计算机网络之---子网划分与IP地址

子网划分与IP地址的关系

在计算机网络中，子网划分（Subnetworking）是将一个网络划分为多个子网络的过程。通过子网划分，可以有效地管理和利用IP地址空间，提高网络的性能、安全性和管理效率。

子网划分的基本目的是通过合理地分配IP地址，使得网络中的主机可以被组织在逻辑上更清晰的子网络中，从而实现高效的地址利用和更好的路由控制。

IP地址概念

• P地址（Internet Protocol Address）是分配给网络中每个设备的唯一标识符。在IPv4中，IP地址由32位二进制数表示，通常以四个十进制数表示，每个数值的范围是0到255（如：192.168.1.1）。
• IP地址可以分为网络地址和主机地址两部分，网络地址用于标识一个网络，主机地址用于标识网络中的具体设备。

子网概念

• 子网是从一个大的网络中分割出来的较小的网络。子网的划分基于IP地址和子网掩码来实现，子网掩码将IP地址分成两部分：网络部分和主机部分。
• 通过子网划分，我们可以把大网络划分成多个小网络（子网），每个子网有其独立的IP地址范围。

IP地址分类

IPv4地址分为几个类别，每类地址可以用于不同规模的网络。每个类别的地址范围如下：

• A类地址（1.0.0.0 ~ 127.255.255.255）：默认子网掩码是 255.0.0.0，即网络部分占8位，主机部分占24位。
• B类地址（128.0.0.0 ~ 191.255.255.255）：默认子网掩码是 255.255.0.0，即网络部分占16位，主机部分占16位。
• C类地址（192.0.0.0 ~ 223.255.255.255）：默认子网掩码是 255.255.255.0，即网络部分占24位，主机部分占8位。
• D类地址（224.0.0.0 ~ 239.255.255.255）：用于组播地址。
• E类地址（240.0.0.0 ~ 255.255.255.255）：保留地址，通常不用于公共网络。

子网的计算规则

1. 确定原始网络的 IP 地址和子网掩码

假设我们有一个网络地址 192.168.1.0/24，这是一个典型的 C 类地址，子网掩码为 255.255.255.0（即 /24），表示网络部分占 24 位，剩下的 8 位用于主机部分。

2. 计算所需的子网掩码

如果需要将该网络划分为 4 个子网，可以通过借用主机部分的位来划分子网。要划分 4 个子网，需要借用多少位呢？

• 2 的幂次方公式：2n2n ≥ 4
• n=2n=2，因为 22=422=4。

所以，我们需要借用 2 位主机部分来划分 4 个子网。

3. 修改子网掩码

原始子网掩码为 /24，现在借用 2 位主机部分。因此，新的子网掩码是：

• 原来的 24 位 + 借用的 2 位 = /26。

所以，新的子网掩码是 255.255.255.192。

4. 计算每个子网的地址范围

使用新的子网掩码（/26）来划分地址空间，每个子网有 26 位是网络部分，剩下的 6 位 是主机部分。

每个子网的主机地址范围为：

• 2^6 - 2 = 62 个主机地址。
  • 其中，2 个地址是保留的：一个是网络地址，一个是广播地址。

5. 划分子网

使用子网掩码 /26，网络 192.168.1.0/24 被划分为 4 个子网，每个子网的大小为 64 个地址（包含网络地址和广播地址）。

子网号	子网地址	可用主机地址范围	广播地址	子网掩码
子网 1	192.168.1.0/26	192.168.1.1 ~ 192.168.1.62	192.168.1.63	255.255.255.192
子网 2	192.168.1.64/26	192.168.1.65 ~ 192.168.1.126	192.168.1.127	255.255.255.192
子网 3	192.168.1.128/26	192.168.1.129 ~ 192.168.1.190	192.168.1.191	255.255.255.192
子网 4	192.168.1.192/26	192.168.1.193 ~ 192.168.1.254	192.168.1.255	255.255.255.192

6. 每个子网的主机数量

每个子网中有 62 个可用的主机地址。为什么是 62 个？

• 每个子网的大小是 64 个地址，其中包含了：
  • 网络地址（第一个地址，不能分配给主机）
  • 广播地址（最后一个地址，不能分配给主机）

因此，实际可用的主机地址数量是：64 - 2 = 62。