碼的作用及子網(wǎng)劃分的重要性。

下面給出一個子網(wǎng)劃分的示例。學(xué)校校園網(wǎng)出口設(shè)備Routerl連接到中國電信的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備Router2上，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備Routerl的S2/0接口與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備Router2的s2/0接口連接。這兩個接口屬于同一個網(wǎng)段，這個網(wǎng)段僅有這兩個接口。為了節(jié)約IP地址，進行子網(wǎng)劃分，盡可能少地浪費IP地址?？梢赃@樣規(guī)劃IP地址：S2/0接口IP：193.168.100.1/30（即子網(wǎng)掩碼是255.255.255.252），S2接口IP：193.168.100.2/30。這個網(wǎng)段必須使用公網(wǎng)IP地址，如果不進行子網(wǎng)劃分，那就意味著這兩個接口使用兩個IP地址（每個接口一個IP地址）需要占用一個網(wǎng)段，會浪費很多個IP地址。進行子網(wǎng)劃分，可以盡可能地避免這種浪費。按照上面的IP規(guī)劃，把c類的IP網(wǎng)絡(luò)劃分成多個子網(wǎng)，這個子網(wǎng)的主機地址是32-30=2位，于是子網(wǎng)內(nèi)可用IP地址數(shù)為22-2=2個。2個IP地址剛好分給這兩個接口，做到了盡可能地節(jié)約IP地址。

1.3子網(wǎng)劃分在考試中的占分比

子網(wǎng)劃分是計算機網(wǎng)絡(luò)課程中的一個重點難點，通過以上分析，讓學(xué)生明白了其應(yīng)用場合和重要性，使壓力變?yōu)閯恿Γ苷J真去學(xué)習(xí)，思考這個知識點。在全國計算機等級考試四級網(wǎng)絡(luò)工程師考試中，子網(wǎng)劃分的題目占分比在15%左右，在國家軟件水平考試的網(wǎng)絡(luò)工程師考試中，子網(wǎng)劃分的題目占到10%左右。進一步說明子網(wǎng)劃分在城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的重要性，要成為一名深資的網(wǎng)絡(luò)工程師，子網(wǎng)劃分是要掌握的關(guān)鍵點之一。

2.如何學(xué)習(xí)子網(wǎng)劃分

2.1理解子網(wǎng)掩碼

2.1.1理解子網(wǎng)掩碼的作用

如果是A，B，C，D，E類IP地址，沒有進行劃分子網(wǎng)，那么從IP中就可以確定IP地址的類型及網(wǎng)絡(luò)號和主機號。劃分子網(wǎng)是從IP地址的主機地址中劃分一位或者多位到網(wǎng)絡(luò)地址中，改變了網(wǎng)絡(luò)地址的長度和主機地址的長度，無法直接從IP地址中確定網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址的長度，也就無法確定IP地址的網(wǎng)絡(luò)號和主機號。劃分子網(wǎng)后，從IP中只能確定IP地址的類型，不能確定IP的網(wǎng)絡(luò)號和主機號。劃分子網(wǎng)后，通過使用掩碼，把子網(wǎng)隱藏起來，使得從外部看網(wǎng)絡(luò)沒有變化，這就是子網(wǎng)掩碼，于是需要使用子網(wǎng)掩碼來確定對應(yīng)IP中網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址的長度。子網(wǎng)掩碼的作用就是來確定它對應(yīng)IP的網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址位數(shù)。子網(wǎng)掩碼的特點是轉(zhuǎn)換成二進制后，“1”是連續(xù)的，“0”也是連續(xù)的，“1”中沒有“0”，“0”中沒有“1”；“1”表示與它相應(yīng)的IP（二進制時）的對應(yīng)位是屬于網(wǎng)絡(luò)地址，“0”表示與它相應(yīng)的IP（二進制時）的對應(yīng)位是屬于主機地址。就清楚了子網(wǎng)劃分前要搞清楚子網(wǎng)掩碼的重要性及作用。

2.1.2理解子網(wǎng)掩碼與IP地址配對使用

通過上面的分析知道：沒有子網(wǎng)劃分時，根據(jù)IP地址的類型就能確定IP地址中的網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址長度；子網(wǎng)劃分后，需要通過子網(wǎng)掩碼來確定對應(yīng)IP地址的網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址的長度。什么時候劃分了子網(wǎng)，什么時候沒有劃分子網(wǎng)，無法表示。于是統(tǒng)一規(guī)定：一個IP地址配對一個子網(wǎng)掩碼，由子網(wǎng)掩碼來確定對應(yīng)IP地址中網(wǎng)絡(luò)地址長度，也就確定了網(wǎng)絡(luò)號。路由器根據(jù)子網(wǎng)掩碼計算出網(wǎng)絡(luò)號，確定網(wǎng)段，進行路由選擇。這就是子網(wǎng)掩碼和IP地址配對使用的原因。endprint

