网络基础知识--子网划分

Posted 2021-03-06 tu240302975

一：网络设备及其架构介绍

计算机网络发展过程

　　计算机与通信的融合过程就是计算机网络的发展过程，利用通信线路把位于不同的点上的多个计算机系统相互连接起来便形成了计算机网络，在网络中，通过功能完善的网络软件的管理，可以共享某些软件，硬件和数据资源。

　　计算机网络是计算机技术与通讯技术紧密结合的产物，计算机网络的发展过程经历了三个阶段：具有通信功能的单机系统，具有通信功能的多机系统和计算机网络。

面向终端分布的计算机系统

　　计算机--终端系统是把多台远程终端设备，通过公用电话网链接到一台中央计算机所构成的面向终端分布的计算机系统，就解决远程信息收集，计算和处理。计算机--终端系统提供了计算机通信的许多基本技术，而这种系统本身也成为以后发展的计算机网络组成部分。因此，这种终端联机系统也称为面向终端分布的计算机通信网，也有人称他为第一代的计算机网络。

分组交换数据网

　　由于计算机的数据是突发式和间歇性的出现在传输线路上，因此传统的电路交换技术不适合计算机数据的传输。在整个占线期间，真正传送数据的时间往往不到10%甚至只有1%，所以他对线路的利用率很低，不过他的优点是实时性比较好。

局域网（LAN）的发展

　　局域网有三种基本的拓扑结构，分别是总线型，环形和星型。市场提供的三种实用的传输介质是双绞线，同铢电缆和光纤，无线传输介质的无限LAN也正在受到重视。

 

二，ip地址的定义和分类

2.1定义

ip地址是唯一标识网络上的计算机，ip是由一个32位的0,1字符串组成。网络中的每个路由或者主机都会拥有一个独一无二的ip地址。用于区分用户。

根据tcp／ip协议，连接在internet上的每个设备都必须有一个ip地址，他是一个32位二进制数，也可以用点分十进制表示，每八位一组，用一个十进制表示即0～255，每组用"."分隔开，例如172.16.45.10

ip地址表示：

2.2 ip分类

32比特的ip地址被分为两个部分：

　　————网络号（NetWork ID ， NID）

　　————主机号（Host ID，HID）

IPv4定义了5类ip地址，分别为A，B，C，D，E类地址。

• A类地址：A类地址前1段网络号，后3段主机号，并且第一位必须为0：

标志位	网络位	24位主机号
0	XXX XXXX	XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX
第一位域最小值->	0 000 0001 (1)	全0不取
第一位域最大值->	0 111 1110 (126)	全1不取

• B类地址：B类地址前2段网络号，后2段主机号，

标志位	网络位	16位主机号
10	XX XXXX XXXX XXXX	XXXX XXXX XXXX XXXX
第一位域最小值->	10 00 0000 (128)
第一位域最大值->	10 11 1111 (191)

• C类地址：C类地址前3段网络号，后1段主机号，

标志位	网络位	8位主机号
110	X XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX	XXXX XXXX
第一位域最小值->	110 0 0000 (192)
第一位域最大值->	110 1 1111 (223)

•  D类地址：D类地址主要作为组播地址存在。

标志位	网络位
1110	XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX
第一位域最小值->	1110 0000 (224)
第一位域最大值->	1110 1111 (239)

• E类地址： E类地址主要用于实验：

标志位	网络位
1111 0	XXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX
第一位域最小值->	1111 0 000 (240)
第一位域最大值->	1111 0 111 (247)

将ip地址中的网络位和主机位固定下来后，ip地址被分成了不同的积累：A类，B类，C类，D类，E类

2.3特殊ip地址

1. 网络地址：用于表示网络本身，具有正常的网络号部分，而主机号部分全部为0的ip地址称之为网络地址，如172.16.45.0就是一个B类网络地址
2. 广播地址：用于向网络中的所有的设备进行广播。具有正常的网络号部分，而主机号部分全为1(即255)的ip地址称之为广播地址，如172.16.45.255就是一个B类的网络地址
3. 有限广播地址：指的是32位全位1(即255.255.255.255)的ip地址，用于本网广播
4. 回送地址：网络地址不能以十进制的127作为开头，在地址中数字127保留给系统作为诊断用，称为欢送地址，如127.0.0.1用于回路测试
5. 私有地址：只能在局域网内使用，不能在internet上使用的ip地址称为私有ip地址，私有ip地址有：
   1. 10.0.0.0～10.255.255.255，表示一个A类地址
   2. 172.16.0.0~172.31.255.255,表示16个B类地址
   3. 192.168.0.0～192.168.255.255，表示256个C类地址
6. 0.0.0.0:指已经不是真正意义上的ip地址，它表示的是所有不清楚主机和目的网络，这里的不清楚指的是在本机路由表里没有特定条目指明如何到达

