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。

⑵在PC_A上，运行PING命令，测试是否PING通其它三台计算机。

六实验报告

1 讨论划分子网和构建超网的方法和原理。

2 写出划分子网和构建超网的实验过程。

3 写出实验的结论和体会。

七相关知识

1 子网

IP地址等级的设计虽然有许多好处，但有一个缺点，便是弹性不足。假设某单位分配到Class B的IP地址，若将六万多部计算机连接在同一个网络中，势必造成网络效率的低落，因此在实际上不可行。但是，若在Class B网络中只连接几十部计算机，就会浪费掉许多IP地址。

解决这个问题的方法，便是将网络分割为子网（Subnet）。例如：某单位将分配到的Class B网络分割成规模较小的子网，再分配给多个实体网络。

⑴子网分割的原理

分割子网的重点便是让每个子网拥有一个独一无二的子网地址（Subnet Address），以此识别子网。

由于企业分配到的网络地址是无法变动的，因此，如果要分割子网的话，必须从主机地址“借用”前面几个Bit作为子网地址。原先的网络地址加上子网地址便可用来识别特定的子网。

这样IP地址就由二级变为三级，即：

IP地址：：={<网络号>，<子网号>，<主机号>}

这样从其它网络发给本单位某个主机的IP数据报，仍然是根据IP数据报的目的网

计算机网络实验指导 ·3·

络号找到连接在本单位网络上的路由器。但此路由器在收到IP 数据报后，再按目的网络号和子网号找到目的子网，将IP 数据报交付给目的主机。

图12.2 划分子网后的路由示意

假设某单位申请到Class B 的IP 地址如下：

10010001 00001101 00000000 00000000 (145.13.0.0)

按照原先等级式IP 的规划，前面16Bits 是网络地址，后面16Bits 则是主机地址。若要分割子网，必须借用主机地址前面的几个Bit 作为子网地址。假设我们现在使用主机地址的前3Bits 作为子网地址。

子网地址与原先的网络地址合起来共19Bits ，可视为是新的网络地址，用来识别该子网。原先16Bits 的网络地址当然不可更动，但是子网地址却是可以自行分配。

若子网地址使用了3Bits ，则产生了23=8个子网：

10010001 00001101 000 00000 00000000

10010001 00001101 001 00000 00000000

10010001 00001101 010 00000 00000000

10010001 00001101 011 00000 00000000

10010001 00001101 100 00000 00000000

10010001 00001101 101 00000 00000000

10010001 00001101 110 00000 00000000

10010001 00001101 111 00000 00000000

换言之，从主机地址借用了3Bits 之后，便可以分割出8个子网。当然，相对地主机地址长度变短后，所拥有的IP 地址数量也减少了。以上例而言，原先Class B 可以有216=65536个可用的主机地址；而新建立的子网，每个子网仅有213-2=8190个可用的主机地址。

由于子网地址必须取自于主机地址，每“借用”n 个主机地址的位，便会产生个n

2

·4· 计算机网络实验指导

子网，同时子网内的主机数据也将减少，变为原来子网的1/，划分子网只是将IP 地下的本地部分进行再划分，而不改变IP 地址的因特网部分。分割子网时，子网的数目必然是2的次方，也就是2n

22、23、24、25等数目，对于B 类网络，可借用的主机位数目为1到14，因为不能使主机地址只剩下1Bit ，若只剩下1Bit 主机位，每个子网只能有2个主机地址，扣掉全为0或1的主机地址，就没有可用的主机地址了。下表列出了Class B 网络可能分割子网的方式。

子网地址位数

形成的子网数目 每个子网可用的主机地址 0

1 65536 1

2 32768 2

4 16384 3

8 8192 4

16 4096 5

32 2048 6

64 1024 7

128 512 8

256 256 9

512 128 10

1024 64 11

2048 32 12

4096 16 13

8192 8 14

16384 4 15 32768 2

上表只是表示使用多少个位作为子网地址时，可产生的子网与可分配主机地址的数目。但在实际应用上，必须记得主机地址不得全为0或1的原则。

⑵ 子网掩码

子网不仅是简单地将IP 地址加以分割，其关键在于分割后的子网必须能够正常地与其他网络相互连接，也就是在路由过程中仍然能识别这些子网。此时，便产生了一个问题：无法再利用IP 地址的前导位，来判断网络地址与主机地址有多少个位。

