一種簡單子網(wǎng)劃分方法及教學(xué)案例＊

張海絨

(山西工程職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030009)

0 引言

高職院?！坝嬎銠C網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”課程重點難點較多，理論知識繁瑣抽象，特別是子網(wǎng)劃分部分。針對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和管理，子網(wǎng)劃分方案顯的尤為重要[1]。

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程教學(xué)中，對于子網(wǎng)劃分部分的講解比較復(fù)雜，比如二進制與十進制之間的轉(zhuǎn)換，學(xué)生入校之前沒有學(xué)過，但這部分知識的掌握是子網(wǎng)劃分學(xué)習(xí)的前期準備工作。筆者翻閱了很多計算機網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的教材，也查閱了國內(nèi)外相關(guān)的論文資料，還沒有發(fā)現(xiàn)一種能夠輕松掌握的子網(wǎng)劃分方法，并能將其應(yīng)用于當(dāng)前高職院校零基礎(chǔ)學(xué)生的教學(xué)工作。筆者在長期的計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程中，總結(jié)出了一套子網(wǎng)劃分簡單易學(xué)的方法，便于學(xué)生理解和掌握。本文從案例的角度出發(fā)，來介紹該子網(wǎng)劃分是如何進行的。

1 案例描述

從一個教學(xué)案例的角度出發(fā)，某所新建的學(xué)校，教室有400 臺計算機，圖書館有180 臺計算機，宿舍里有40 臺計算機，食堂有18 臺計算機。前期的網(wǎng)絡(luò)施工布線工作已經(jīng)基本完成，現(xiàn)在需要為每個部門做IP規(guī)劃和子網(wǎng)劃分。分配的IP 地址塊是172.16.0.0/22，需要將其劃分為五個子網(wǎng)，分別為：第一個子網(wǎng)是教室LAN，最多支持400 臺主機；第二個子網(wǎng)是圖書館LAN，最多支持180 臺主機；第三個子網(wǎng)是宿舍LAN，最多支持40 臺主機；第四個子網(wǎng)是食堂LAN，最多支持18臺主機；第五個子網(wǎng)是WAN，采用點對點鏈路。

2 前期知識準備

完成此案例子網(wǎng)規(guī)劃與子網(wǎng)劃分的前提是，學(xué)生需掌握一定的計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識，比如，IP 地址的二進制記法和二進制與十進制之間的轉(zhuǎn)換等。

目前IP 地址采用的是IPv4 版本，需要32 位的二進制數(shù)表示，由于二進制數(shù)只適用于計算機識別，為了更加人性化，計算機網(wǎng)絡(luò)界采用點分十進制的記法，即192.168.2.1，32 位的二進制位分為四組，每一組換算成十進制，中間用小數(shù)點隔開。

學(xué)生還需要掌握二進制的數(shù)數(shù)規(guī)則，8 位二進制從00000000 數(shù)到11111111，掌握二進制加減法，逢2進1 的方法。熟練的進行二進制十進制之間的轉(zhuǎn)換，至少需要8 位的二進制數(shù)與十進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，可以采用8421法進行。

所謂8421法，指的是二進制數(shù)按位權(quán)展開，（這里以8 位二進制位為例），從高位到地位依次是：2726252423222120，依次計算出對應(yīng)的值為：128 64 32 16 8 4 2 1。例如，這里給出一個8位的二進制數(shù)00110011，作出位權(quán)對應(yīng)，如表1所示。將二進制數(shù)位為1 的對應(yīng)的位權(quán)值相加即可，也就是32+16+2+1=51，筆者得出8 位二進制數(shù)00110011所對應(yīng)的十進制數(shù)為51。相比較于傳統(tǒng)的二-十進制轉(zhuǎn)換方法，該方法快速簡單，特別適用于網(wǎng)絡(luò)工程應(yīng)用的情況，但是要求學(xué)生熟記相應(yīng)的位權(quán)數(shù)，也就是128 64 32 16 8 4 2 1。

表1 8421法

3 可變長子網(wǎng)掩碼（VLSM）劃分子網(wǎng)

學(xué)術(shù)界對于子網(wǎng)劃分有很多種常用的方法，比較常見的一種是可變長子網(wǎng)劃分VLSM 的方法[2]，這里采用VLSM方法解決上述案例。

首先，將點分十進制的IP 地址表示改為二進制的表示形式，因為網(wǎng)絡(luò)號為前22 位，前兩個字節(jié)可以不用換算成二進制形式，那么，172.16.0.0/22 轉(zhuǎn)為二進制IP 地址表示為：172.16.000000/00.00000000。子網(wǎng)劃分需要從計算機數(shù)最多的子網(wǎng)開始劃分，依次往下，直到劃分完畢[3]。

⑴第一個子網(wǎng)能夠支持400臺主機，采用計算方法2n＞=400,算出n=9，那么至少要空出九位的主機位，所以，就剩下一位來劃分子網(wǎng)，172.16.000000/00.00000000，如下劃線標注的一位來劃分子網(wǎng)，一位的二進制位能劃分兩個子網(wǎng)，一般情況下，我們定義0開始為第一個子網(wǎng)，即172.16.0000000/0.00000000，剩下的一個子網(wǎng)為172.16.0000001/0.00000000。

