IP地址在子网中的通用分配方法及原则

第25卷第4期2003年12月 湘潭师范学院学报(自然科学版)

Journal of Xiangtan Normal U niversity(N atural Science Edition)

Vol.25N o.4

D ec.2003

IP地址在子网中的通用分配方法及原则

张 伟

(山东枣庄学院计算机科学系,山东枣庄277160)

摘 要:在当前Internet应用中,IPV4地址日趋紧张,探讨了如何通过子网划分及其它方法来解决IP地址比较紧张的问题,同时给出了求子网掩码的通用方法及子网划分的一般原则,并指出文献[1]的错误。

关键词:IP地址;子网划分;子网掩码;代理服务器

中图分类号:TP393.092 文献标识码:A 文章编号:1671-0231(2003)04-0039-04

文献[1]给出IP地址在子网中的划分的方法,这种方法及文中举出的例子看起来正确,但在实际应用中却不可行,因为文献[1]作者没有考虑到TC P IP协议的某些特殊规定。另外文[1]中也没有给出求子网掩码的一般方法,本文对此深入讨论,给出求子网掩码的通用方法,并修改文[1]的错误。

1 求子网掩码的通用方法

1.1 对子网掩码的说明

I P地址共分为A、B、C、D、E五类,D类地址用于组播通信(Multicast),E类地址被保留不参与分配,即D类、E类不面向一般用户分配,因此有的教科书上直接说成IP地址分为A、B、C三类。这三类地址有缺省的子网掩码:

A类为:255.0.0.0

B类为:255.255.0.0

C类为:255.255.255.0

文献[2]中明确指出:在缺省的子网掩码下,有126个A类网络,每个A类网可用的IP地址大约为1700万;有16000个B类网络,每个B类网可用的IP地址大约为65000个;有200万个C类网络地址,每个C类网有254个可用的IP地址。在实际应用时,一般网络主机数都不会很多,因此为了充分利用日益紧张的IP地址,必须要把大的网络分为子网,这必须要借助于子网掩码来实现。

从理论上及实际使用时来说,划分子网时,A类网的子网掩码可以是如下三种形式中的任一种:255. M.00,255.255.M.0,255.255.255.M;B类网的子网掩码可以是如下两种形式中的任一种:255.255.M.0, 255.255.255.M;C类网的子网掩码只能是255.255.255.M这种形式,但考虑到A类网在子网掩码为255. 255.M.0时,其子网可用I P地址数比B类网在缺省掩码为255.255.0.0时可用I P地址要少;以及A类网在子网掩码为255.255.255.M时其子网主机数比C类在缺省掩码为255.255.255.0要少,因此为了讨论的方便,我们把A类子网的子网掩码限定为255.M.0.0。同理把B类子网、C类子网的子网掩码分别限定为255.255.M.0,255.255.255.M。这样一来求子网掩码的值就是求M的值。

1.2 求子网掩码的方法

在给出求子网掩码的通用方法之前,我们先引入如下几个变量:

Subnet_Block:指可分配子网块大小,表示在某一子网掩码下子网的个数;在此必须说明的是Subnet_

收稿日期:2003-09-14

作者简介:张伟(1970-),男,讲师,硕士,研究方向:计算机网络、教育技术学、CAI软件开发、数字化资源、新技术教育应用.

Block的个数只能是形如2n.

Subnet_Num:指在某一子网掩码下实际可分的子网个数;

I P_Block:表示在某一子网掩码下每个子网的IP地址个数;

I P_Num:表示在某一子网掩码下每个子网实际可用的IP地址个数;

这几个变量有如下的关系:

Subnet_Num=Subnet_Block-2;(在可分配的子网块中,要保留首尾两块,文[1]的错误就在于没有考虑到这一点);

I P_Num=IP_Block-2;(每个子网的第一个地址为此子网的网络地址,最后一个地址为此子网的广播地址,因此必须保留);

I P_Block*Subnet_Block=256;

M=256-IP_Block.

由以上关系式可知,只要知道IP_Block与Subnet_Block中的任何一个,都可求出M值。在此我们举一个例子来说明求M的方法。

1.3 IP地址划分实例

例1 已知网络地址为200.110.100.*,要求分给甲、乙、丙3个子网,其主机数分别为20台、25台与50台。

因为3+2<23=8,因此Subnet_Block=8.

