子網(wǎng)掩碼的計算

子網(wǎng)掩碼的計算

TCP/IP網(wǎng)間網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)生于大型主流機環(huán)境中，它能發(fā)展到今天的規(guī)模是當(dāng)初的設(shè)計者們始料未及的。網(wǎng)間網(wǎng)規(guī)模的迅速擴展對IP地址模式的威脅并不是它不能保證主機地址的唯一性，而是會帶來兩方面的負(fù)擔(dān)：第一，巨大的網(wǎng)絡(luò)地址管理開銷；第二，網(wǎng)關(guān)尋徑急劇膨脹。其中第二點尤為突出，尋徑表的膨脹不僅會降低網(wǎng)關(guān)尋徑效率（甚至可能使尋徑表溢出，從而造成尋徑故障），更重要的是將增加內(nèi)外部路徑刷新時的開銷，從而加重網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。
因此，迫切需要尋求新的技術(shù)，以應(yīng)付網(wǎng)間網(wǎng)規(guī)模增長帶來的問題。仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)間網(wǎng)規(guī)模的增長在內(nèi)部主要表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)地址的增減，因此解決問題的思路集中在：如何減少網(wǎng)絡(luò)地址。于是IP網(wǎng)絡(luò)地址的多重復(fù)用技術(shù)應(yīng)運而生。通過復(fù)用技術(shù)，使若干物理網(wǎng)絡(luò)共享同一IP網(wǎng)絡(luò)地址，無疑將減少網(wǎng)絡(luò)地址數(shù)。
子網(wǎng)編址（subnet addressing）技術(shù)，又叫子網(wǎng)尋徑（subnet routing），英文簡稱subnetting，是最廣泛使用的IP網(wǎng)絡(luò)地址復(fù)用方式，目前已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并成為IP地址模式的一部分。
32位的IP地址分為兩部分，即網(wǎng)絡(luò)號和主機號，分別把他們叫做IP地址的“網(wǎng)間網(wǎng)部分”和“本地部分”。子網(wǎng)編址技術(shù)將“本地部分”進一步劃分為“物理網(wǎng)絡(luò)”部分和“主機”兩部分，其中“物理網(wǎng)絡(luò)”部分用于標(biāo)識同一IP網(wǎng)絡(luò)地址下的不同物理網(wǎng)絡(luò)，常稱為“掩碼位”、“子網(wǎng)掩碼號”，或者“子網(wǎng)掩碼ID”，不同子網(wǎng)就是依據(jù)這個掩碼ID來識別的。
按IP協(xié)議的子網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，每一個使用子網(wǎng)的網(wǎng)點都選擇一個32位的位模式，若位模式中的某位置1，則對應(yīng)IP地址中的某位為網(wǎng)絡(luò)地址（包括網(wǎng)絡(luò)部分和子網(wǎng)掩碼號）中的一位；若位模式中的某位置0，則對應(yīng)IP地址中的某位為主機地址中的一位。
例如二進制位模式：11111111 11111111 11111111 00000000中，前三個字節(jié)全1，代表對應(yīng)IP地址中最高的三個字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)地址；后一個字節(jié)全0，代表對應(yīng)IP地址中最后的一個字節(jié)為主機地址。為了使用的方便，常常使用“點分整數(shù)表示法”來表示一個IP地址和子網(wǎng)掩碼，例如B類地址子網(wǎng)掩碼（11111111 11111111 1111111100000000）為：255.255.25.0。
IP協(xié)議關(guān)于子網(wǎng)掩碼的定義提供一定的靈活性，允許子網(wǎng)掩碼中的“0”和“1”位不連續(xù)。但是，這樣的子網(wǎng)掩碼給分配主機地址和理解尋徑表都帶來一定困難，并且，極少的路由器支持在子網(wǎng)中使用低序或無序的位，因此在實際應(yīng)用中通常各網(wǎng)點采用連續(xù)方式的子網(wǎng)掩碼。像255.255.255.64和255.255.255.160等一類的子網(wǎng)掩碼不推薦使用
子網(wǎng)掩碼與IP地址結(jié)合使用，可以區(qū)分出一個網(wǎng)絡(luò)地址的網(wǎng)絡(luò)號和主機號。例如：有一個C類地址為：192.9.200.13，按其IP地址類型，它的缺省子網(wǎng)掩碼為：255.255.255.0，則它的網(wǎng)絡(luò)號和主機號可按如下方法得到：
第1步，將IP地址192.9.200.13轉(zhuǎn)換為二進制11000000 00001001 11001000 00001101
