IP地址划分和子网划分构造超网
IP地址与子网划分
IP地址与子网划分IP地址和子网划分是计算机网络中非常重要的概念。
IP地址是用于标识网络中设备的唯一地址，而子网划分则是将一个网络划分为多个子网，以提高网络管理和安全性。
本文将详细介绍IP地址的分类和子网划分的原理和应用。
一、IP地址的分类IP地址由32位二进制数表示，通常以四个十进制数（例如192.168.0.1）表示。
根据IP地址的规模和功能要求，通常可以分为以下几类：1. A类地址：从1.0.0.0到126.0.0.0，其中第一位为0，适用于大规模网络；2. B类地址：从128.0.0.0到191.255.0.0，其中前两位为10，适用于中等规模网络；3. C类地址：从192.0.0.0到223.255.255.0，其中前三位为110，适用于小规模网络；4. D类地址：从224.0.0.0到239.255.255.255，用于多点广播；5. E类地址：从240.0.0.0到255.255.255.255，保留为将来使用。
不同类别的IP地址可以容纳的主机数量不同，A类地址最多可容纳约16,777,214个主机，B类地址最多可容纳约65,534个主机，C类地址最多可容纳约254个主机。
二、子网划分的原理子网划分是将一个网络划分为多个子网，以便更好地管理和组织网络。
在进行子网划分时，需要使用子网掩码来确定网络地址和主机地址的边界。
子网掩码是一个32位的二进制数，用于将IP地址中的网络部分与主机部分进行划分。
子网掩码中所有网络部分的位都为1，所有主机部分的位都为0。
例如，对于一个C类地址的IP地址192.168.0.1，默认的子网掩码为255.255.255.0，表示前24位是网络部分，后8位是主机部分。
通过对子网掩码进行调整，可以将一个网络划分为多个子网。
例如，将默认的子网掩码255.255.255.0调整为255.255.255.128，表示前25位是网络部分，后7位是主机部分。
这样就将原网络划分为了两个子网，分别可以容纳128个主机。
IP地址与子网划分
IP地址与⼦⽹划分IP地址与⼦⽹划分及VLANIP的概念概念：IP地址相当于每个⼈的⾝份证号码，且唯⼀的，⽤于在TCP/IP通信协议中标记每台计算机的地址，⼀般⽤⼗进制表⽰，如10.10.0.125；在计算机⾥，IP地址是⼀个32位的⼆进制数值，如00001010 10101000 10000001 (10.10.0.125）IP地址的五⼤分类1、IP地址的组成 ⼀个完整的IP地址由两部分组成：⽹络号：所属的⽹络段编码主机号：该⽹段中该主机的地址编码PS：⼀个完整的IP地址信息应该包括IP地址、⼦⽹掩码、默认⽹关和DNS等四部分。
只有这四部分协同⼯作，才能与互联⽹中的计算机相互访问；2、按照⽹络规模的⼤⼩，IP地址可以分为A、B、C、D、E五类：A类地址：0 （开头）+7位（⽹络地址）+24位（主机地址） 1.0.0.0~126.255.255.255B类地址：10（开头）+14位（⽹络地址）+16位（主机地址）128.0.0.0~191.255.255.255C类地址：110（开头）+21位（⽹络地址）+8位（主机地址）192.0.0.0~223.255.255.255D类以1110开始⽤于⼴播E类以11110开始⽤于科研保留PS：A、B、C类为3种主要的类型地址，D类、E类基本⽤不到；A类地址具有24为主机地址，因此应⽤于⼤规模环境B类居中C类地址具有8位主机地址，应⽤于规模较⼩的⽹络3、私有地址概念：即只能在局域⽹内使⽤、不能在公⽹上使⽤的ip地址> A类的私有地址: 10.0.0.0 ～ 10.255.255.255>> B类的私有地址: 172.16.0.0 ～ 172.31.255.255> (⽹络号范围： 10101010 00010000 ～ 10101010 00011111)>> C类的私有地址: 192.168.0.0 ～ 192.168.255.255> (⽹络号范围： 11000000 10101000 00000000 ～ 11000000 10101000 11111111)⼦⽹掩码⼦⽹掩码(⽹络掩码),它是⼀种⽤来指明⼀个IP地址的哪些位标识的是主机所在的⼦⽹，以及哪些位标识的是主机的位掩码,w⽹络地址部分全⽤1表⽰，主机部分全⽤0表⽰；通过⼦⽹掩码，就可以判断两个IP在不在⼀个局域⽹内部。
子网划分和构成超网.