由以上关系式可知IP_Block=32,因此M=256-IP_Block=224.

很明显所分的网络地址为C类地址,因此其子网掩码为255.255.255.224,224的二进制为11100000,即它的子网掩码用二进制表示为:11111111.11111111.11111111.11100000。这样,我们把主机的高三位用来分割子网,这三位共有000、001、010、011、100、101、110、111八种组合,除去第一个子网000(代表本身)和最后一个子网111(代表广播),还有六个组合,也就是可提供六个子网,它们的IP地址分别为:(前三个字节还是202.119.115)

00100001~00111110即33~62为第一个子网

01000001~01011110即65~94为第二个子网

01100001~01111110即97~126为第三个子网

10000001~10011110即129~158为第四个子网

10100001~10111110即161~190为第五个子网

11000001~11011110即193~222为第六个子网

选用33~62段分配给甲网,193~222段分配给乙网,因为各个子网都支持30台主机,足以应付甲网和乙网20台和25台的需求。

再来看丙网,由于丙网有50台主机,按上述分割方法无法满足它的IP需求,我们可以将它的子网掩码设为255.255.255.192,由于192的二进制值为11000000,按上述方法,它可以划分为四个子网,去掉首尾两块后,可用子网只有两个,其IP地址范围分别为:

01000001~01111110即65~126为第一个子网

10000001~10111110即129~190为第二个子网

这样每个子网有62个IP可用,将65~126分配给丙网。

2 其它解决IP地址资源紧张的方法

由以上的分析可知,对于C类网,我们不能使用255.255.255.128掩码,因为在此种情况下整个C类网分为2个网,根据TCP IP协议,首尾两个子网都必须去掉,这样一来这个C类网络的所有IP地址都不可用。也就是说在对C类网划分子网时,至少应划为4个子网,此时每个子网的IP地址数量最多为62台。这时问题出现了,如果遇到某个网络有62台以上的主机,我们如何解决呢?总的说来,主要有如下几种方

法:

2.1 动态IP地址设置

DHC P(Dynamic Host Configuration Protocol)动态主机配置协议是一种多个工作站共享I P地址的方法。当我们分配到的I P地址数目远小于一个网络工作站的数目时,如果为每个设备都分配一个固定的IP地址,则显然有一部分计算机将不能连入网络。D HCP为我们提供了一个较好的解决方法,其前提条件是其中每一个设备都不是随时都需要连接入网,并且同一时刻上网的设备不会很多。动态IP地址,顾名思义就是每一个设备所取得的IP地址是非固定的,即计算机连入网络时自动申请取得一个合法的IP地址,断开网络时自动归还,以便其他计算机使用。这样,我们可以用较少的IP地址构建较大的网络,也可以增加网络工作站的可移性,如果一台主机从一个子网移动到另一个子网时,由于网络号的不同将修改该计算机的IP地址,否则无法与其他主机通信,而如果我们采用动态IP地址,就会减少网络管理的复杂性。现在DHCP已非常流行,所支持的软件很多,且可以运行于不同机器和平台。

2.2 非路由地址

在I P地址范围内,I ANA(Internet Assigned Numbers Authority)将一部分地址保留作为私人IP地址空间,专门用于内部局域网使用,这些地址见表1:

表1 内部局域网IP地址

类IP地址范围网络数

A10.0.0.0~10.255.255.2551

B172.16.0.0~172.31.255.25516

C192.168.0.0~192.168.255.255255

这些地址是不会被Internet分配的,因此它们在Internet上也从来不会被路由,虽然它们不能直接和Internet网连接,但仍旧可以被用来和Internet通讯,我们可以根据需要来选用适当的地址类,在内部局域网中大胆地将这些地址当作公用IP地址一样地使用。在Internet上,那些不需要与Internet通讯的设备,如打印机、可管理集线器等也可以使用这些地址,以节省IP地址资源。

2.3 代理服务器

代理服务器其实是Internet上的一台主机设备,它有一个固定的IP地址,当你需要上Internet时,就向该服务器提出请求,代理服务器接受请求并为你建立连接,然后将你所需要的服务返回信息通知你,所有的数据信息和通讯处理都是通过代理服务器的IP地址来完成。这种情况下,我们局域网内部的主机就应使用非路由地址,这样,即能保证内部主机之间的通讯,又能拒绝外来网络的直接访问请求。

