TCP/IP协议原理与应用笔记18：构成子网和超网

1. 引言：

（1）类别IP编址（Classful IP）的缺陷

　　• 固定的3种IP网络规模

    　　 C类地址：少于255台主机的网络

    　　 B类地址：介于255~65535台主机的网络

    　　 A类地址：超过65535台主机的网络

　　• 地址浪费大

    　　只有两、三台主机的网络，也要使用256个IP地址

    　　A、B类浪费严重，少有上万台主机的大型IP网络

（2）如何解决？

    采用无类IP编址（Classless IP）

       •子网划分Subnetting

       •超网划分Supernetting

2. 构成子网（Subnetting）：

（1）将一个IP类网（A/B/C类）划分为几个较小的子网（Subnet），多个物理网共享同一个IP类网前缀。

（2）方法：两级层次结构 ---> 三级层次结构

举例说明：

•IP网络"141.14.0.0"，如下：

•对IP网络"141.14.0.0"进行子网划分，如下：

3. 掩码运算

详见：TCP/IP协议原理与应用笔记04：子网掩码

（1）Subnetting

由于Subnet id变长，所以导致Host id变长不定。

子网更适用于物理网的实际大小。

  •不能再用首字节判定网络大小

  •字节边界没有意义，仅用在点分十进制表示法中

（2）掩码（Mask）

掩码的作用：标识网络或者子网的大小。

掩码的格式：32 bits二进制数。

          • 1：网络（Netid）或子网（Netid+Subnetid）部分

          • 0：主机部分（Hostid）

举例说明：

•此时取一个C类IP地址"202.115.12.0"，它的掩码是"255.255.255.0"。

此时我们令x为这个C类IP地址，y为相应的掩码，那么我们通过：x &（~y）=个（C类网络大小）

•此时我们变化一下Mask，如下：

此时x还是C类IP地址"202.115.12.0"，掩码y变成"255.255.255."，此时再通过计算：x &（~y）=个（C类网络的子网大小）

 

（3）掩码的位与运算

• Net address = IP address & Mask

• Host address = IP address & （~Mask）

• Address range = { Net address， Net address+（~Mask）}

举例说明：

4. 术语

（1）网络（Network）:

 

（2）掩码（Mask）：

5. 子网中的特殊地址

6. 术语

（1）网络号 vs 网络地址

　　• 网络号（Net id）：IP地址的一个组成部分

　　• 网络地址（Net address）：一个IP地址

（2）子网号 vs 子网地址

　　• 子网号（Subnet id）：IP地址的一个组成部分

　　• 子网地址（Subnet address）：一个IP地址

（3）主机号 vs 主机地址

　　• 主机号（Host id）：IP地址的一个组成部分

　　• 主机地址（Host address）：一个IP地址

（4）网络地址（Net address）

　　• 特定的Net id

　　• 全0 Subnet id + 全0 Host id 　　　　　Host id全1---> 网络广播地址（直接广播地址）

（5）子网地址（Subnet address）

　　• 特定 Net id + 特定 Subnet id

　　• 全0 Host id                                         Host id全1---> 子网广播地址（直接广播地址）

（6）主机地址（Host address）

　　• 特定 Net id + 特定 Subnet id + 特定 Host id

7. 网络和子网表示

练习1：

练习2：

8. IP地址的应用实例

9. 子网构成举例

（1）案例1：

分析：

（2）案例2：

分析：

10. 子网数量 和 主机数量

• 子网数量-->Subnet id 位数

    

• 主机数量-->Host id 位数

11. 子网构成方法

（1）定长子网划分（Fix length subnetting）

每一个子网的掩码相同

（2）变长子网划分（Variable length subnetting）

每一个子网的掩码可以不同的

12. 使用变长子网划分

分析：

需要IP地址个数 = 主机个数+ 路由器个数 + 2（子网地址+子网广播地址）

（1）每个物理网络所需的IP地址数量：

总而言之：

 

13. 定长划分 与 变长划分（比较）

• 定长划分

分析：

（1）计算子网掩码（取子网个数最大的）

这里我们发现Net5需要子网IP最多，则：

Mask = 255.255.255.192

（2）每个IP子网的实际IP数量：64

（3）IP地址总空间：5*64 = 320

（4）计算：

    Net 1： 10.1.0.0/26

    Net 2： 10.1.0.64/26

    Net 3： 10.1.0.128/26

    Net 4： 10.1.0.192/26

    Net 5： 10.1.1.0/26

• 变长划分

（1）计算各个子网的掩码：

    Net 1 Mask  =/27

    Net 2 Mask  =/29

    Net 3 Mask  =/26

    Net 4 Mask  =/26

    Net 5 Mask  =/26

（2）IP地址总空间：

 32+8+64+64+64 = 232

（3）使用C类网进行子网划分：

    Net 1： 10.1.0.0/27

    Net 2： 10.1.0.32/29

    Net 3： 10.1.0.64/26

    Net 4： 10.1.0.128/26

    Net 5： 10.1.0.192/26

（4）计算每个子网IP地址范围和掩码地址

• 问题：Net3的IP地址范围能否是10.1.0.40 ~ 10.1.0.103 ?

40  ------101000

103------100111

上面我已经计算过了，掩码bits是6，子网IP这里只是Hostid变化（000000 ~ 111111），6 bits发生变化，但是这里40 ~103发现第7个bit也发生变化。

所以这样划分是不对的。

14. 分配IP地址举例

Net 2 ： 10.1.0.32/29    10.1.0.33 ~ 10.1.0.38

Net 4 ： 10.1.0.128/26  10.1.0.129 ~10.1.0.190

解析：

15. 构成超网（Supernetting）

（1）定义：

　　将几个 C类网 合并成一个更大的地址范围。

（2）方法：

　　将Net id 中的某些1改为0

（3）子网和超网

　　• 子网：

　　　　　　构成：主机号---（划分）---> 子网号        分类（Classful）

　　　　　　使用：地址分配--->一个物理网络

      • 超网：

　　　　　   构成： 网络号---（合并）---> 主机号       分类（Classful）

　　　　　　使用：地址申请--->一个组织（含多个物理地址）

（4）练习：

解析：

600 ---> 256 *2 = 1024     需要聚合4个C类地址块

超网地址块必须连续，所以选择4

（5）总结规则：

• 举例使用上面的规则，如下：

         

解答：

     /21 ---->  24-21=3 ---> 合并的C类网个数 = 2³=8

     超网范围：205.16.32.0 ~ 205.16.39.255，所以选择"205.16.37.44"