论子网与子网掩码在网络中的作用论文.doc

南昌职业学院学生毕业论文题 目：论子网与子网掩码在网络中的作用 系 别： 信息技术系 专 业： 计算机网络技术 班 级： GT1101 姓 名： 褚 余 粮 学 号： C103110101T 指导老师： 李 斌 2014 年 3 月摘要随着计算机技术的飞速发展，计算机信息网络的迅速传播，从根本上促进并改变了科研教育行业，加强了科研教育部门之间的信息交流、资源共享、科学计算和科研合作，成为国家教育和科研工作最重要的基础设施，从而促进了国家教育和科研事业的迅速发展。由于Internet的迅猛发展，IP地址空间不够用的矛盾越来越突出，为了缓解这种矛盾，子网与子网划分便很好的解决这个问题，同时子网划分可以减少，位于同一子网内的相互通信的机器数量，使广播域的范围减小，抑制广播风暴，提高网络的安全性。关键词：子网，子网掩码，子网划分，计算机网络II目 录1 引言12 计算机网络12.1 计算机网络的定义12.2 TCP/IP协议12.3 IP地址22.3.1 IP地址（IPv4）基本概念22.3.2 IP地址的分类22.3.3 IP的寻址规则33 子网43.1 子网的概念43.2 子网的作用44 子网掩码44.1 子网掩码的概念44.2 子网掩码的作用54.3 确定子网掩码数54.4 IP掩码的标注65 子网的划分65.1 子网划分的概念65.2 子网划分的作用65.3 如何进行子网划分76 总结9参考文献10致 谢11附录1：子网与子网划分实例121 引言随着电脑技术的普及和因特网技术的迅猛发展，因特网已作为二十一世纪人类的一种新的生活方式而深入到寻常百姓家。谈到因特网，IP地址就不能不提，因为无论是从学习还是使用因特网的角度来看，IP地址都是一个十分重要的概念，INTERNET的许多服务和特点都是通过IP地址体现出来的。由于Internet的迅猛发展，IP地址空间不够用的矛盾越来越突出，为了缓解这种矛盾，提出了子网划分的概念，将原本一个网段但有数量众多的电脑，划分成了多个网段，最大化利用网络资源，提高IP地址的使用效率，提高网络安全性。2 计算机网络2.1 计算机网络的定义计算机网络，是将分布在不同地理位置的，具有独立功能的计算机系统，利用通信设备和线路相互连接起来，在网络协议和软件的支持下进行数据通信、实现资源共享和信息传递的计算机系统的集合。计算机网络系统是由通信子网和资源子网组成。2.2 TCP/IP协议TCP/IP协议(Transfer Control Protocol/Internet Protocol)叫做传输控制/网际协议，又叫网络通讯协议，它包括上百个各种功能的协议，如：远程登录、文件传输和电子邮件等，而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。通常说TCP/IP 是Internet协议族，而不单单是TCP和IP。 TCP/IP协议的基本传输单位是数据包 (datagram)。TCP协议负责把数据分成若干个数据包，并给每个数据包加上包头；IP协议在每个包头上再加上接收端主机地址，这样数据找到自己要去的地方。如果传输过程中出现数据丢失、数据失真等情况，TCP协议会自动要求数据重新传输，并重新组包。总之，IP协议保证数据的传输，TCP协议保证数据传输的质量。TCP/IP协议数据的传输基于TCP/IP协议的四层结构：应用层、传输层、网络层、网络接口层，数据在传输时每通过一层就要在数据上加个包头，其中的数据供接收端同一层协议使用，而在接收端，每经过一层要把用过的包头去掉，这样来保证传输数据的格式完全一致。2.3 IP地址2.3.1 IP地址（IPv4）基本概念 Internet依靠TCP/IP协议，在全球范围内实现不同硬件结构、不同操作系统、不同网络系统的互联。在Internet上，每一个节点都依靠唯一的IP地址互相区分和相互联系。一个IP地址是用来标识网络中的一个通信实体，（比如一台主机），而基于IP协议网络中传输的数据包，也都必须使用IP地址来进行标识。IP地址是一个32位二进制数的地址,由4个8位字段组成，每个字段之间用点号隔开,用于标识TCP/IP宿主机。每个IP地址都包含两部分:网络ID和主机ID。网络ID标识在同一个物理网络上的所有宿主机，主机ID标识该物理网络上的每一个宿主机，于是整个Internet上的每个计算机都依靠各自唯一的IP地址来标识。2.3.2 IP地址的分类1A类IP地址一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”， 地址范围1.0.0.1-126.255.255.254（二进制表示为：00000001 00000000 00000000 00000001 - 01111110 11111111 11111111 11111110）。可用的A类网络有126个，每个网络能容纳1600多万个主机。2B类IP地址一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，地址范围128.1.0.1- 191.254.255.254（二进制表示为：10000000 00000001 00000000 00000001 - 10111111 11111110 11111111 11111110）。可用的B类网络有16382个，每个网络能容纳6万多个主机。3C类IP地址一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。