⑵第二個子網(wǎng)需要支持180臺主機，根據(jù)計算得出需要8位二進制位，所以，在上述剩下的子網(wǎng)的基礎(chǔ)上，即172.16.0000001/0.00000000網(wǎng)絡(luò)上繼續(xù)劃分，空出8位主機位數(shù)，只有一位二進制位來劃分子網(wǎng)，同樣，一位二進制位可以表示兩個子網(wǎng)，為0的子網(wǎng)我們來定義為我們的第二個子網(wǎng)，也就是172.16.00000010/.00000000，其中有下劃線的二進制位用來劃分子網(wǎng)。剩下的一個子網(wǎng)為172.16.00000011/.00000000。

⑶第三個子網(wǎng)需要40 臺主機，首先計算出需要六位主機號，在第⑵步劃分網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，也就是172.16.00000011/.00000000繼續(xù)劃分，需要空出6位主機號，剩下二位的二進制位來劃分子網(wǎng)，二位二進制位可以劃分出四個子網(wǎng)，分別為172.16.00000011.00/000000，172.16.00000011.01/000000，172.16.00000011.10/000000，172.16.00000011.11/000000。第三個子網(wǎng)原則上四選一即可，一般我們選擇00子網(wǎng)，也就是172.16.00000011.00/000000。

⑷ 接下來的子網(wǎng)劃分我們按照第⑶步劃分的四個子網(wǎng)順序，應(yīng)該從172.16.00000011.01/000000網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進行。第四個子網(wǎng)有18 臺主機，計算出需要五位主機號，同樣的空出五位主機號，剩下一位子網(wǎng)號，同樣可以劃分為兩個子網(wǎng)，分別為172.16.00000011.010/00000，和172.16.00000011.011/00000。第四個子網(wǎng)取172.16.00000011.010/00000。剩下的172.16.00000011.011/00000，繼續(xù)在此基礎(chǔ)上劃分。

⑸ 第五個子網(wǎng)是WAN 網(wǎng)，需要二個IP 地址，22-2=2，所以主機位數(shù)需要二位二進制位，從第⑷步中剩下的子網(wǎng)172.16.00000011.011/00000 繼續(xù)劃分，同樣，留出二位主機號，有三位二進制位用于劃分子網(wǎng)，可以分八個子網(wǎng)，分別為172.16.00000011.011000/00，172.16.00000011.011001/00，172.16.00000011.011010/00，172.16.00000011.011011/00，172.16.00000011.011100/00，172.16.00000011.011101/00，172.16.00000011.011110/00，172.16.00000011.011111/00。這里第五個子網(wǎng)選擇172.16.00000011.011000/00。

至此，五個子網(wǎng)已經(jīng)分配完畢，IP 子網(wǎng)規(guī)劃和子網(wǎng)劃分不是唯一的，在此過程中可以任意選擇[4]。該方法首先算出主機號，繼而求出子網(wǎng)號，根據(jù)子網(wǎng)號劃分子網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)下一個子網(wǎng)劃分，比較繁瑣，在課堂講授過程中，學(xué)生容易混淆，特別是高職院校的學(xué)生，理解起來相對困難。

4 以主機位數(shù)為核心的子網(wǎng)劃分

傳統(tǒng)的子網(wǎng)劃分對于高職院校的學(xué)生理解比較困難，筆者提出一種以主機位數(shù)為核心的子網(wǎng)劃分方法，大大降低了子網(wǎng)劃分的難度。

劃分子網(wǎng)首先還是從主機臺數(shù)最多的子網(wǎng)開始，依次到臺數(shù)最少的子網(wǎng)。和傳統(tǒng)的方法一樣，需要將IP 地址的十進制表示換算成相應(yīng)的二進制表示，172.16.0.0/22 變?yōu)槎M制表示為（前兩個字節(jié)可以不用變）：172.16.00000000.00000000/22。

⑴先劃分400臺主機臺數(shù)的子網(wǎng)，同樣需要計算出能夠支持400 臺主機數(shù)需要多少位主機號，主機號全0 的IP 地址表示網(wǎng)絡(luò)地址，主機號全1 的IP 地址表示廣播地址，所以在計算主機位數(shù)時，應(yīng)該減去2，和VLSM方法一樣，求出主機號位數(shù)最少需要9位。

從二進制IP地址最右邊起數(shù)出9位作為主機位數(shù)，將這9 位主機號從全0 到全1，就是該子網(wǎng)的IP 地址范圍（除去全0和全1）。

172.16.000000/00.00000000……172.16.000000/01.11111111。

接下來需要寫出172.16.000000/01.11111111 相鄰的下一個二進制數(shù)，也就是在172.16.000000/01.11111111的基礎(chǔ)上加二進制1，為172.16.00000010.00000000。

⑵繼續(xù)劃分180 臺主機數(shù)的子網(wǎng)：計算支持180臺主機臺數(shù)最少需要8 位。從最右邊起數(shù)出8 位作為主機位數(shù)，從全0到全1，如下所示：