第2步，將子網(wǎng)掩碼255.255.255.0轉(zhuǎn)換為二進制11111111 11111111 11111111 00000000
第3步，將以上兩個二進制數(shù)邏輯進行與（AND）運算，得出的結(jié)果即為網(wǎng)絡(luò)部分?！?1000000 00001001 11001000 00001101”與“11111111 11111111 11111111 00000000”進行“與”運算后得到“11000000 00001001 11001000 00000000”，即“192.9.200.0”，這就是這個IP地址的網(wǎng)絡(luò)號，或者稱“網(wǎng)絡(luò)地址”。
第4步，將子網(wǎng)掩碼的二進制值取反后，再與IP地址進行與（AND）運算，得到的結(jié)果即為主機部分。如將“00000000 00000000 00000000 11111111（子網(wǎng)掩碼的取值）反”與“11000000 00001001 11001000 00001101”進行與運算后得到“00000000 00000000 00000000 00001101”，即“0.0.0.13”，這就是這個IP地址主機號（可簡化為“13”）。
二、子網(wǎng)掩碼的劃分
如果要將一個網(wǎng)絡(luò)劃分成多個子網(wǎng)，如何確定這些子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼和IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號和主機號呢？本節(jié)就要向大家介紹。子網(wǎng)劃分的步驟如下：
第1步，將要劃分的子網(wǎng)數(shù)目轉(zhuǎn)換為2的m次方。如要分8個子網(wǎng)，8=23。如果不是愉好是2的多少次方，則取大為原則，如要劃分為6個，則同樣要考慮23。
第2步，將上一步確定的冪m按高序占用主機地址m位后，轉(zhuǎn)換為十進制。如m為3表示主機位中有3位被劃為“網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識號”占用，因網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識號應(yīng)全為“1”，所以主機號對應(yīng)的字節(jié)段為“11100000”。轉(zhuǎn)換成十進制后為224，這就最終確定的子網(wǎng)掩碼。如果是C類網(wǎng)，則子網(wǎng)掩碼為255.255.255.224；如果是B類網(wǎng)，則子網(wǎng)掩碼為255.255.224.0；如果是A類網(wǎng)，則子網(wǎng)掩碼為255.224.0.0。
在這里，子網(wǎng)個數(shù)與占用主機地址位數(shù)有如下等式成立：2m≥n。其中，m表示占用主機地址的位數(shù)；n表示劃分的子網(wǎng)個數(shù)。根據(jù)這些原則，將一個C類網(wǎng)絡(luò)分成4個子網(wǎng)。
為了說明問題，現(xiàn)再舉例。若我們用的網(wǎng)絡(luò)號為192.9.200，則該C類網(wǎng)內(nèi)的主機IP地址就是192.9.200.1～192.9.200.254，現(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)劃分為4個子網(wǎng)，按照以上步驟：
4=22，則表示要占用主機地址的2個高序位，即為11000000，轉(zhuǎn)換為十進制為192。這樣就可確定該子網(wǎng)掩碼為：192.9.200.192。4個子網(wǎng)的IP地址的劃分是根據(jù)被網(wǎng)絡(luò)號占住的兩位排列進行的，這四個IP地址范圍分別為：
（1）第1個子網(wǎng)的IP地址是從“11000000 00001001 11001000 00000001”到“11000000 00001001 11001000 00111110”，注意它們的最后8位中被網(wǎng)絡(luò)號占住的兩位都為“00”，因為主機號不能全為“0”和“1”，所以沒有11000000 00001001 11001000 00000000和11000000 00001001 11001000 00111111這兩個IP地址（下同）。注意實際上此時的主機號只有最后面的6位。對應(yīng)的十進制IP地址范圍為192.9.200.1~192.9.200.62。而這個子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼（或網(wǎng)絡(luò)地址）為 11000000 00001001 11001000 00000000，為192.9.200.0。