2.2子網(wǎng)劃分講解

對于初學(xué)者來說，給他講子網(wǎng)劃分的計算技巧，只能是讓他得到正確計算結(jié)果，并不知道為什么要這么算，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時就不會IP規(guī)劃了。所以，先得講清楚子網(wǎng)劃分的過程和步驟。這里看到的IP地址是采用點分十進制表示的，實際在計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中是二進制形式的。于是，學(xué)習(xí)者計算的時候要把十進制的IP地址轉(zhuǎn)化為二進制，再進行計算。路由器依據(jù)子網(wǎng)掩碼正確判斷任意IP地址是否是本網(wǎng)段的，從而正確地進行路由。進行子網(wǎng)劃分計算，就是讓學(xué)習(xí)者模仿路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行計算網(wǎng)絡(luò)號和主機號過程來計算一次，從而加深對子網(wǎng)劃分的理解和應(yīng)用。子網(wǎng)劃分過程見教材《網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互連學(xué)習(xí)指南》（科學(xué)出版社出版，高俠、陳智罡、袁宗福編著，ISBN：9787030241672）第146頁至149頁。同時在網(wǎng)絡(luò)上，百度百科中也有子網(wǎng)劃分的詳細計算過程。

上面教材和網(wǎng)絡(luò)中的子網(wǎng)劃分計算過程，歸納起來有4步：（1）通過子網(wǎng)掩碼確定對應(yīng)IP的網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址位數(shù)；（2）把IP地址點分十進制轉(zhuǎn)換成點分二進制；（3）計算出網(wǎng)絡(luò)號和主機號；（4）寫出子網(wǎng)號和子網(wǎng)內(nèi)第一個可用IP，并把它轉(zhuǎn)化成點分十進制形式。理解了子網(wǎng)劃分，再按照這4個步驟進行子網(wǎng)劃分就容易多了。

2.3子網(wǎng)劃分計算技巧

計算技巧是對于熟悉了子網(wǎng)劃分計算過程的學(xué)習(xí)者來說的。針對上面計算過程的4個步驟，筆者發(fā)現(xiàn)從第2步到第4步過程中，先把IP地址點分十進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進制，然后又轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)據(jù)，這個過程是可以簡算的。發(fā)現(xiàn)IP地址的4個字節(jié)中，如果某個字節(jié)是網(wǎng)絡(luò)地址或者是主機地址的話，由十進制轉(zhuǎn)換成二進制，又轉(zhuǎn)換成十進制，這個計算過程是不必要的；某個IP字節(jié)包含網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址，這個字節(jié)就要計算，需要把十進制轉(zhuǎn)換成二進制，找出其網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址，進行計算。這個過程對二進制計算熟悉就比較容易計算，如果熟悉20=1，21=2，22=4，23=8，24=16，25=32，26=64，27=128，28=256，就可以口算了。因為IP地址的每個字節(jié)是8位二進制數(shù)，最大是二進制的“11111111”，即28-1=255，任何一個小于等于255的十進制的數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制是上面這些2的N次方數(shù)的一個或者幾個之和。例如：IP地址是150.151.152.153，子網(wǎng)掩碼是255.255.224.0。先分析子網(wǎng)掩碼：255轉(zhuǎn)換成二進制是11111111，224轉(zhuǎn)換成二進制是11100000。于是就知道IP地址的第1、第2個字節(jié)是網(wǎng)絡(luò)地址，第4個字節(jié)是主機地址，第3個字節(jié)既包含網(wǎng)絡(luò)地址又包含主機地址，只要計算第3個字節(jié)就可以了，第3個字節(jié)是152，轉(zhuǎn)換成二進制是10011000，得到前3位“100”屬于網(wǎng)絡(luò)地址，“100”也是子網(wǎng)號，后五位“11000”屬于主機地址。于是得到網(wǎng)絡(luò)地址是150.151.128.0/19。

3.結(jié)語

對于子網(wǎng)劃分這個知識點，筆者覺得最重要的是理解其意義及應(yīng)用。它的計算過程要從計算的4個步驟開始學(xué)習(xí)，不要一開始就求計算技巧。希望學(xué)習(xí)者是能學(xué)以致用，不是會算不會用。endprint