R3
网络 145.13.0.0
划分子网后变成了三级结构
当没有划分子网时，IP 地址是两级结构，地址的网
络号字段也就是 IP 地址的“因特网部分”，而主机 号字段是 IP 地址的“本地部分”。
划分子网后 IP 地址就变成了三级结构。划分子网只
是将 IP 地址的本地部分进行再划分，而不改变 IP 地
要发送的分组的目的 IP 地址：128.30.33.138
128.30.33.13 H1 子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128 128.30.33.1 0 R1 128.30.33.130
R1 的路由表
目的网络地址 子网掩码 128.30.33.0 255.255.255.128 128.30.33.128 255.255.255.128 128.30.36.0 255.255.255.0 下一跳 接口 0 接口 1 R2
A 类、B 类和 C 类 IP 地址的默认子网掩t-id 为全 0
默认子网掩码 1 1 1 1 1 1 1 1 000000000000000000000000 255.0.0.0 网络地址 net-id host-id 为全 0
B 类 地 址
默认子网掩码 255.255.0.0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 网络地址 net-id host-id 为全 0
但数据报的首部并没有提供子网掩码的信息。
分组转发的算法也必须做相应的改动。
划分子网后分组的转发举例
128.30.33.13 H1 子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128 128.30.33.1 0 R1 128.30.33.130
子网和超网有啥不一样？
子网和超网有啥不一样？子网和超网是为解决互联网地址即将耗尽问题而发明的技术。
其中超网划分是子网划分的逆过程。
通常子网划分是将大型网络划分为较小网络的技术，而超网是将较小范围的地址组合成较大空间的方法；设计超网以使路由过程更加方便。
这是因为超网减少了路由表信息的大小，从而可以在路由器内存中消耗更少的空间。
子网划分采用FLSM 和VLSM，而超网划分采用CIDR方法。
子网子网(Subnetting)划分是一种将单个物理网络划分为多个小型逻辑子网络，这些子网称为子网，IP地址由网段和主机段组合而成。
通过接受来自IP地址主机部分的位来构建子网，然后将这些位用于分配原始网络中的许多小型子网络。
子网基本上将主机位转换为网络位。
初设计子网划分策略是为了减缓IP地址的消耗。
子网划分允许管理员将单个A类、B类、C类网络划分为更小的部分。
其中VLSM(可变长度子网掩码)是一种将IP地址空间划分为不同大小的子网并防止内存浪费的技术。
此外当子网中的主机数量相同时，通常采用FLSM(固定长度子网掩码)划分。
图1.子网划分及IP地址超网超网(Supernetting)是子网的逆过程，它是将几个网络合并为一个网络。
在执行超网时掩码位向默认掩码的左侧移动。
超网也称为路由器汇总和聚合，其将导致以网络地址为代价创建更多的主机地址，其中基本上网络位被转换为主机位。
超网由互联网服务提供商而非普通用户进行，以实现最有效的IP 地址分配。
CIDR(无类域间路由)是用于通过Internet路由网络流量的方案。
CIDR是一种超网技术，可将几个子网组合在一起用于网络路由。
简而言之CIDR允许在子网中组织IP地址，而与地址的值无关。
图2.超网及IP地址子网和超网区别•用于将大型网络划分为较小子网的策略称为子网划分;超网是将多个网络合并为一个网络。
•子网划分过程涉及从IP地址增加网络部分位;在超网中地址的主机部分位增加。
•为了执行子网划分，掩码位被重新定位到默认掩码的右侧;在超网中掩码位移动到默认掩码的左侧。
IP地址种类与子网划分
IP地址、子网掩码详解第一章、IP地址的介绍一、IP地址的分类把整个Internet网堪称单一的网络，IP地址就是给每个连在Internet网的主机分配一个在全世界范围内唯一的标示符，Internet管理委员会定义了A、B、C、D、E五类地址，在每类地址中，还规定了网络编号和主机编号。
在TCP/IP协议中，IP地址是以二进制数字形式出现的，共32bit，1bit就是二进制中的1位，但这种形式非常不适用于人阅读和记忆。