范围192.0.1.1- 223.255.254.254（二进制表示为: 11000000 00000000 00000001 00000001 - 11011111 11111111 11111110 11111110）。C类网络可达209万余个，每个网络能容纳254个主机。4D类地址用于多点广播（Multicast）。D类IP地址第一个字节以“lll0”开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播（Multicast）中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。 地址范围224.0.0.1-239.255.255.2545E类IP地址 以“llll0”开始，为将来使用保留。 全零（“0000”）地址对应于当前主机。全“1”的IP地址（“255255255255”）是当前子网的广播地址。6在IP地址的主要三种类型里，各保留了三个区域作为私有地址，其地址范围如下：A类地址：10.0.0.010.255.255.255B类地址：172.16.0.0172.31.255.255C类地址：192.168.0.0192.168.255.2552.3.3 IP的寻址规则 1网络寻址规则A、网络地址必须唯一。B、网络标识不能以数字127开头。在A类地址中，数字127保留给内部回送函数。 C、网络标识的第一个字节不能为255。数字255作为广播地址。D、网络标识的第一个字节不能为“0”，“0”表示该地址是本地主机，不能传送。2主机寻址规则A、主机标识在同一网络内必须是唯一的。B、主机标识的各个位不能都为“1”，如果所有位都为“1”，则该机地址是广播地址，而非主机的地址。C、主机标识的各个位不能都为“0”，如果各个位都为“0”，则表示“只有这个网络”，而这个网络上没有任何主机。3 子网3.1 子网的概念由于Internet的迅猛发展，IP地址空间不够用的矛盾越来越突出，为了缓解这种矛盾，提出了子网的概念。 子网：从上面可以得知，IP地址均分为网络位和主机位两段，假设一个网络中的主机为400台，那么分配一个C类地址不够用，分配一个B类地址又显得太浪费，在这种情况下，就提出了子网化的概念，子网的定义就是把主机地址中的一部分主机位借用为网络位。如在一个B类地址172.16.0.0/16，可以借用7位做为网络地址，一个形如172.16.2.0/23的地址段就可以满足该网络的需求。其中172.16.0.0/16称为：主网，172.16.2.0/23称为：子网。事实上，划分子网是不能增加IP地址的个数的，划分子网是为了增加灵活性，但是会减少有效的IP地址。3.2 子网的作用首先要明确为什么要划分子网，VLSM(可变长子网掩码)其中重要的一点借用主机地址，充当网络地址从而达到节省IP地址资源，有效利用和规划IP地址，不造成浪费。其次，子网能够减少位于同一子网内的相互通信的机器数量，使广播域的范围减小，抑制广播风暴，提高网络的安全性。4 子网掩码4.1 子网掩码的概念 引入子网概念后，网络位加上子网位才能全局唯一地标识一个网络。把所有的网络位用1来标识，主机位用0来标识，就得到了子网掩码。子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。子网掩码的设定必须遵循一定的规则。与IP地址相同，子网掩码的长度也是32位，左边是网络位，用二进制数字“1”表示；右边是主机位，用二进制数字“0”表示。附图所示的就是IP地址为“192.168.1.1”和子网掩码为“255.255.255.0”的二进制对照。其中，“1”有24个，代表与此相对应的IP地址左边24位是网络号；“0”有8个，代表与此相对应的IP地址右边8位是主机号。这样，子网掩码就确定了一个IP地址的32位二进制数字中哪些是网络号、哪些是主机号。这对于采用TCP/IP协议的网络来说非常重要，只有通过子网掩码，才能表明一台主机所在的子网与其他子网的关系，使网络正常工作。4.2 子网掩码的作用子网掩码是标志两个IP地址是否同属于一个子网的，也是32位二进制地址，其每一个为1代表该位是网络位，为0代表主机位。它和IP地址一样也是使用点式十进制来表示的。如果两个IP地址在子网掩码的按位与的计算下所得结果相同，即表明它们共属于同一子网中。掩码的功能是说明有子网和有几个子网，但子网数只能表示为一个范围，不能确切讲具体几个子网，掩码不说明具体子网号，有子网的掩码格式(对C类地址):主机标识前几位为子网号，后面不写主机，全写0。4.3 确定子网掩码数 用于子网掩码的位数决定于可能的子网数目和每个子网的主机数目。在定义子网掩码前，必须弄清楚本来使用的子网数和主机数目。定义子网掩码的步骤为：A、确定哪些组地址归我们使用，比如我们申请到的网络号为 “210.73.a.b”，该网络地址为c类IP地址，网络标识为“210.73”，主机标识为“a.b”。B、根据我们现在所需的子网数以及将来可能扩充到的子网数，用宿主机的一些位来定义子网掩码。比如我们现在需要12个子网，将来可能需要16个。用第三个字节的前四位确定子网掩码。前四位都置为“1”，即第三个字节为“11110000”，这个数我们暂且称作新的二进制子网掩码。 C、把对应初始网络的各个位都置为“1”，即前两个字节都置为“1”，第四个字节都置为“0”，则子网掩码的间断二进制形式为：“11111111.11111111.11110000.00000000” D、把这个数转化为间断十进制形式为：“255.255.240.0” ，这个数为该网络的子网掩码。 