2.4子网掩码

　　RFC 950定义了子网掩码的使用，子网掩码是一个32位的2进制数，其对应网络地址的所有位置都为1，对应于主机地址的所有位置都为0。

　　由此可知，A类网络的默认子网掩码是255.0.0.0，B类网络的默认子网掩码是255.255.0.0，C类网络的默认子网掩码是255.255.255.0。将子网掩码和IP地址按位进行逻辑“与”运算，得到IP地址的网络地址，剩下的部分就是主机地址，从而区分出任意IP地址中的网络地址和主机地址。

　　子网掩码常用点分十进制表示，我们还可以用CIDR的网络前缀法表示掩码，即“/<网络地址位数>；”。如138.96.0.0/16表示B类网络138.96.0.0的子网掩码为255.255.0.0。

1. 子网掩码用于识别ip地址中的网络地址和主机地址。
2. 子网掩码也是32位二进制数字，在子网掩码中，对应于网络地址部分全用1表示，主机部分全用0表示 
3. 还可以用网络前缀表示子网掩码，即"／<网络地址位数>"，如172.16.45.0/24表示B类网络172.16.45.0的子网掩码为255.255.255.0

2.5 ip地址申请

2.6  IP判断

子网掩码告知路由器，IP地址的前多少位是网络地址，后多少位（剩余位）是主机地址，使路由器正确判断任意IP地址是否是本网段的，从而正确地进行路由。

　　例如，有两台主机，主机一的IP地址为222.21.160.6，子网掩码为255.255.255.192，主机二的IP地址为222.21.160.73，子网掩码为255.255.255.192。现在主机一要给主机二发送数据，先要判断两个主机是否在同一网段。

主机一：

　　222.21.160.6即：11011110.00010101.10100000.00000110

　　255.255.255.192即：11111111.11111111.11111111.11000000

按位逻辑与运算结果为：11011110.00010101.10100000.00000000

十进制形式为（网络地址）：222.21.160.0

 

主机二：

　　222.21.160.73 即：11011110.00010101.10100000.01001001

　　255.255.255.192即：11111111.11111111.11111111.11000000

按位逻辑与运算结果为：11011110.00010101.10100000.01000000

十进制形式为（网络地址）：222.21.160.64

　　

　　C类地址判断前三位是否相同，即可确定2个IP地址是否在同一网段内，但本例中的222.21.160.6与222.21.160.73不在同一网段，因为这两个C类IP地址已经做了子网划分就不能只判断前三位是否相同就确认这两个IP是否在同一网段。其中222.21.160.6在222.21.160.1-222.21.160.62 段，222.21.160.73在222.21.160.65-222.21.160.126 段，所以不在同一网段^[2]  ，如果要通信需要通过路由器转发。

 

三，子网划分

3.1子网划分概念

　　子网划分定义：Internet组织机构定义了五种IP地址，有A、B、C三类地址。A类网络有126个，每个A类网络可能有16777214台主机，它们处于同一广播域。而在同一广播域中有这么多节点是不可能的，网络会因为广播通信而饱和，结果造成16777214个地址大部分没有分配出去。可以把基于每类的IP网络进一步分成更小的网络，每个子网由路由器界定并分配一个新的子网网络地址,子网地址是借用基于每类的网络地址的主机部分创建的。划分子网后，通过使用掩码，把子网隐藏起来，使得从外部看网络没有变化，这就是子网掩码。

　　当我们对一个网络进行子网划分时，基本上就是将它分成小的网络。比如，当一组IP地址指定给一个公司时，公司可能将该网络“分割成”小的网络，每个部门一个。这样，技术部门和管理部门都可以有属于它们的小网络。通过划分子网，我们可以按照我们的需要将网络分割成小网络。这样也有助于降低流量和隐藏网络的复杂性。

　　子网划分是通过借用ip地址的若干位主机位来充当子网地址的从而将原来的网络分为若干个彼此隔离的子网实现的

注意：

• arp协议通过ip地址获取目标主机的mac地址这一过程使用的是广播的方式，这个广播地址就是通过子网地址于子网掩码计算而来的，只有计算出的这一子网内的主机才能收到这个arp广播包
• 子网划分与vlan都可以做到隔离广播域，只是子网划分是三层隔离，二vlan是二层

3.2 C类子网划分

　　子网划分是通过借用IP地址的若干位主机位来充当子网地址从而将原网络划分为若干子网而实现的。

　　划分子网时，随着子网地址借用主机位数的增多，子网的数目随之增加，而每个子网中的可用主机数逐渐减少。以C类网络为例，原有8位主机位，2的8次方即256个主机地址，默认子网掩码255.255.255.0。借用1位主机位，产生2个子网，每个子网有126个主机地址；借用2位主机位，产生4个子网，每个子网有62个主机地址……每个网中，第一个IP地址（即主机部分全部为0的IP）和最后一个IP（即主机部分全部为1的IP）不能分配给主机使用，所以每个子网的可用IP地址数为总IP地址数量减2；根据子网ID借用的主机位数，我们可以计算出划分的子网数、掩码、每个子网主机数，列表如下：