（2）第2個子網(wǎng)的IP地址是從“11000000 00001001 11001000 01000001”到“11000000 00001001 11001000 01111110” ，注意此時被網(wǎng)絡(luò)號所占住的2位主機號為“01”。對應(yīng)的十進制IP地址范圍為192.9.200.65~192.9.200.126。對應(yīng)這個子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼（或網(wǎng)絡(luò)地址）為 11000000 00001001 11001000 01000000，為192.9.200.64。
（3）第3個子網(wǎng)的IP地址是從“11000000 00001001 11001000 10000001”到“11000000 00001001 11001000 10111110” ，注意此時被網(wǎng)絡(luò)號所占住的2位主機號為“10”。對應(yīng)的十進制IP地址范圍為192.9.200.129~192.9.200.190。對應(yīng)這個子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼（或網(wǎng)絡(luò)地址）為 11000000 00001001 11001000 10000000，為192.9.200.128。
（4）第4個子網(wǎng)的IP地址是從“11000000 00001001 11001000 11000001”到“11000000 00001001 11001000 11111110” ，注意此時被網(wǎng)絡(luò)號所占住的2位主機號為“11”。對應(yīng)的十進制IP地址范圍為192.9.200.193~192.9.200.254。對應(yīng)這個子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼（或網(wǎng)絡(luò)地址）為 11000000 00001001 11001000 11000000，為192.9.200.192。
在此列出A、B、C三類網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)數(shù)目與子網(wǎng)掩碼的轉(zhuǎn)換表，如表5.1所示，供參考。
表1 子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼對應(yīng)表
A類網(wǎng)絡(luò)劃分子網(wǎng)數(shù)與對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼
子網(wǎng)數(shù)目
占用主機號位數(shù)
子網(wǎng)掩碼
子網(wǎng)中可容納的主機數(shù)
2 1 255.128.0.0 8388606
4 2 255.192.0.0 4194302
8 3 255.224.0.0 2097150
16 4 255.240.0.0 1048574
32 5 255.258.0.0 524286
64 6 255.253.0.0 262142
128 7 255.254.0.0 131070
256 8 255.255.0.0 65534
B類網(wǎng)絡(luò)劃分子網(wǎng)數(shù)與對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼
子網(wǎng)數(shù)目
占用主機號位數(shù)
子網(wǎng)掩碼
子網(wǎng)中可容納的主機數(shù)
2 1 255.255.128.0 32766
4 2 255.255.192.0 16382
8 3 255.255.224.0 8190
16 4 255.255.240.0 4094
32 5 255.255.248.0 2046
64 6 255.255.252.0 1022
128 7 255.255.254.0 510
256 8 255.255.255.0 254
C類網(wǎng)絡(luò)劃分子網(wǎng)數(shù)與對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼
子網(wǎng)數(shù)目
占用主機號位數(shù)
子網(wǎng)掩碼
子網(wǎng)中可容納的主機數(shù)
2 1 255.255.255.128 126
4 2 255.255.255.192 62
8 3 255.255.255.224 30
16 4 255.255.255.240 14
32 5 255.255.255.248 6
64 6 255.255.255.252 2
三、快速計算子網(wǎng)掩碼的方法
最后介紹三種快速計算機子網(wǎng)掩碼的方法。
1. 利用子網(wǎng)數(shù)來計算
在求子網(wǎng)掩碼之前必須先搞清楚要劃分的子網(wǎng)數(shù)目，以及每個子網(wǎng)內(nèi)的所需主機數(shù)目。然后按以下基本步驟進行計算：
第1步，將子網(wǎng)數(shù)目轉(zhuǎn)化為二進制來表示；