代理服务器具有以下两个优点:一是如果你请求的数据已被同一网段上的其他人请求过了,那么大多数代理服务器都能从Cache中调用这些数据直接传给你,避免重新连接的时间和带宽;二是代理服务器可以保护你的内部网络不受入侵,也可以设置对某些主机的访问能力进行必要限制,这实际上起着代理防火墙的作用。

支持代理服务器的软件非常多,WinGate、MsProxy等都是非常流行的代理服务器软件。在中国,代理服务器的使用也越来越广泛,中国公众多媒体通讯网(169)就是一个巨大的使用代理服务器的例子。

2.4 地址翻译

所谓地址翻译实际上是路由器中的一个数据包处理过程。当数据包通过路由器时,地址翻译过程将其中的内部私有IP地址解析出来,将其翻译为一个合法的IP地址。地址翻译过程可以按预先定义好的地址表一一映射翻译,也可以将多个内部私有地址翻译为一个外部合法IP地址。由于网络内每个设备都有一个内部稳定的IP地址,所以这种方法具有较强的网络安全控制性能。

3 文献[1]中问题解决方法改正

文献[1]中的例子为:有四个独立的学生机房(分别称为甲、乙、丙、丁),各网络主机数分别70、45、40、

70,且只有一个C类地址211.69.17。

这是一个C类地址,根据上面所说的求子网掩码的方法,可知要分为4+2<23=8个子网,即Subnet_ Block=8,可用子网为6个(去掉首、尾两个子网),其地址范围分别为(前三个字节还是211.69.17): 00100001~00111110即33~62为第一个子网

01000001~01011110即65~94为第二个子网

01100001~01111110即97~126为第三个子网

10000001~10011110即129~158为第四个子网

10100001~10111110即161~190为第五个子网

11000001~11011110即193~222为第六个子网

因为C类子网最大的IP地址数量为62,而甲、丁两网的主机数都为70,已超出这个范围,因此甲、丁两网必须使用代理服务器与非路由地址相结合的方法,即在第一个子网中拿出一个IP地址给甲网中的代理服务器,其余的机器使用C类的非路由地址,在服务器中安装两块网卡,一块使用C类的非路由地址,另一块使用第一个子网所分配的地址;丁网的设置与此类似。

对于乙、丙两网,其主机数分别45、40,已超过这六个子网的IP地址数量(30),因此我们把此子网进一步划分为4个子网,其子网掩码为255.255.255.192,可用子网为:

01000001~01111110即65~126为第一个子网

10000001~10111110即129~190为第二个子网

显然,只要把第一个子网中拿出45个IP地址给乙网,在第二个子网中拿出40个IP地址给丙网即可。

4 总 结

以上我们所说的方法只是一个通用方法,在实际的应用中还应该根据实际情况进行调整,在此指出IP子网划分的几个原则:

(1)在子网IP地址分配时,虽然有时某子网主机数远少于子网IP_Num,但是也要把整个子网的IP地址分配给这个子网;

(2)在子网IP地址分配时,为了充分利用I P地址,最好先从两端的子网分起;

(3)在C类网如果有超过62台的,先用代理服务器方法解决台数较多的网络I P地址分配问题;

(4)如果网络数量较多,但每个网络数量较少,这时子网数量可以多一点。如C类地址211.98.110. *,分给子网数分别为12,10,8,14,50,7的六个子网,按照上面的方法分成8个子网时,则40、35就要使用代理服务器;而如果分为16个子网,则无需使用代理服务器。

参考文献:

[1]樊爱京,等.IP地址在子网中的划分[J].许昌学院学报,2003,22(2):94-95.

[2]胡道元.Intranet网络技术与应用[M].北京:清华大学出版社,1998.

The General allocation methods and principles

Z HANG Wei

(Department of Computer Science,Zaoz huang College,Zaozhuang277160,China)

Abstract:In the current application of Internet,IPV4address is in great demand.This paper discussed how to solve the problem by allocating Subnet and other methods,put for ward the general method of Subnet mask and the prin ciples of its allocation,and pointed out the mistakes in Document[1].

Key words:IP address;Subnet;Subnet Mask;proxy server