　　　　① 划分子网数 ② 子网位数 ③子网掩码（二进制） ④ 子网掩码（十进制） ⑤ 每个子网主机数

　　　　① 1～2 ② 1 ③ 11111111.11111111.11111111.10000000 ④ 255.255.255.128 ⑤ 126

　　　　① 3～4 ② 2 ③ 11111111.11111111.11111111.11000000 ④ 255.255.255.192 ⑤ 62

　　　　① 5～8 ② 3 ③ 11111111.11111111.11111111.11100000 ④ 255.255.255.224 ⑤ 30

　　　　① 9～16 ② 4 ③ 11111111.11111111.11111111.11110000 ④ 255.255.255.240 ⑤ 14

　　　　① 17～32 ② 5 ③ 11111111.11111111.11111111.11111000 ④ 255.255.255.248 ⑤ 6

　　　　① 33～64 ② 6 ③ 11111111.11111111.11111111.11111100 ④ 255.255.255.252 ⑤ 2

　　如上表所示的C类网络中，若子网占用7位主机位时，主机位只剩一位，无论设为0还是1，都意味着主机位是全0或全1。由于主机位全0表示本网络，全1留作广播地址，这时子网实际没有可用主机地址，所以主机位至少应保留2位。

3.3子网划分步骤

• 确定要划分的子网数以及每个子网的主机数
• 求出子网数目对应的二进制的位数N及主机数目对应的二进制数的位数M
• 对该ip地址的原子网掩码，将其主机地址部分的前N位置1(其余全部置0)或后M位置0(其余全置1)即得出该ip地址划分子网后的子网掩码

3.4子网划分案例

案例一

给C类网络211.168.10.0划分5个子网

　　2**2-2<5<2**3-2所以需要3位网络号，主机号为8-3=5

　　子网掩码为255.255.255.224

　　每个子网可容纳2**5-2=30台主机

案例二

对B类网络135.41.0.0/16需要划分为20个能容纳200台主机的网络（即：子网）。

　　因为16<20<32，即：2的4次方<20<2的5次方，所以，子网位只须占用5位主机位就可划分成32个子网，可以满足划分成20个子网的要求。B类网络的默认子网掩码是255.255.0.0，转换为二进制为11111111.11111111.00000000.00000000。

　　现在子网又占用了5位主机位，根据子网掩码的定义，划分子网后的子网掩码应该为11111111.11111111.11111000.00000000，转换为十进制应该为255.255.248.0。现在我们再来看一看每个子网的主机数。

　　子网中可用主机位还有11位，2的11次方=2048，去掉主机位全0和全1的情况，还有2046个主机ID可以分配，而子网能容纳200台主机就能满足需求，按照上述方式划分子网，每个子网能容纳的主机数目远大于需求的主机数目，造成了IP地址资源的浪费。

　　为了更有效地利用资源，我们也可以根据子网所需主机数来划分子网。还以上例来说，128<200<256，即2^7<200<2^8，也就是说，在B类网络的16位主机位中，保留8位主机位，其它的16－8=8位当成子网位。

　　即可以将B类网络135. 41.0.0划分成256（2^8）个能容纳256－1－1=254台（去掉全0全1情况）主机的子网。此时的子网掩码为11111111.11111111.11111111.00000000，转换为十进制为255.255.255.0。

 

3.5划分子网注意事项

1. 在子网划分时不仅需要考虑目前需要，还应该了解将来需要多说子网和主机。子网掩码使用较多的主机位，可以得到更多子网，节约了ip地址资源，若将来需要更多的子网时，不用再重新分配ip地址，但每个子网的主机数量有限；反之，子网掩码使用较少的主机位，每个子网的主机数允许有更大的增长，但可用子网数有限
2. 一般来说，一个网络中的节点数太多，网络会因为广播通信而饱和，所以网络中的主机数量的增长是有限的，也就是说，在条件允许的情况下，应将更多的主机位用于子网位

3.6为什么要子网划分

Internet组织机构定义了五种IP地址，用于主机的有A、B、C三类地址。其中A类网络有126个，每个A类网络可能有16，777，214台主机，它们处于同一广播域。

　　而在同一广播域中有这么多结点是不可能的，网络会因为广播通信而饱和，结果造成16，777，214个地址大部分没有分配出去，形成了浪费。

　　而另一方面，随着互连网应用的不断扩大，IP地址资源越来越少。为了实现更小的广播域并更好地利用主机地址中的每一位，可以把基于类的IP网络进一步分成更小的网络，每个子网由路由器界定并分配一个新的子网网络地址,子网地址是借用基于类的网络地址的主机部分创建的。

　　划分子网后，通过使用掩码，把子网隐藏起来，使得从外部看网络没有变化，这就是子网掩码。

很简单的说   就是，一个公司不可能使用254个公网地址，A公司想用6个地址，B公司也想用6个地址，如果把这两个公司的地址都放在一个大网段里面，这两个公司的地址就能够直接互通

3.7子网划分优点

• 减少网络流量
• 提高网络性能
• 简化管理
• 易于扩大地理范围