第2步，取得子網(wǎng)數(shù)二進制的位數(shù)（n）；
第3步，取得該IP地址類的子網(wǎng)掩碼，然后將其主機地址部分的的前n位置“1”，即得出該IP地址劃分子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼。
為了便于理解，現(xiàn)舉例說明如下：現(xiàn)假如要將一B類IP地址168.195.0.0劃分成27個子網(wǎng)，則它的子網(wǎng)掩碼的計算機方法如下（對應(yīng)以上各基本步驟）：
第1步，首先要劃分成27個子網(wǎng)，“27”的二進制為“11011”；
第2步，該子網(wǎng)數(shù)二進制為五位數(shù)，即n = 5；
第3步，將該B類地址的子網(wǎng)掩碼255.255.0.0的主機號前5位全部置“1”，即可得到 255.255.248.0，這就是劃分成 27個子網(wǎng)的B類IP地址 168.195.0.0的子網(wǎng)掩碼。
2. 利用主機數(shù)來計算
利用主機數(shù)來計算子網(wǎng)掩碼的方法與上類似，基本步驟如下：
第1步，將子網(wǎng)中需容納的主機數(shù)轉(zhuǎn)化為二進制；
第2步，如果主機數(shù)小于或等于254（因為要去掉保留的兩個IP地址），則取得該主機的二進制位數(shù)，為n，這里肯定 n<8。如果大于254，則 n>8，這就是說主機地址將占據(jù)不止8位。
第3步，將255.255.255.255的主機地址位數(shù)全部置1，然后從后向前的將n位全部置為 0，即為子網(wǎng)掩碼值。
舉例如下。如要將一B類IP地址為168.195.0.0的網(wǎng)絡(luò)劃分成若干子網(wǎng)，要求每個子網(wǎng)內(nèi)有主機數(shù)為700臺，則該子網(wǎng)掩碼的計算方法如下（也是對應(yīng)以上各基本步驟）：
第1步，首先將子網(wǎng)中要求容納的主機數(shù)“700”轉(zhuǎn)換成二進制，得到1010111100。
第2步，計算出該二進制的位數(shù)為10位，即n = 10
第3步，將255.255.255.255從后向前的10位全部置“0”,得到的二進制數(shù)為“11111111.11111111.11111100.00000000”，轉(zhuǎn)換成十進制后即為255.255.252.0，這就是該要劃分成主機數(shù)為700的B類IP地址 168.195.0.0的子網(wǎng)掩碼。
3. 子網(wǎng)ID增量計算法
其基本計算步驟如下：
第1步，將所需的子網(wǎng)數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制，如所需劃分的子網(wǎng)數(shù)為“4”，則轉(zhuǎn)換成成二進制為00000100；
第2步，取子網(wǎng)數(shù)的二進制中有效位數(shù)，即為向缺省子網(wǎng)掩碼中加入的位數(shù)（既向主機ID中借用的位數(shù)）。如前面的00000100，有效位為“100”，為3位；
第3步，決定子網(wǎng)掩碼。如IP地址為B類1129.20.0.0網(wǎng)絡(luò)，則缺省子網(wǎng)掩碼為：255.255.0.0，借用主機ID的3位以后變?yōu)椋?55.255.224（11100000）0，即將所借的位全表示為1，用作子網(wǎng)掩碼。
第4步，將所借位的主機ID的起始位段最右邊的“1”轉(zhuǎn)換為十進制，即為每個子網(wǎng)ID之間的增量，如前面的借位的主機ID起始位段為“11100000”，最右邊的“1”，轉(zhuǎn)換成十進制后為25=32。
第5步，產(chǎn)生的子網(wǎng)ID數(shù)為：2m-2 （m為向缺省子網(wǎng)掩碼中加入的位數(shù)），如本例向子網(wǎng)掩碼中添加的位數(shù)為3，則可用子網(wǎng)ID數(shù)為：23-2=6個；
第6步，將上面產(chǎn)生的子網(wǎng)ID增量附在原網(wǎng)絡(luò)ID之后的第一個位段，便形成第一個子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)ID 129.20.32.0；
第7步，重復(fù)上步操作，在原子網(wǎng)ID基礎(chǔ)上加上一個子網(wǎng)ID增量，依次類推，直到子網(wǎng)ID中的最后位段為缺省子網(wǎng)掩碼位用主機ID位之后的最后一個位段值，這樣就可得到所有的子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)ID。如缺省子網(wǎng)掩碼位用主機ID位之后的子網(wǎng)ID為255.255.224.0，其中的“224”為借用主機ID后子網(wǎng)ID的最后一位段值，所以當(dāng)子網(wǎng)ID通過以上增加增量的方法得到129.20.224.0時便終止，不要再添加了。