子網划分
子網划分的優點
子網划分是指將大型網絡划分為一系列小網絡的操作，通過子網划分可以帶來很多好處。首先子網划分可以減少網絡流量，如果一個大型網絡沒有划分廣播域，則在這個網絡中仍然會充滿着網絡流量。划分子網之后需要在每個子網部署路由器，此時在本地網絡傳輸的流量都會在本網絡中傳輸。只有需要發送到其他網絡的分組需要穿越路由器，這樣能使得網絡流量減少，進而優化了網絡性能。子網划分能使網絡更易於管理，在一系列小網絡中進行管理和排錯，會比對一整個大網絡進行管理更加容易。子網划分也有助於覆蓋大型地理區域，單個在地理層面上是大跨度的網絡，會比將多個小網絡連接起來的效率更低。
子網掩碼
從 IP 數據報首部無法看出源主機或目的主機的網絡是否划分了子網，這需要通過子網掩碼類確定主機地址的哪部分為子網地址。子網掩碼和主機 IP 地址做“與 (AND)”運算后，得到的主機號部分全部為 0。
| 網絡 | 默認子網掩碼 |
|---|---|
| A 類 | 255.0.0.0 |
| B 類 | 255.255.0.0 |
| C 類 | 255.255.255.0 |
子網划分常用值
2 的 n 次冪
| 2n | 值 |
|---|---|
| 21 | 2 |
| 22 | 4 |
| 23 | 8 |
| 24 | 16 |
| 25 | 32 |
| 26 | 64 |
| 27 | 128 |
| 28 | 256 |
| 29 | 512 |
| 210 | 1024 |
| 211 | 2048 |
| 212 | 4096 |
| 213 | 8192 |
| 214 | 16384 |
| 215 | 32766 |
| 216 | 65534 |
CIDR 值
值得一提的是，我們不會使用 /31 和 /32 的子網掩碼，因為至少需要 2 個主機號才能給主機分配 IP 地址。由於點到點鏈路需要 2 個主機地址，因此 /30 掩碼僅適用於這種情況。
| 子網掩碼 | CIDR 值 |
|---|---|
| 255.0.0.0 | /8 |
| 255.128.0.0 | /9 |
| 255.192.0.0 | /10 |
| 255.224.0.0 | /11 |
| 255.240.0.0 | /12 |
| 255.248.0.0 | /13 |
| 255.252.0.0 | /14 |
| 225.254.0.0 | /15 |
| 255.255.0.0 | /16 |
| 255.255.128.0 | /17 |
| 255.255.192.0 | /18 |
| 255.255.224.0 | /19 |
| 255.255.240.0 | /20 |
| 255.255.248.0 | /21 |
| 255.255.252.0 | /22 |
| 255.255.254.0 | /23 |
| 255.255.255.0 | /24 |
| 255.255.255.128 | /25 |
| 255.255.255.192 | /26 |
| 255.255.255.224 | /27 |
| 255.255.255.240 | /28 |
| 255.255.255.248 | /29 |
| 255.255.255.252 | /30 |
C 類網絡子網划分
划分方式
划分子網的方式就是子網掩碼向后退位，然后我們就能明確划分出的子網的相關信息。當子網掩碼往后退 n 位(有 n 位 1)時，划分出的子網數量是 2n 個，每個子網中包含的主機數量是 28 - n - 2 個。因為每個子網需要主機號全 0 的地址表示本網絡，主機號全 1 的地址為廣播地址，划分出的子網增量是 256 - 子網掩碼。
樣例一
將 192.168.0.0 划分為 2 個子網，其子網掩碼為 255.255.255.128(/25)。該子網掩碼是往后退了 1 位，因此划分出了 21 = 2 個子網，每個子網有 28 - 1 - 2 = 126 台主機，塊增量是 256 - 128 = 128。
| 地址 | 子網 1 | 子網 2 |
|---|---|---|
| 子網地址 | 192.168.0.0 | 192.168.0.128 |
| 第一個主機地址 | 192.168.0.1 | 192.168.0.129 |
| 最后一個主機地址 | 192.168.0.126 | 192.168.0.254 |
| 廣播地址 | 192.168.0.127 | 192.168.0.255 |
樣例二
將 192.168.10.0 划分為 8 個子網，其子網掩碼為 255.255.255.224(/27)。該子網掩碼是往后退了 3 位，因此划分出了 23 = 8 個子網，每個子網有 28 - 3 - 2 = 30 台主機，塊增量是 256 - 224 = 132。
| 地址 | 子網 1 | 子網 2 | 子網 3 | 子網 4 | 子網 5 | 子網 6 | 子網 7 | 子網 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 子網地址 | 192.168.0.0 | 192.168.0.32 | 192.168.0.64 | 192.168.0.96 | 192.168.0.128 | 192.168.0.160 | 192.168.0.192 | 192.168.0.224 |
| 第一個主機地址 | 192.168.0.1 | 192.168.0.33 | 192.168.0.65 | 192.168.0.97 | 192.168.0.129 | 192.168.0.161 | 192.168.0.193 | 192.168.0.225 |