4.4 IP掩码的标注 1、无子网的标注法 对无子网的IP地址，可写成主机号为0的掩码。如IP地址210.73.140.5，掩码为255.255.255.0，也可以缺省掩码，只写IP地址。2、有子网的标注法 有子网时，一定要二者配对出现。以C类地址为例。IP地址中的前3个字节表示网络号，后一个字节既表明子网号，又说明主机号，还说明两个IP地址是否属于一个网段。如果属于同一网络区间，这两个地址间的信息交换就不通过路由器。如果不属同一网络区间，也就是子网号不同，两个地址的信息交换就要通过路由器进行。例如：对于IP地址为210.73.140.5的主机来说，其主机标识为00000101，对于IP地址为210.73.140.16的主机来说它的主机标识为00010000，以上两个主机标识的前面三位全是000，说明这两个IP地址在同一个网络区域中，这两台主机在交换信息时不需要通过路由器进行210.73.60.1的主机标识为00000001，210.73.60.252的主机标识为11111100，这两个主机标识的前面三位000与011不同，说明二者在不同的网络区域，要交换信息需要通过路由器。其子网上主机号各为1和252。 在计算子网掩码时，我们要注意IP地址中的保留地址，即“ 0”地址和广播地址，它们是指主机地址或网络地址全为“ 0”或“ 1”时的IP地址，它们代表着本网络地址和广播地址，一般是不能被计算在内的。5 子网的划分5.1 子网划分的概念子网划分是将原本标准的网段继续划分成多个不同的网段，通过netmask（子网掩码）区别不同的子网，对于不同的网段之间的访问必须通过第三层交换的设备(路由器）才能实现，这就将原本一个网段但有数量众多的电脑，划分成了多个网段但每个网段所拥有的较少的地址使用，最大化利用了网络资源。5.2 子网划分的作用为了提高IP地址的使用效率，可将一个网络划分为子网：采用借位的方式，从主机位最高位开始借位变为新的子网位，所剩余的部分则仍为主机位。这使得IP地址的结构分为三部分：网络位、子网位和主机位。引入子网概念后，网络位加上子网位才能全局唯一地标识一个网络。把所有的网络位用1来标识，主机位用0来标识，就得到了子网掩码。如下图所示的子网掩码转换为十进制之后为：255.255.255.224 子网编址使得IP地址具有一定的内部层次结构，这种层次结构便于IP地址分配和管理，同时子网划分也是为了减少广播域。它的使用关键在于选择合适的层次结构-如何既能适应各种现实的物理网络规模，又能充分地利用IP地址空间（即：从何处分隔子网号和主机号）。5.3 如何进行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，28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21个子网，每个子网有27个主机地址；借用2位主机位，产生22个子网，每个子网有26个主机地址根据子网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，如表5-3-1：表5-3-1 C类IP网络号借位示意图划分子网数子网位数子网掩码（二进制）子网掩码（十进制）每个子网主机数12111111111.11111111.11111111.10000000255.255.255.12812834211111111.11111111.11111111.11000000255.255.255.1926458311111111.11111111.11111111.11100000255.255.255.22432916411111111.11111111.11111111.11110000255.255.255.240161732511111111.11111111.11111111.11111000255.255.255.24883364611111111.11111111.11111111.11111100255.255.255.2524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。从上表可总结出子网划分的步骤或者说子网掩码的计算步骤：1确定要划分的子网数目以及每个子网的主机数目。2求出子网数目对应二进制数的位数N及主机数目对应二进制数的位数M。3 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或后M位置0 即得出该IP地址划分子网后的子网掩码。例如，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。因为162032，即242025，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，2112048，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，每个子网能容纳的子网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，128200256，即2720028，也就是说，在类网络的16位主机位中,保留8位主机位，其它的1688位当成子网位，可以将B类网络138. 96.0.0划分成256(28)个能容纳256111=253台（去掉全0全1情况和