子网掩码与子网划分.doc

主审论文子网掩码与子网划分上海市中医医院信息中心张国伟本 文 摘 要子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络地址和主机地址。子网划分时，子网掩码设置的不同，所得到的子网不同，每个子网能容纳的主机数目不同，若设置错误，可能导致数据传输错误或增加网络传输负担。子网掩码与子网划分摘 要子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络地址和主机地址。子网划分时，子网掩码设置的不同，所得到的子网不同，每个子网能容纳的主机数目不同，若设置错误，可能导致数据传输错误或增加网络传输负担。关键词子网掩码 网络地址 主机地址 扩展网络前缀当IP在1981年9月首次标准化时，起规范要求连接在基于IP的互联网上每个系统的每个接口都必须被分配一个唯一的32位值，即Internet协议地址（IPv4）。Internet地址的第一部分用与标识主机所属的网络，第二部分则用于标识给定网络上某个特定的主机。如图（1）所示。网 络 号主 机 号图（1）Internet组织机构定义了五种类型的IP地址，用于主机的主要有A、B、C三类地址，所有地址类都是由地址模式的高位来标识。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；而从网络管理角度来看，每一个拓扑结构的LAN都需要有自己唯一的网络号，而受条件限制，不可能将所有机器都连接在一个LAN网段上，比如有的单位分属不同两个区域，LAN的激增也就意味着网络号的激增；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。如图（2）所示。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。网 络 号主 机 号网 络 号子 网 号主 机 号图（2）1、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，系统将把Internet地址中对应于子网掩码中被设为1的那些位置上的比特作为扩展网络前缀看待，对应于主机地址的所有位都置为0。由此可知，A类网络的缺省的子网掩码是255.0.0.0，B类网络的缺省的子网掩码是255.255.0.0，C类网络的缺省的子网掩码是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，我们还可以用网络前缀法表示子网掩码，即“/”。如158.78.0.0/16表示B类网络158.78.0.0的子网掩码为255.255.0.0。子网掩码告知路由器，地址的哪一部分是网络地址，哪一部分是主机地址，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：11011110.00010101.10100000.00000110255.255.255.192 即：11111111.11111111.11111111.11000000按位逻辑与运算结果为： 11011110.00010101.10100000.00000000主机二222.21.160.73 即：11011110.00010101.10100000.01001001255.255.255.192 即：11111111.11111111.11111111.11000000按位逻辑与运算结果为：11011110.00010101.10100000.01000000两个结果不同，也就是说，两台主机不在同一网络，数据需先发送给默认网关，然后再发送给主机二所在网络。那么，假如主机二的子网掩码误设为255.255.255.128，会发生什么情况呢？让我们将主机二的IP地址与错误的子网掩码相“与”：222.21.160.73 即：11011110.00010101.10100000.01001001255.255.255.128即：11111111.11111111.11111111.10000000结果为 11011110.00010101.10100000.00000000这个结果与主机一的网络地址相同，主机一与主机二将被认为处于同一网络中，数据不再发送给默认网关，而是直接在本网内传送。由于两台主机实际并不在同一网络中，数据包将在本子网内循环，直到超时并抛弃。数据不能正确到达目的机，导致网络传输错误。反过来，如果两台主机的子网掩码原来都是255.255.255.128，误将主机二的设为255.255.255.192，主机一向主机二发送数据时，由于IP地址与错误的子网掩码相与，误认两台主机处于不同网络，则会将本来属于同一子网内的机器之间的通信当作是跨网传输，数据包都交给缺省网关处理，这样势必增加缺省网关的负担，造成网络效率下降。所以，子网掩码不能任意设置，子网掩码的设置关系到子网的划分。2、子网编址方案的设计做为网络管理员，需要在实施编址方案之前，考虑到以下几个关键问题：、单位当前需要多少个子网？、将来单位需要多少个子网？、当前单位最大子网上有多少台机器？、将来单位最大子网上有多少台机器？一般我们通过子网划分来确定子网数和最大的子网具有足够的主机数。子网划分就是通过借用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，28-2（全0或全1主机地址不能用于任何端站）即254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27-2个主机地址；借用2位主机位，产生22个子网，每个子网有26-2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（需要注意的是在最初RFC-950中定义子网时全0和全1子网是禁止使用的）列表如下：划分子网数子网位数子网掩码（十进制）每个子网主机数121255.255.255.128126342255.255.255.19262583255.255.255.224309164255.255.255.2401417325255.255.255.248633646255.255.255.2522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1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：、确定要划分的子网数目以及每个子网的主机数目。、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。、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。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情况和留给路由器的地址）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。在上例中，我们分别根据子网数和主机数划分了子网，得到了两种不同的结果，都能满足要求，实际上，子网占用58位主机位时所得到的子网都能满足上述要求，那么，在实际工作中，应按照什么原则来决定占用几位主机位呢？在划分子网时，不仅要考虑目前需要，还应了解将来需要多少子网和主机。对子网掩码使用比需要更多的主机位，可以得到更多的子网，节约了IP地址资源，若将来需要更多子网时，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，每个子网的主机数量允许有更大的增长，但可用子网数量有限。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，会将更多的主机