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。

3.划分子网的目的

将一个大网切割成若干小网。

4.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

10.10000000.0.0/9（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

10.11111000. 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。

3.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。

4.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。

 

 

二、网络IP地址规划

1.合并超网

定义

在特定情况下，需要将多个小网合并成一个大网，主机ID位向网络ID位借位。即主机ID位变多，网络ID位变少。

网络中含有多个网段，即需要在路由器中添加对应的每个网段的相应地址路径。

假设路由器一侧具有8个网络，即此路由器在后续其他路由器上含有到达此8个网络的对应路径，表现为8条路由记录。每个路由器含有的路由表必须体现出8个网络的路由记录，即路径的走势。在相关联的每个路由器的内存中，都将占用8条路由记录的内存空间，否则无法知道如何走向对应8条路经的方法

以网购为例，每人在网购中留存的地址即到达每个人的路径。假设教室中存在100个人，此100人都位于同一地址中，若分别填写不同的网络地址实际上造成了部分麻烦，而若此100人均留存相同的一个地址，则实现了占用空间的节省。

由于一对一分配方式过于浪费空间，故需将数个小网络合并为1个大网络，对应到路由器中只需要占用1个位置即能实现原本8个位置才能实现的工作。查询速度得到提升，进而提高了整个网络的通讯速度。

需注意，需要合并的网络拥有共同点才有合并的可能。

2.划分超网的实现

根据主机ID位变多，网络ID位变少的原则，实行主机ID位向网络ID位借位，以实现合并大网的运用

假设当前存在两个网络

10.0.0.0/8

172.20.0.0/16

若要将两网络进行合并，两者将来会位于同一网络之中，则需要拥有相同的网络ID。

172.20.0.0/16对应的十进制为：1010

10.0.0.0/8对应的十进制为：000010

故两者并没有合并的可能性。

如图具有8个小网络。每个小网络都属于C类地址，意味着前24位是其原来的网络ID。欲进行8个网络的合并，应取共同点

220.78.10101 000.0

220.78.10101 001.0      （借3位）

划分超网：主机ID位向网络ID位借位，使得最终网络ID相同，即进行三位的借位

220. 78. 10101 111.0

新网络ID：220. 78. 10101 000. 0

实际十进制形式：220. 78. 168.0/21

 

192.168.000000 01.0/24

192.168.000000 10.0/24

进行共同点的查找。

192.168.000000 11d.0/24

192.168.000000 00.0/24

 

192. 168.0.0/22

合并成新网后，网络中包含了本身需要合并的、以及额外的网络，带来了多余的不相关的网络。故有合并需求时，需要考虑所有的组合可能性，以免为将来实际运用带来不必要的麻烦。

2.实例

172. 16. 14. 1000 01 00

172. 16. 14. 1000 10 00

172. 16.14. 1000 11 00

进行上述三个网络的合并超网

取共同之处：172. 16. 14. 128/28l

 

三、可变长度子网掩码

如图存在三个路由器。其中172.16.0.0/16为一个大网络，其被切割成了两个小网络：172.16.1.0/24，172.16.2.0/24。再往下分被分为了三个小网络：172.16.14.32/27，172.16.14.64/27，172.16.14.96/27。由于两个路由器相连中间并无其他主机，故而使用30足以满足路由器本身的要求。在其中，各种子网掩码只需要依据实际请综合使用即可。

其中，若想求出172.16.14.132/30、172.16.14.136/30、172.16.14.140/30三个网络的合并超网，由于各个30的小网由于都存在共同点，则三个网络合成的网络的详细步骤为：

172.16.14.1000 01 00

172.16.14.1000 10 00

172.16.14.1000 11 00

 

172.16.14.128/28

 

 

四、IP地址的分类

互联网上采用的地址，总共可分为两大类。即：公共IP地址和私有IP地址。

1.公共IP地址和私有IP地址的区分

互联网对应的路由器上是否有对应的路由记录，有为公共IP地址，无则对应有IP地址

2.私有IP地址

私有IP地址分为A、B、C三类

到达这种类别的互联网没有路由，即没有路径，在互联网中不被分配独一无二的地址。局域网时使用，在互联网中无法直接访问。与互联网连接时，必须进行地址转换。一般适用于局域网等安全需求较高的场合，如学校微机室。

A类地址CIDR表示法：

10.0.0.0/8

 

172.17.0.0/16

172.17.0.0/16

......