以上述A 企业最后所分配到的网络地址为例，虽然其前导位仍然为10，但是经过子网分割后，网络地址长度并非Class B 的16Bits ，而是17、18个以上的位。

因此，势必要利用其他方法来判断IP 地址中哪几个位为网络地址，哪几个位为主机地址。子网掩码（Subnet Mask ）正是由此而生。以下说明子网掩码的特性：

z 子网掩码长度为32Bits ，与IP 地址的长度相同。

z 子网掩码必须是由一串连续的1，再跟上一串连续的0所组成。

为了方便阅读，子网掩码使用与IP 地址相同的十进制来表示。例如：255.255.255.0。 子网掩码必须与IP 地址配对使用才有意义。单独的子网掩码不具任何意义。

计算机网络实验指导 ·5·

当子网掩码与IP地址一起使用时，子网掩码的1对映至IP地址便是代表网络地址位，0对映至IP地址便是代表主机地址位。例如：

255.255.248.0

代表此IP地址的前21Bits为网络地址，后11Bits为主机地址。路由过程中，便是据此来判断IP地址中网络地址的长度，以便能将IP信息包正确地转送至目的网络。而这也是子网掩码最主要的目的。

上述IP地址与子网掩码的组合也可写成：

168.95.192.1/21

“/”前面是正常的IP表示法，“/”后面的数字21则代表子网掩码中1的数目。

原有等级式的网络地址仍然可继续使用。以Class C的IP为例：

IP地址：11001011 01001010 11001101 01101111

若不执行子网分割，则其子网掩码为：

11111111 11111111 11111111 00000000

换言之，原先使用A、B、C三种等级的网络仍然可继续使用，只是必须额外设置对应的子网掩码。Class A、B、C对应的子网掩码如下：

Class A：11111111 00000000 00000000 00000000（255.0.0.0）

Class B：11111111 11111111 00000000 00000000（255.255.0.0）

Class C：11111111 11111111 11111111 00000000（255.255.255.0）

⑶子网分割实例

子网分割是相当常见的应用，假设某单位申请到如下的Class C IP地址：

IP地址：11001011 01001010 11001101 0000000（203.74.205.0）

子网掩码： 11111111 11111111 11111111 00000000（255.255.255.0）

由于业务需求，内部必须分成A1、A2、A3、A4等4个独立的网络。此时便需要利用子网分割的方式，建立数个子网，以便分配给这4个独立的网络。建立4个子网需要借用2位主机地址。

决定了子网地址的长度后，便可以知道新的子网掩码，以及主机地址的长度。由于使用了2Bits作为子网地址，网络地址变成24＋2＝26Bits。因此，新的子网掩码为：11111111 11111111 11111111 11000000（255.255.255.192）

而原先的主机地址有8Bits，但是子网地址借用了2Bits，主机地址只能使用剩下的6Bits。因此，每个子网可以有26=64个可用的主机地址。不过，主机地址不得全为0或1，所以实际上每个子网可分配的IP地址为62个。

子网可再进一步分割成更小的子网。承上例，例如：网管人员可以再将A1网络分割成更小的子网。方法仍旧是从主机地址借用几个位来作为子网地址。

子网分割时所作的设置，都是在企业内部。换言之，远端的网络或路由器并不必知道A企业内部是如何分割子网。因此，可保持互联网上路由结构的简单性。

2 无等级的IP地址（超网）

当初在设计IP地址的等级时，网络环境主要是由大型主机所组成，主机与网络的总数都相当有限。但随着个人计算机与网络技术的快速普及，对于IP地址的需求也迅速增加。3种等级的IP地址分配方式，很快便产生了一些问题。其中最严重的便是Class B

·6· 计算机网络实验指导

的IP地址面临紧缺；但是相对地，Class C使用的数量则仅是缓慢成长。

为了解决这个问题，便产生了Classless Inter－Domain Routing（CIDR），即无等级（Classless）的IP地址划分方式。CIDR消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空间，并且可以在新的IPv6使用之前容许因特网的规模继续增长。CIDR将网络前缀都相同的连续的IP地址组成“CIDR地址块”。

