如何进行子网的划分

Posted on Wed, 25 Dec 2024 14:00:08 +0800 by LiangMingJian

什么是子网 #

把单一网络划分为多个物理网络，并使用路由器将其互联，这里的多个网络就是子网。

通过划分子网可以提高 IP 地址使用率，隔离广播域带来的影响，提高一个网络的灵活性。如果不划分子网，那么每个路由器中路由表的信息量将会非常大，影响网络的速度与性能。划分子网后，将减少广播所带来的负面影响，提高整体的性能。

虽然划分子网没有增加可用 IP 地址，而且减少了可用 IP 地址（因为每个子网中的全 0 网络地址和全 1 广播地址均不能作为主机 IP 来使用）。但通过对一个网络进行子网划分，将一个大网络分成多个小的网络的操作，可以更好的进行管理，按需分配 IP 地址，避免自动分配时遗漏浪费。比如，当一组 IP 地址指定给一个公司时，公司可以将该网络分割成多个小网络，分配给每个部门使用，由每个部部门自主控制 IP 分配，避免浪费。

如何划分子网 #

要划分子网，我们首先要了解 IP 地址的真实格式和组成。

首先，IP 地址其实是一个 38 位的二进制数，IP 地址 4 个数字中的每一个数都是一个 8 位二进制，比如，0.0.0.0 实际是 00000000.00000000.00000000.00000000，255.255.255.255 实际是 11111111.11111111.11111111.11111111。

然后，在这些二进制数中，通常我们会将从开头开始的一定数位的数作为网络位，标志拥有相同网络位的 IP 地址是同一个网络，可以互通。然后剩下的数位就作为主机位，让主机设备选择使用。比如，我们可以将 00000000 第一个部分作为网络位，剩余的 00000000.00000000.00000000 作为主机位，换算下，可以得出下面的网络：

• 0.0.0.0 - 0.255.255.255 是一个网络，网络为 0，主机位 0.0.0 - 255.255.255
• 1.0.0.0 - 1.255.255.255 是一个网络，网络为 1，主机位 0.0.0 - 255.255.255
• ……………..

显然，上面就是在划分子网，因为网络位 00000000（0） - 11111111（255） 一共 256 个，所以可以划分 256 个子网。

每个子网中，一共可以分配 0.0.0 - 255.255.255 共 255 x 255 x 255 个 IP 地址。

特别注意，每个网络（子网）中，都应当要用 3 种地址，网络地址，主机地址，广播地址。

• 网络地址是网络的起始地址，是这个网络的标志，通常会使用网络段的第一个 IP 地址，比如 0.0.0.0，1.0.0.0。
• 主机地址是设备可以使用的地址，这个部分的地址才能被主机使用。
• 广播地址是网络的结束地址，标识这个网络的结束，通常会使用网络段的最后一个 IP 地址，比如 0.255.255.255，1.255.255.255。

所以，在分配的子网中，实际能使用的主机地址，是子网地址数量减 2。

综上所述，要划分子网，其实就是要确认网络位占用的数量和主机位占用的数量。

划分一个子网 #

将 0.0.0.0 - 255.255.255.255 划分为每个都有 256 个地址的子网。

首先，确认网络位，因为每个子网都要有 256 个地址，所以有主机位 $2^8 = 256$，主机位 8，所以网络位有 $32-8=24$，网络位 24。

如果提问的是划分 256 个子网，那么网络位可以通过公式 $2^n > 256$ 计算，换算有 n = 8，即 IP 地址中要拿出 8 位充当网络位。

如果划分时是从已有的子网划分，比如 /16 划分到 /24，那么这里的 n 就是网络位需要想主机位借用的数据。因为 /16 自己网络位 16，要扩展到 /24，还需要 8 位的网络位，所以还需要在 /16 的主机位拿 8 位作为新的网络位。所以，最后划分的子网是在 /16 的基础上，再划分的 /24，因此数量只有 $2^8 = 256$ 个。

因为网络位 24，主机位 8，所以对于一个 32 位 IP 地址，即 0.0.0 - 255.255.255 这部分是网络位，0 - 255 是主机位。

• 0.0.0.0 - 0.0.0.255 是一个子网。
• 0.0.1.0 - 0.0.1.255 是一个子网。
• ……..
• 192.168.1.0 - 192.168.1.255 是一个子网。
• 192.168.2.0 - 192.168.2.255 是一个子网。
• ……..
• 255.255.255.0 - 255.255.255.255 是一个子网。

以上便是子网划分的流程和结果。正常来说，我们通常可以使用 192.168.1.0/24，192.168.2.0/24，192.168.3.0/24 的格式来表示这个子网段内的 256 个地址。这里的 /24 我们称之为子网掩码。

子网掩码的定义 #

首先需要知道，子网掩码不等于子网 ，子网掩码只是用来标注两个 IP 地址是否同属一个子网的标志。

从上面的子网划分流程不难看出，子网掩码其实就是网络位的十进制表示。

以 IP 段 192.168.1.0 - 192.168.1.255 为例，其二进制表示为：

• 11000000.10101000.00000001.00000000（192.168.1.0）
• 11000000.10101000.00000001.00111111（192.168.1.255）

可以看到，在这个 IP 段中，首尾地址完全相同的是 11000000.10101000.00000001，这 24 位。

这 24 位就是网络号，用来标识这一个子网，简记为 /24。

当我们将这个 24 位全部置 1，然后补 0 到其他位直到满足 32 位，可以得到 11111111.11111111.11111111.00000000，即 255.255.255.0，这样就得到子网掩码的简单表示。

所以，IP 段 192.168.1.0 至 192.168.1.255 的掩码为 255.255.255.0 /24。

子网的计算公式 #

子网数 = $2^n$

这里的 n 是网络位向主机位借位的数量。比如，从全网段划分子网掩码 /24，因为全网段所有位都是主机位，而划分后需要网络位 24，所以借用主机位 24，因此子网数= $2^24$。

又比如，从一个大的网络 /16 划分到一个更小 /24 子网。因为 /16 自己网络位 16，要扩展到 /24，还需要 8 位的网络位，所以还需要在 /16 的主机位拿 8 位作为新的网络位。所以，最后划分的子网是在 /16 的基础上，再划分的 /24，因此数量只有 $2^8 = 256$ 个。

/16 划分 /24，就比如是将 192.168.0.0 - 192.168.255.255 这部分 IP 段划分到 192.168.1.0/24，192.168.2.0/24 这样更小的子网。

可用主机数 = $2^n - 2$

在子网中，全 0 和全 1 的地址将作为网关和广播地址，无法被主机使用，所以要减 2。

示例练习 #

问题一：存在子网 192.168.10.1/27，请计算这个网络有多少个子网？

假设该 /27 的子网是从 /24 的网络中划分的，那么 /27 就需要向 /24 的主机位借位，需要借 27 - 24 = 3，所以子网数 = 2^3 = 8 个。

假设该 /27 的子网是从 /16 的网络中划分的，那么 /27 就需要向 /16 的主机位借位，需要借 27 - 16 = 11，所以子网数 = 2^11 = 2048 个。

问题二：存在子网 192.168.10.1/27，请计算子网中的 IP 数？和可用主机数？

由 /27 可知该子网的网络号为 27，所以主机号为 32 - 27 = 5

所以，可用的 IP 数等于 = 2^5 = 32，因为 IP 段开头和结尾的 IP 地址（全 0 和全 1 的 IP 地址）无法使用，因此，可用主机数 = 32 - 2 = 30。