因此Internet管理委员会决定采用一种"点分十进制表示法"表示IP地址：面向用户的文档中，由四段构成的32 比特的IP地址被直观地表示为四个以圆点隔开的十进制整数，其中，每一个整数对应一个字节（8个比特为一个字节称为一段）。
A、B、C类最常用，下面加以介绍。
本文介绍的都是版本4的IP地址，称为IPv4.1、A类地址：网络标识范围1～126，有27 -2=126个网段（减2是因为0不用，127留作它用）主机标识占3组8位二进制数，有224-2=16777216台主机（减2是因为全0地址为网络地址，全1为广播地址）。
缺省子网掩码：255·0·0·0换算成二进制为11111111·00000000·00000000·000000002、B类地址：网络标识范围128～191，有214 =16384个网段主机标识占2组8位二进制数，有216-2=65533台主机，适用于结点比较多的网络。
缺省子网掩码：255·255·0·0 换算成二进制为11111111·11111111·00000000·000000003、C类地址：网络标识范围192～223，有221 =2097152个网段主机标识占1组8位二进制数，有28-2= 254台主机，适用于结点比较少的网络。
划分子网和构造超网
网络地址
xxxxxxx
x
主机地址= 0 ：子网地址， 不可作为地址分配， 主机地址= 1 ：广播地址，不可分配， 因此最多只能借6位。
子网具体的划分方法
• 对子网的划分，可以将单个网络的主机号分为两个部分， 其中一部分用于子网号编址，另一部分用于主机号编址。
• 划分子网号的位数，取决于具体的需要。若子网号所占的 比特越多，可分配给主机的位数就越少，也就是说，在一 个子网中所包含的主机就越少。 • 比如一个B类网络172.17.0.0，将主机号分为两部分，其 中8个比特用于子网号，另外8个比特用于主机号，那么 这个B类网络就被分为254个子网，每个子网可以容纳 254台主机。
确定子网掩码
C类的网络 192 · 168 · 1 · 0
使用2位划分子网 划分子网 192 · 168 · 1 ·
11111111
11111111
11111111 11000000
子网掩码为：255.255.255.192
确定标识每一个子网的网络地址。
子网掩码为：255.255.255.192 11111111 11111111 11111111 11000000 列出可能的组合 00 192 · 168 · 01 1 10 11 原有的网络号 + 000000 000000 网络地址 000000 000000 192.168.1.64 192.168.1.128
•
•
子网划分的层次结构
三维地址结构
— 原有地址结构是二维的（网络地址，主机地址），增加地址空间的维数 可提高地址分配中的灵活性和可用性； 三维结构：（网络地址，子网地址，主机地址） — 在一个C类地址中仅主机地址可由网管人员自主分配，向主机地址段借位 组成子网地址，以形成三维地址结构； 原主机地址段 C类地址 网络地址 xx xxxxxx
计算机网络-划分子网与构成超网
• 变长子网划分（Variable length subnetting）
– 共享同一IP网络前缀的子网大小不同 – 划分依据：子网内的主机数量 – 特点：灵活、高效利用地址空间 – 变长子网掩码 （Variable-Length Subnet Mask， VLSM ）
20
子网划分例 3
Net 1
• 每个物理网络所需的IP 25台主机 地址数量
200.6.12.55 11001000 00000110 00001100 00110111 Mask 00000000 11111111 00000000 11111111 00000111 11111000 11111111 00000000
8
200.6.15.255 200.6.8.0 11001000 00000110 00001111 00001000 00000000 11111111
子网中的特殊地址
Net id Not all 0s or 1s Host id Not all 0s or 1s
理论上
网络地址 网络广播地址 Net id Subnet id Host id Not all 0s or 1s
实际上
Net id + Subnet id Not all 0s or 1s 子网地址
1 1 14 16 bits 1 7 24 bits
• Class B 1 0