⑴ CIDR原理

假设某单位需要1500个IP地址，由于Class C地址只能提供256个IP地址，因此必须分配Class B的网络地址给这个单位。因为Class B实际可提供65536个IP地址，远超过该单位的需求，这些多出来的IP地址无法再分配给其他单位使用，因此实际上都浪费掉了。

既然Class B严重不足，而Class C还很充裕，更重要的是Class B实际上有很多是浪费掉了，那么要解决这些问题，自然地便会想到是否可以将数个Class C的IP地址“合并”起来，分配给原先需申请Class B的单位。

以前例而言，我们只要分配6个Class C的IP地址给这个单位，便可符合其需求，因而节省下1个Class B的地址空间。

如何才能合并数个Class C的IP地址呢？答案便是与子网分割的原理相同，使用子网掩码来定义较具弹性的网络地址。

利用子网掩码重新定义“较短”的网络地址，以便将现有2、4、8、16等2幂方数的网络，“合并”成为一个网络。

⑵ CIDR实例

回到上述的例子，由于这个单位所需的1500个IP地址，数量介于Class B（可提供65535个IP地址）与Class C（可提供255个IP地址）的范围之间。通过CIDR的方式，我们可以分配一个长度为21Bits的网络地址给这个单位，那么这个单位可运用的主机地址将会有32-21＝11Bits，总共可产生211=2048个IP地址，与这个单位所需的1500个IP地址相近。与直接分配Class B相比，节省下许多IP地址空间。

上述方式其实是将8个Class C的IP地址合并，再分配给这个单位。由于合并是通过变更网络地址长度来进行，因此会有以下的限制：

z用来合并的Class C的网络地址必然是连续的。

z用来合并的Class C的网络地址数目必然是2的次方。

因此，这个单位实际上分配到的可能是如下的8个连续Class C地址空间：

203.74.208.0（11001011 01001010 11010000 00000000）

203.74.209.0（11001011 01001010 11010001 00000000）

203.74.210.0（11001011 01001010 11010010 00000000）

203.74.211.0（11001011 01001010 11010011 00000000）

203.74.212.0（11001011 01001010 11010100 00000000）

203.74.213.0（11001011 01001010 11001101 00000000）

203.74.214.0（11001011 01001010 11001110 00000000）

203.74.215.0（11001011 01001010 11001111 00000000）

计算机网络实验指导 ·7·

这8个连续的Class C地址可以利用下列方式来表示：

203.74.208.0/21

利用子网将网络地址的3Bits当成主机地址。

虽然CIDR原先是为了合并Class C地址所设计，但在实际操作上可适用于任何的IP地址范围，例如：ISP可分配长度为30Bits的网络地址给一些只有两台计算机的个人公司。

提示：CIDR仍遵守主机地址不得全为0或1的规则。因此，30Bits的网络地址虽然可以有单个主机地址，不过实际上可用的只有2个主机地址。

由于CIDR让IP地址在分配时更具弹性与效率，因此，目前都是以CIDR的方式来划分IP地址范围。下图为某大学的IP地址分配的例子。

图12.3 构建超网示意

⑶ CIDR的特点

① CIDR消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，可以更加有效的分配IP地址空间。CIDR使用各种长度的“网络前缀”来代替分类地址中的网络号和子网号，而不是像分类地址中只能使用1字节、2字节、3字节长的网络号。CIDR不再使用“子网”的概念而使用网络前缀，使用IP地址从三级编址又回到了两级编址，即无分类的两级编址。

IP地址：：={<网络前缀>，<主机号>}

CIDR也使用“斜线记法”，即在IP地址后写上斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数（对应子网掩码中1的个数）。如128.14.46.34/20。

② CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成“CIDR地址块”，一个CIDR地址块是由地址块的起始地址（即地址块中地址数值最小的一个）和地址块中的地址数来定义的。CIDR地址块也可用斜线记法来表示。如128.14.32.0/20表示的地址共有212个地址，

·8· 计算机网络实验指导

而该地址块的起始地址是128.14.32.0。

由于一个CIDR地址块可以表示很多地址，所以在路由表中就利用CIDR地址块来查找目的网络。这种地址的聚合通常称为路由聚合，它使得路由表中的一个项目可以表示原来传统分类地址的很多个路由。路由聚合也称为构成超网。路由聚合有利于减少路由器之间的路由选择信息的交换，从而提高了整个因特网的性能。