172.31.0.0/16

A类即如上众多小网络的组合。

运用此16个网络IP地址实现合并超网：

二进制改写：

172.0001 0000.0.0/16

172.0001 0001.0.0/16

172.0001 1111.0.0/16

 

前四位相同，则合并的大网络地址为:172.16.0.0/12

 

3.公共IP地址

即公有地址。此类地址是拥有路由的、世界唯一的。其在全球范围的互联网之中会被分配独一无二的地址，可以通过互联网访问。但同时，由于公共IP地址具有能被任何人访问的特性，使其拥有了被攻击的风险，故安全性不如私有IP地址。

4.公有地址的局限性：

1.成本高

2.安全性较低

5.实例

（1）公有地址1.1.1.1

[root@centos7 ~]#ping 1.1.1.1

PING 1.1.1.1（1.1.1.1）56(84) bytes of data.

64bytes from 1.1.1.1 : icmp_seq=2 tt1=51 time=261 ms

64 bytes from 1.1.1.1 : icmp_seq=3 tt1=51 time=33 ms

64 bytes from 1.1.1.1 : icmp_seq=5 tt1=51 time=238 ms  //经过了64-51=13个路由器

^C  

--- 1.1.1.1 ping statistics ---

5 packets transmitted, 3 received, 40% packet loss, time 4004ms

rtt min/avg/max/mdev = 238.278/279.432/338.733/42.973ms

（2）谷歌美国地址8.8.8.8

[root@centos7 ~]#ping 8.8.8.8

PING 8.8.8.8（8.8.8.8）56(84) bytes of data.

64 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=1 tt1=41 time=141 ms

64 bytes from 8.8.8.8 : icmp_seq=2 tt1=41 time=168 ms  //经过了64-41=23个路由器

^C

--- 8.8.8.8 ping statistics ---

2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1001ms

rtt min/avg/max/mdev = 141.966/155.218/168.470/13.252ms

（3）中国南京地址114.114.114.114

[root@centos7 ~]#ping 114.114.114.114

PING 114.114.114.114（114.114.114.114）56(84) bytes of data.

64 bytes from 114.114.114.114: icmp_seq=1 tt1=88 time=148 ms

64 bytes from 114.114.114.114: icmp_seq=5 tt1=91 time=62.0 ms

64 bytes from 114.114.114.114: icmp_seq=6 tt1=92 time=117 ms

^C  

由于其地址在不断变化，说明主机经过的路由器每次都不是统一的。即体现了到达远程主机经过的路径也可是不同的。

 

 

五、特殊地址

（1）0.0.0.0

未知地址，一个特殊地址。在抓包时主机重启时，其会向网络中发送ARP广播询问自身的IP地址是否有人在使用。发包时使用的地址无效，即0.0.0.0，为确保网络中的地址无人使用。不是一个真正意义上的IP地址。它表示一个集合:所有不清楚的主机和目的网络。

[root@centos7 ~]#route -nKernel IP routing tableDestinati on

Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface

0.0.0.0   172.20.0.1  0.0.0.0  UG 100  0  0 ens37  

172.20.0.0 255.255.0.0.1 255.255.0.0 U 100 0 0 ens37

192.168.30.0 0.0.0.0  255.255.255.0 U  100  0 0 ens33

192.168.122.00.0.0.0 255.255.255.0 0 0 U   0   0  virbrO

（2）255.255.255.255

限制广播地址。对本机来说，这个地址指本网段内(同一广播域)的所有主机.IP

（3）127.0.0.1 ~ 127.255.255.254

本机回环地址，主要用于测试。在传输介质上永远不应该出现目的地址为“127.0.0.1" 的数据包。系统默认将127保存给予本地使用。当访问时，仅会访问本身的127地址。127开头的地址进行ping命令都可以ping通，都是属于回环地址使用的。

加地址命令：ip addr add 1.1.1.1/8 dev lo对回环地址进行地址的添加，进行随便一个ping命令能够ping通。确保前两位数字的相同即可确保回环网卡的ping命令正确

（4）224.0.0.0到239.255.255.255

组播地址，224.0.0.1特指所有主机，224.0.0.2特指所有路由器。

（5）224.0.0.5指OSPF 路由器，地址多用于一些特定的程序以及多媒体程序

（6）169.254.x.x.

如果Windows主机使用了DHCP自动分配IP地址，而又无法从DHCP服务器获取地址，系统会为主机分配这样地址。