开发者学堂课程【Linux高级网络应用 - 网络管理与配置实战：网络IP地址规划和子网划分】学习笔记，与课程紧密联系，让用户快速学习知识.
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网络 IP 地址规划和子网划分
内容介绍：
一、划分子网
二、网络 IP 地址规划
三、可变长度子网掩码
四、IP 地址的分类
五、特殊地址
一、划分子网
1.大小网络的定义
在介绍IP地址的各种运算时，都是针对的单个网络而言。但实际工作中将接触许到许多的多个网络。部分大型企业自身的局域网，在全国范围内形成了一个大网络，其中存放着众多主机。例如中国移动自身内部拥有一个大局域网。中国移动的省公司运用着全国通用的10.0.0/8，从ABC划分角度出发其为8的子网掩码，意味着前8位为网络ID,后24位为主机ID，此大网络能够存放16000000万台主机。但操作过程中，大量主机放在一个大网段内，广播域过大，此种操作并不现实，故其内部使用的是将大网络切割拆分成若干个小网络，每个省都拥有自己的小网络的方式，即北京、广东各自拥有着自己的小网络。
现今需要实现的目标：在原来的大网基础上，将其切割成若干小网。
故小网络仍然在大网络内部。
大网络：存放的主机数众多（存放的主机数多=主机ID位数多，即网络ID位数少）
小网络：存放的主机数较少（存放的主机数少=主机ID位数少，即网络ID位数多）
网络中存放的主机数由其主机位数决定，而使得网络存放主机数的区别是由于公式而得。
2.公式
(1)网络(网段)数量=2^可变网络ID位数
(2)一个网络的主机数量=2^主机ID位数2=2^ (32-网络ID位数) -2
(3)网络ID=IP与子网掩码netmask
(4)划分子网数=网络ID向主机ID位借N位，划分成2^N个小网（N即借得位数）
借1位：2^1=2个小网,借两位：2^2=4个小网
3.实际操作
10.0.0.0/8
假设10这个大网络中，其子外掩码为8位，即前8位为网络ID，后24位为主机ID，欲实现将大网络划分成多个小网络，则将来应使将来总共的24位主机ID变少，网络ID变多，但由于当前为将大网络切割成小网络，而非将原来的大网更换为新的小网，故小网络仍然在大网络之中。即“10”此数字本身不能够改变。
切割的操作
10.0 0000000.0.0中，10是原本的网络ID，根据小网络含在大网络内部的原则，其不能改变。其次，前8位为网络ID，后24位为主机ID，欲使大网络分割为小网络，应做到主机ID位数减少，网络ID位数变多，即增加其网络ID的位数，将原本的主机ID位借用为网络ID位，此位置可以发生变化。
10.0000000.0.0实现从8位到9位的增加，主机ID位数自然减少，即实现了有一个大网络切割为一个小网络。
将原本的主机ID位借为了网络ID位，原本的主机ID位是可以变化的。
IP范围10.0.0.1（最小）-255.255.254（最大）
由于主机ID和网络ID位数的可变性，10为原本地址不可变，借得位有概率为0或1。当前可变的网络ID位数仅一位，根据公式：网络(网段)数量=2^可变网络ID位数，网络数量由可变的网络ID：2^可变网络ID位数决定。
现今有2个可变的网络ID位数，10是固定的，可变仅10.0中的0一位。一位可变，根据公式
则网络ID数量为2^1=2，可得出结果两个网络。此时已然实现了将一个大网络切割为小网络的目的。此过程被称为划分子网。
4.划分子网的目的
将一个大网切割成若干小网。
5.划分子网的实现方式
网络ID位向主机ID位借N位，划分成2^N个小网。
例子：
例1.10.0 0000000.0.0
10.1 1111111.255.254
当10.0.0.0/8 分成两个小网：10.0.0.0/9,10.128.0.0/9，试问新的小网络IP范围是多少？
分析：
将大网络切割成小网络，即使主机ID位数(共24位)减少，网络ID增加。但由于其前身为大网络，是切割而非替换，故而小网络仍然存在于大网络当中。即“10”此数字本身不能够改变。
10.00 0000000.0.0 10.0.0.0/10 （前8位为网络ID，后24位为主机ID，使网络ID增加，即向主机ID借位，网络ID增加，主机ID自然减少。）
10.01 10.64.0.0/10
10.10 10.128.0.0/10
10.11 10.192.0.0/10
ID位置发生变化，形成了以上四个全新子网，即完成了由大网络向小网络的转换。
10.0 0000000.0.1
10.0.0.0/9 （将来的新网络10.0，其网络ID为10.0）
10.0的十进制网络ID：
10.0.0.0/9
10.1 1111111.0.1 min:10.0.0.1 （将来的新网络10.1，其网络ID为10.1）
10.1的十进制网络ID：
10.1.128.0.0/9
（128的来历：）
10.1 111111.255.254
10.1 0000000.0.0/9（原本有可能为0或1，1即第二个网络，0为第二个网络，其余的均为主机ID）
10.0 1111111.255.254 max:10.127.255.254
10.1 1111111.255.254
10.1不能动其min ip=10.1 000000.0./9
十进制：10.128.0.1
10.1 0000000.0.0/9
10.1不能动其max ip=10.1 1111111.255.254
十进制：10.255.255.254
划分成新的小网络之后，存在一些潜在的问题。
10.127.255.254是上一个网络的最大IP，其数字之后也应存在一个IP，即127.255.255。按照原则，主机ID位不能全为0或全为1，如10.0 1111111.255.254，应被舍弃。但在原来的大网络中，即还未被划分为小网之前，它是可以被使用的。只需要前8位10，后24位不全为0或全为1。但划分子网后，曾经的地址已不能再使用。同理，10.128.0.0是10.128.0.1的前一位地址，由于不能全为0，在当前网络不可使用，但在原本网络中是合理的。故，一旦进行了子网的划分，将会付出部分代价，例如个别地址的无法使用。新地址为10.255.255
例2.