Netid Hostid 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255 Net=214，Host=216 Netid 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
1 1 1 1 24
1 1 1 21
• Class C 1 1 0
考虑全0和全1的hostid至少要1002个ip地址5121002101024主机位数142552552520255255252025525525202552552520maskmasknetidnetidhostidhostid1111111111111111111111000000000011111111111111111111110000000000subnetidsubnetid19discussionsubnetid位数的subnetid根据题目要求hostid位数的hostid理论理论实际实际20定长子网划分fixlengthsubnetting变长子网划分variablelengthsubnetting变长子网掩码variablelengthsubnetmaskvlsm每个物理网络所需的ip地址数量63net2525台主机台主机33台主机台主机4040台主机台主机6060台主机台主机5050台主机台主机252530本子网内主机数本子网内主机数本子网内路由器接口数本子网内路由器接口数本子网内主机数本子网内主机数本子网内路由器接口数本子网内路由器接口数私有地址总数1721600172312552551619216800192168255255256每个ip子网的实际ip数量
子网划分和构造超网
实验十二子网划分和超网构建一实验目的要求掌握使用子网掩码划分子网和构建超网的方法。
二实验内容1 划分子网。
2 构建超网。
三实验设备四台安装有Windows 操作系统并只配置了TCP/IP协议的计算机，一台交换机。
四实验拓朴按以下拓朴连接实验设备。
PC_A PC_B PC_C PC_D图12.1 实验拓朴五实验步骤1 连通性测试⑴启动每台计算机，配置PC_A、PC_B、PC_C、PC_D的IP地址分别为192.168.1.1、192.168.1.2、192.168.1.5、192.168.1.6，子网掩码均为255.255.255.0。
⑵在PC_A上，运行PING命令，测试是否PING通其它三台计算机。
2 改变子网掩码划分子网⑴保持PC_A、PC_B、PC_C、PC_D四台计算机的IP地址不变，将四台计算机划分为两个子网，计算其子网掩码，并分别为四台计算机设置子网掩码。
·2· 计算机网络实验指导⑵在PC_A上，运行PING命令，测试是否PING通其它三台计算机。
3 改变子网掩码和IP地址划分子网⑴保持PC_A、PC_B的IP地址不变，子网掩码为255.255.255.192，将PC_A、PC_B、PC_C、PC_D划分为两个子网，计算PC_C、PC_D的IP地址范围，并为PC_C、PC_D 设置IP地址。
⑵在PC_A上，运行PING命令，测试是否PING通其它三台计算机。
4 改变IP地址，使其处于不同的子网内⑴保持PC_A、PC_B的IP地址不变，PC_C、PC_D 的IP地址设置为192.168.2.5、192.168.2.6，子网掩码均为255.255.255.0。
⑵在PC_A上，运行PING命令，测试是否PING通其它三台计算机。
5 改变子网掩码，将不同子网构建为超网⑴保持PC_A、PC_B、PC_C、PC_D四台计算机的IP地址不变，使这四台计算机处在一个超网内，计算其最大的子网掩码，并分别为PC_A、PC_B、PC_C、PC_D四台计算机设置子网掩码。
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特殊地址
D类地址和E类地址称为特殊地址。这两类 地址用途比较特殊，在这里只是简单介绍 一下：D类地址称为广播地址，供特殊协议 向选定的节点发送信息时用。E类地址保留 给将来使用。
直接广播地址与受限广播地址
直接广播地址与广播地址相同，是一个 Internet协议地址，指定了在某特定网络中 的“所有主机”。 受限的广播地址是255.255.255.255。在任何 情况下，路由器都不转发目的地址为受限 的广播地址的数据报，这样的数据报仅出 现在本地网络中。
IP地址划分图
子网划分