172.16.00000010.00000000……

172.16.00000010.11111111。

3.8 集中消毒餐飲具。指具有消毒服務(wù)的條件和能力，能夠為餐飲服務(wù)者提供餐飲具集中消毒服務(wù)的機構(gòu)或單位，按照規(guī)范流程進行集中清洗消毒，符合相關(guān)衛(wèi)生標準，并提供給餐飲服務(wù)者使用的餐具、飲具。

同樣，計算出172.16.00000010.11111111 二進制表示形式的下一個數(shù)，即172.16.00000011.00000000。

⑶第三個子網(wǎng)需要40臺主機IP地址，同樣的方法計算出主機位數(shù)是6位，那么從172.16.00000011.00000000的最右邊數(shù)出6 位，172.16.00000011.00000000，此6 位主機號，從全0到全1，去除主機號全0和全1的即為可以分配的IP地址。范圍是從：

172.16.00000011.00000000……

172.16.00000011.00111111。

需要將末尾二進制IP 地址自動加1，即為172.16.00000011.01000000。

⑷第四個子網(wǎng)有18 臺主機，算出需要的主機位數(shù)是5 位，在172.16.00000011.01000000 的最右邊數(shù)出5 位主機位，即172.16.00000011.01000000，同樣的方法，這5位主機位從全0到全1，范圍：

172.16.00000011.01000000……

172.16.00000011.01011111。

⑸第五個子網(wǎng)比較特殊，只需要2臺主機IP地址即可，所以計算出需要的主機位數(shù)是2。在最后一個二進制IP地址的基礎(chǔ)上同樣從最右邊取2位作為主機號，172.16.00000011.01100000，兩個主機號從全0 到全1，即范圍為：

172.16.00000011.01100000……

172.16.00000011.01100011。

以主機號為核心的子網(wǎng)劃分方法，需要把握三點：①子網(wǎng)劃分時，從主機臺數(shù)最多到最少依次進行[5]；②每一個子網(wǎng)劃分完畢需要數(shù)出下一個IP 地址的二進制表示數(shù)；③計算出需要的最少主機位數(shù)，從IP 地址二進制表示的最右邊起數(shù)出的主機位數(shù)即為主機號，將主機號從全0 數(shù)到全1 就是所能分配的IP 地址表示范圍（除過全0和全1）。

掌握這三個要點，子網(wǎng)劃分問題的難題就迎刃而解。

5 兩種方法的具體比較分析

相同點：

⑴兩種方法基本前提都一樣，都需要將十進制的IP地址表示轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二進制表示。

⑵都需要從主機數(shù)最多到最少依次進行子網(wǎng)劃分。

⑶都需要先計算出至少的主機位數(shù)，確定主機號。

不同點：

VLSM 的子網(wǎng)劃分方法是從子網(wǎng)號出發(fā)，劃分出相應(yīng)的子網(wǎng)，從IP 地址的最左邊到右邊進行，而該論文提出的以主機號為核心的子網(wǎng)劃分方法打破了傳統(tǒng)的從子網(wǎng)劃分的角度出發(fā)，改為確定主機號，以主機號為核心，從IP 地址的最右邊開始，不需要考慮子網(wǎng)號是如何劃分的，這樣大大減輕了思考的難度，直接做出符合網(wǎng)絡(luò)工程實踐要求的結(jié)果。

6 實踐教學(xué)過程中學(xué)生的反饋

筆者在高職院校的實際教學(xué)過程中做過一個測試，針對相同的六個計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)班的學(xué)生，采用可變長子網(wǎng)掩碼劃分的方法講解[6]，學(xué)生聽的效果不是太好，課堂反映較差。后來正值疫情期間在線上課，采用以主機號為核心的子網(wǎng)劃分方法，學(xué)生聽的效果良好，課后在做項目實訓(xùn)時，也能夠根據(jù)講解的內(nèi)容獨立完成。如圖1所示。

圖1 以主機為核心的子網(wǎng)劃分講解

7 結(jié)束語

筆者曾在本科院校教授以謝希仁教授編著的《計算機網(wǎng)絡(luò)》教材為導(dǎo)向的計算機網(wǎng)絡(luò)課程，對計算機網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)劃分做過深入的研究和探索，但是對于高職院校的學(xué)生，更需要的是一種簡單、容易掌握，能夠應(yīng)用于實踐操作的子網(wǎng)劃分的方法。筆者在多年的計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程中總結(jié)出了一套以主機為核心的子網(wǎng)劃分方法，本文已經(jīng)做了詳細的闡述，初步應(yīng)用到教學(xué)實踐中，效果良好。

從教學(xué)的過程中，筆者深深體會到，解決一個問題，遇到瓶頸期，可以轉(zhuǎn)換思路。希望在未來的教學(xué)生涯中，能夠領(lǐng)悟更多的方法，應(yīng)用于教學(xué)實踐中，造福于我們的學(xué)生，為國家為社會培養(yǎng)出更多的能夠適應(yīng)企業(yè)造福于于社會的具有一定的計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)素質(zhì)的合格人才。