10.1 1111111.255.254
10.1 0000000.0.0/9
10.1.0000000.0.1 min:10.128.0.1 10.128.0.0
10.1.1111111.255.254 max:10.255.255.254
划分了子网出现个别地址：即两个子网的边界位置不能使用的情况。
四个子网的划分：
向可变的主机ID借得两位，形成四种组合，可划分为四个子网。则四个子网的CIDR表示法为：
10.00 000000.0.0 10.0.0.0/10
10.01 10.64.0.0/10
10.10 10.128.0.0/10
10.11 10.0192.0.0/10
例3.
在大公司中国移动中，将10.0.0.0/8划分成32个子网给32个省公司使用，求：
1.新的子网netmask:
子网掩码：13个1，255为8个1，缺乏的5个1，总共为13个1与3个0相凑
根据公式:划分子网数=网络ID向主机ID位借N位，划分成2^N个小网（N即借得位数）可得
255.248.0.0
32=2^ N 32借N位
N=5
2.新子网网数位数: 原本的存在8位ID+借来的5位ID=13
255.248.0.0
(2)新的子网: min netid, max netid
10.00000 000.0.0 10.0.0.0/13 min netid
10.11111 000.0.0 10.248.0.0/13 max netid
(3)新的子网存放最多的主机数是多少?
公式：一个网络的主机数量=2^主机ID位数2=2^ (32-网络ID位数) -2
网络ID13位，则主机ID数=总ID数-网络ID数
主机ID=32-13=19
2^ 19-2=52万
一个广播域中放置52万台主机仍然过于庞大，在进行省内小网络划分后，省公司仍然会进行进一步的划分，将省公司划分为市公司。
(4) max netid IP:min ip , max ip ?
向网络ID借得5位。欲求得最小网络ID，其中10.11111不能改变，仅能改变后五位数字，且不可全为0，即使末尾数字进一位，求得10.11111 000.0.1
10. 11111 000.0.1 十进制格式：minip:10.248.0.1
10. 11111 111.255.254
网络ID中10.11111已经固定不能改变。结合ID不能全为1或全为0的特点即可得：十进制格式=maxip:10.255. 255. 254
例4.
河南省分公司的移动网络为10.248.0.0/13， 划分17个子网给17个地市使用，求：
1)新的子网netmask:255.255.11000000.0 255.255.192.0
子网位数:
借位以达到17位
I>=17,N=5（13位基础上借得5位即18位）
分出后多余的网络可暂滞
2)新的子网: min netid, max netid
10.11111 000. 00 000000.0 10.248.0.0/18 （000表示第一个小网络，1表示第二个小网络......）
10.11111 100.00 000000.0 10.252.0.0/18 （表示第十七个，事实上的最大网络）
10.11111 111. 11 000000.0 10.255.192.0/18（理论最大值，在实际过程中并没有使用到。）
3)新的子网存放最多的主机数是多少?
主机ID位=32-18=14
存放主机数=2^14-2=16000
4)max netid IP:min ip , max ip ?
最大网络IP=第十七个网络=实际网络最大IP，即：
10.252.0.0/18 前五位不能动，已经作为了网络ID
10. 11111 100.00 000000.1 十进制min ip:10.252.0.1
10. 11111 100.00 111111. 11111110 十进制max ip:10.252. 63.254
例5.
如果按照A，B，C划分方式，则总共有多少个网段?
公式：网络(网段)数量=2^可变网络ID位数
A类网络:
0xxxxxxx.X.X.X
A类地址规定，前8位为网络ID，最高位0不可变，含有特殊含义即未知地址，可变位数仅剩7位。即网络数为2^7=128，由于全为0的地址具有特殊含义，且127表示本地规划地址不可使用，排除两个网络后，故应在1-126之间选择。
B类网络:
B类地址规定，1以0开头，前16位为网络ID，最高位0不可变，可变位数剩为2^14
10xxxxxx. xxxxxxxx.X.X
2 14=16*1024=16384
C类网络:
C类地址规定，以110开头，前24位为网络ID，前三位固定不可变，可变位数剩为21位，即2^21=2097152
总数为：
[root@centos7 ~]#echo 2^2|bc
2097152
[root@centos7 ~]#echo 2^14|bc
16384
[root@centos7 ~] #echo 16384+2097152+126|bc
2113662
故而互联网若以ABC分类方式划分，则共有2113662个网段。
6.子网划分的实际运用
经过实际计算了解其网络架构，在实际运用中构建网络地址、网络拓扑，在构建数个网络的过程中通过计算进行详细规划网络机器的IP地址、子网掩码等。
7.合并网络ID的要求
10.0.0.0/8 十进制形式：00001010
172.20.0.0/16 十进制形式：1010
假设上述两个网络欲进行合并，其实际并不能做到。合成一个网路，其网络ID应该相同，但两个网络并无任何的相同点，无法放置于一个网络之中，故而无法合并。