划分子网
首先要熟记2的幂：2的0次方到9次 方的值分别为：1,2,4,8,16,32,64,128,256 和512.还有要明白的是：子网划分是借 助于取走主机位，把这个取走的部分 作为子网位.因此这个意味划分越多的 子网，每个子网容纳的主机会越少。
子网掩码用于辨别IP地址中哪部分为 网络地址，哪部分为主机地址，有1和 0组成，长32位，全为1的位代表网络 号.不是所有的网络都需要子网，因此 就引入1个概念：默认子网掩码 （default subnet mask）.A类IP地址的默 认子网掩码为255.0.0.0;B类的为 255.255.0.0;C类的为255.255.255.0
具体实例
C类地址例子：网络地址192.168.10.0;子网 掩码255.255.255.192（/26） 1.子网数=2*2=4（ip subnet zero命令启 用） 2.主机数=2的6次方-2=62 3.有效子网?:block size=256-192=64；所 以第一个子网为192.168.10.0，第二个为 192.168.10.64，第三个为192.168.10.128，第 四个为192.168.10.192。
3.有效子网是 有效子网号=256-10进制的子网掩码 （结果叫做block size或base number） 4.每个子网的广播地址是 广播地址=下个子网号-1 5.每个子网的有效主机分别是 忽略子网内全为0和全为1的地址剩下的 就是有效主机地址.最后1个有效主机地址= 下个子网号-2（即广播地址-1）
“这个网络上的特定主机”地址 与回送地址
具有全0 网络号的IP地址代表了这个网络上 的特定主机 当某个主机想同一网络上的其 他主机发送报文的时候就会用到它。它的 格式为：网络号为0，主号为确定的数值。 127.x.x.x是本机回送地址，即主机IP堆栈内 部的IP地址，用于网络软件测试以及本地机 进程间通信，无论什么程序使用回送地址 发送数据，协议软件立即返回之，从进行 任何网络传输。
构造超网
前缀长度不超过 23 bit 的 CIDR 地址块都 包含了多个 C 类地址。 这些 C 类地址合起来就构成了超网。 CIDR 地址块中的地址数一定是 2 的整数 次幂。 网络前缀越短，其地址块所包含的地址数 就越多。而在三级结构的 IP地址中，划分 子网是使网络前缀变长。
CIDR 地址块划分举例
206.0.70.0/24
206.0.71.0/25 206.0.71.0/26 206.0.71.64/26
206.0.71.128/25 206.0.71.128/26 206.0.71.192/26
一系
206.0.70.0/26 206.0.70.64/26 206.0.70.128/26 206.0.70.192/26
划分捷径
1.你所选择的子网掩码将会产生多少个子网 2的x次方-2（x代表网络位借用主机的位数， 即2进制为1的部分，网络中，已经不需要-2，已 经可以全部使用，不过需要加上相应的配置命令， 例如CISCO路由器需要加上ip subnet zero命令就可 以全部使用了。） 2.每个子网能有多少主机 2的y次方-2（y代表主机位，即2进制为0的部 分）
206.0.71.128/25 206.0.71.128/26 206.0.71.192/26
一系
206.0.70.0/26 206.0.70.64/26 206.0.70.128/26 206.0.70.192/26
二系
三系
地址数
四系
地址块
二进制表示
ISP 大学 一系 二系 三系 四系
206.0.64.0/18 206.0.68.0/22 206.0.68.0/23 206.0.70.0/24 206.0.71.0/25 206.0.71.128/25
十进制转二进制例子
IP地址的概念
IPv4地址概念 IP地址只是32位二进制数字。在二进制中， 数码只有0和1。一个32位数码有32个0和1。 为了方便，一般把IP地址分为4个8位字段， 或者称作8位字节。
IP地址的标准分类
基本的IP地址是分成8位一个单元的32位二进 制数。一般用点分十进制表示。IP地址中的每 一个8位位段用0~255之间的一个十进制数表示。 这些数之间用点（.）隔开，格式为x.x.x.x。 IP地址分成五类，分别为：A 类地址、B 类地址、C 类地址、特殊地址。每一个IP地址 包括两部分：网络地址和主机地址，上面五类 地址对所支持的网络数和主机数有不同的组合。