| 最后一個主機地址 | 192.168.0.30 | 192.168.0.62 | 192.168.0.94 | 192.168.0.126 | 192.168.0.158 | 192.168.0.190 | 192.168.0.222 | 192.168.0.254 |
| 廣播地址 | 192.168.0.31 | 192.168.0.63 | 192.168.0.95 | 192.168.0.127 | 192.168.0.159 | 192.168.0.191 | 192.168.0.223 | 192.168.0.255 |
B 類網絡子網划分
划分方式
B 類划分子網的方式和 C 類完全一樣，也是子網掩碼向后退位。當子網掩碼往后退 n 位時，划分出的子網數量是 2n 個，每個子網中包含的主機數量是 216 - n - 2 個。
樣例一
將 172.16.0.0 划分為 2 個子網，其子網掩碼為 255.255.128.0(/17)。該子網掩碼是往后退了 1 位，因此划分出了 21 = 2 個子網，每個子網有 216 - 1 - 2 = 32766 台主機，塊增量是 256 - 128 = 128。
| 地址 | 子網 1 | 子網 2 |
|---|---|---|
| 子網地址 | 172.16.0.0 | 172.16.128.0 |
| 第一個主機地址 | 172.16.0.1 | 172.16.128.1 |
| 最后一個主機地址 | 172.16.127.254 | 172.16.255.254 |
| 廣播地址 | 172.16.127.25 | 172.16.255.255 |
樣例二
將 172.16.0.0 划分為 4 個子網，其子網掩碼為 255.255.192.0(/18)。該子網掩碼是往后退了 2 位，因此划分出了 22 = 5 個子網，每個子網有 216 - 2 - 2 = 16382 台主機，塊增量是 256 - 192 = 64。
| 地址 | 子網 1 | 子網 2 | 子網 3 | 子網 4 |
|---|---|---|---|---|
| 子網地址 | 172.16.0.0 | 172.16.64.0 | 172.16.128.0 | 172.16.192.0 |
| 第一個主機地址 | 172.16.0.1 | 172.16.64.1 | 172.16.128.1 | 172.16.192.1 |
| 最后一個主機地址 | 172.16.63.254 | 172.16.127.254 | 172.16.191.254 | 172.16.255.254 |
| 廣播地址 | 172.16.63.255 | 172.16.127.255 | 172.16.191.255 | 172.16.255.255 |
A 類網絡子網划分
划分方式
A 類划分子網的方式和 B、C 類完全一樣，也是子網掩碼向后退位。當子網掩碼往后退 n 位時，划分出的子網數量是 2n 個，每個子網中包含的主機數量是 224 - n - 2 個。
樣例
將 10.0.0.0 划分為 2 個子網，其子網掩碼為 255.255.128.0(/9)。該子網掩碼是往后退了 1 位，因此划分出了 21 = 2 個子網，每個子網有 224 - 1 - 2 = 16777214 台主機，塊增量是 256 - 128 = 128。
| 地址 | 子網 1 | 子網 2 |
|---|---|---|
| 子網地址 | 10.0.0.0 | 10.128.0.0 |
| 第一個主機地址 | 10.0.0.1 | 10.128.0.1 |
| 最后一個主機地址 | 10.127.255.254 | 10.255.255.254 |
| 廣播地址 | 10.127.255.255 | 10.255.255.255 |
變長子網掩碼(VLSM)
例如我們需要把網絡 201.39.18.0/24 划分為 4 個子網，每個子網要求至少容納的主機數分別為 80、50、25、10 台。此時當直接分成 4 個子網時，每個子網的 IP 地址數為 64 個，這是不能滿足要求的，容納第一個部門，至少需要一個 128 個 IP 地址的子網。此時我們就考慮可變長子網掩碼(VLSM)，這種划分子網的手法可以令不同的子網使用不同的子網掩碼。
首先將 C 類地址向后借一位，分成 2 個 128 個 IP 地址的子網。接着將其中一個子網再向后退一位，再次分割成 2 個子網，其中的一個 64 個 IP 地址的子網用來滿足子網二的需求。接着再將其中一個子網再次往后退一位，分成 2 個 32 個 IP 地址的子網，這 2 個子網可以滿足剩下兩個子網的需求。
| 子網 | 子網地址 | 子網掩碼 |
|---|---|---|
| 子網 1 | 201.39.18.0/25 | 255.255.255.128/25 |
| 子網 2 | 201.39.18.128/26 | 255.255.255.192/26 |
| 子網 3 | 201.39.18.192/27 | 255.255.255.224/27 |
| 子網 4 | 201.39.18.224/28 | 255.255.255.240/28 |
參考資料
《CCNA 學習指南(第 7 版)》，[美] Todd Lammle 著，袁國忠 徐宏 譯，人民郵電出版社
《計算機網絡(第七版)》 謝希仁 著，電子工業出版社
《計算機網絡 自頂向下方法》 [美] James F.Kurose,Keith W.Ross 著，陳鳴 譯，機械工業出版社
網絡層——網際協議 IPv4