最长前缀匹配
D AND (11111111 11111111 11111100 00000000) = 206.0.68.0/22 匹配 D AND (11111111 11111111 11111111 10000000) = 206.0.71.128/25 匹配
选择两个匹配的地址中更具体的一个，即选择最 长前缀的地址。
主机 H2 IP2 HA2
局域网
通信的路径
B类地址
一个B类IP地址使用两个8位位段表示网络 号，另外两个8位位段表示主机号。 B类地 址的表示范围为：128.0.0.0~191.255.255.255， 默认网络掩码为：255.255.0.0；B类地址分 配给一般的中型网络。B类网络用第一、二 组数字表示网络的地址，后面两组数字代 表网络上的主机地址。
CIDR叫做无分类域间路由,ISP常用 这样的方法给客户分配地址，ISP提供 给客户1个块（block size），类似这样： 192.168.10.32/28，这排数字告诉你你的 子网掩码是多少，/28代表多少位为1， 最大/32.但是你必须知道的1点是：不 管是A类还是B类还是其他类地址，最 大可用的只能为30/，即保留2位给主 机位
16384 1024 512 256 128 128
CIDR 地址块划分举例
因特网 206.0.64.0/18 ISP
206.0.68.0/22
大学 X
206.0.68.0/23 206.0.68.0/25 206.0.68.128/25 206.0.69.0/25 206.0.69.128/25
IP 地址与硬件地址
首部 IP 地址 首部 硬件地址 首部 MAC 帧 IP 数据报 尾部 链路层及以下 使用硬件地址 应用层数据 TCP 报文 网络层及以上 使用 IP 地址
主机 H1 IP1 HA1
查找路由表
硬件地址 HA3 路由器 R1 HA4
查找路由表
路由器 R2 局域网 HA5 HA6 局域网
网络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就 越具体。 最长前缀匹配又称为最长匹配或最佳匹配。
最长前缀匹配举例
收到的分组的目的地址 D = 206.0.68.0/22 路由表中的项目：206.0.68.0/22 （ISP） 206.0.71.128/25 （四系）
查找路由表中的第 1 个项目 第 1 个项目 206.0.68.0/22 的掩码 M 有 22 个连续的 1。 M = 11111111 11111111 11111100 00000000 因此只需把 D 的第 3 个字节转换成二进制。 M = 11111111 11111111 11111100 00000000 AND D= 206. 0. 01000100. 0 206. 与 206.0.68.0/22 匹配 0. 01000100. 0
二系
三系
四系
这个 ISP 共有 64 个 C 类网络。如果不采用 CIDR 技 术，则在与该 ISP 的路由器交换路由信息的每一个路 由器的路由表中，就需要有 64 个项目。但采用地址聚 合后，只需用路由聚合后的 1 个项目 206.0.64.0/18 就 能找到该 ISP。
2. 最长前缀匹配
使用 CIDR 时，路由表中的每个项目由“网络前 缀”和“下一跳地址”组成。在查找路由表时 可能会得到不止一个匹配结果。 应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路 由：最长前缀匹配(longest-prefix matching)。
因特网
206.0.64.0/18
ISP
206.0.68.0/22
大学 X
206.0.68.0/23 206.0.68.0/25 206.0.68.128/25 206.0.69.0/25 206.0.69.128/25 单位
206.0.70.0/24
206.0.71.0/25 206.0.71.0/26 206.0.71.64/26
IP地址划分和子
网划分构造超网
IP地址的划分
十进制转二进制
1. 微软自带计算器
2.初二取余法 十进制整数转换为二进制整数采用“除2取余， 逆序排列”法。具体做法是：用2去除十进制 整数，可以得到一个商和余数；再用2去除商， 又会得到一个商和余数，如此进行，直到商为 0时为止，然后把先得到的余数作为二进制数 的低位有效位，后得到的余数作为二进制数的 高位有效位，依次排列起来。