子網劃分探討

程壽綿

摘要：子網劃分是計算機網絡專業課程中的一個難點。文章從子網劃分的應用場合，子網劃分的考點等方面說明子網劃分的重要性，引起學習者重視，然后從子網掩碼的作用，子網劃分計算及計算技巧等方面講解分析子網劃分的問題，希望對實際工程中子網劃分的應用技巧能有一定的指導作用。

關鍵詞：子網劃分；子網掩碼；IP地址

在教學過程中，關于子網劃分的技能學生往往會覺得是難點，在實際工作中，關于子網劃分應用廣泛。于是，在網上百度子網劃分的信息，發現有老師分享了如何快速教學生做子網劃分題目的方法，筆者覺得這些方法（比如觀察法）很好。但是，忽視了一個很重要的問題，就是子網劃分的應用，希望學生學習了這個知識點不僅是會做題目，還要能學以致用。下面，筆者和大家一起討論子網劃分的問題，希望能夠共同進步。

1.為什么要劃分子網

參看諸如《計算機網絡》和《交換路由技術》等教材，歸納起來，劃分子網的目的主要有：（1）節約IPv4的IP地址。IPv4把IP地址劃分為A，B，C，D，E，5類，主要使用其中的A，B，C，3類。這3類IP地址有限，不能滿足需求，但同時，一家公司不需要一個網絡（如c類網絡）內的所有IP，而造成IP浪費。子網劃分可以按需分配IP，減少浪費，節約IP地址。（2）提高網絡安全。網絡內信息以廣播式發送，子網劃分將原來一個廣播域劃分成若干個較小的廣播域，提高了網絡安全性。（3）提高網絡傳輸的效率。在以太網中，網絡內有大量的廣播信息存在，子網劃分將原來一個廣播域劃分成若干個較小的廣播域，減少廣播信息量及縮小廣播的范圍，提高了網絡傳輸的效率。

1.1劃分子網在局域網內的使用

教師講解子網劃分知識點的前后，講了私有IP地址、特殊IP地址、VLAN和NAT技術等知識點。有的學生就會想，私有IP地址就可以緩解IP地址不足的問題，再運用NAT技術，對于局域網來說，在內網使用私有IP地址，有一個公網IP地址就可以了，子網劃分用不上。確實如此，如對于一個需要2萬個IP地址的校園網來說，采用c類私有IP地址就可以了。c類私有IP地址：192.168.0.0-192.168.255.255，有255+c類網絡，每個網絡有254個IP地址可用，共有255×254個IP可用。絕大多數學校的機房和實訓室都是使用私有IP地址，沒有必要在局域網內使用子網劃分。當然，想進行子網劃分也是可以的。

1.2劃分子網在城域網、廣域網中的使用

在城域網、廣域網中使用公網IP地址，目前大量使用Ipv4～IP地址。因為IP地址不足的同時又存在IP地址浪費，就需要子網劃分，充分利用已有的IP地址，緩解IP地址不足的問題。在路由器上配置靜態路由，動態路由（RIP和OSPF等）時要使用子網掩碼或者反子網掩碼，路由器依據子網掩碼或者反子網掩碼確定網段，在網段間進行路由選擇，傳送數據包。理解了子網掩碼的作用，進一步讓學生體會到子網掩碼的作用及子網劃分的重要性。

下面給出一個子網劃分的示例。學校校園網出口設備Routerl連接到中國電信的網絡設備Router2上，網絡拓撲結構圖如圖1所示。

網絡設備Routerl的S2/0接口與網絡設備Router2的s2/0接口連接。這兩個接口屬于同一個網段，這個網段僅有這兩個接口。為了節約IP地址，進行子網劃分，盡可能少地浪費IP地址。可以這樣規劃IP地址：S2/0接口IP：193.168.100.1/30（即子網掩碼是255.255.255.252），S2接口IP：193.168.100.2/30。這個網段必須使用公網IP地址，如果不進行子網劃分，那就意味著這兩個接口使用兩個IP地址（每個接口一個IP地址）需要占用一個網段，會浪費很多個IP地址。進行子網劃分，可以盡可能地避免這種浪費。按照上面的IP規劃，把c類的IP網絡劃分成多個子網，這個子網的主機地址是32-30=2位，于是子網內可用IP地址數為22-2=2個。2個IP地址剛好分給這兩個接口，做到了盡可能地節約IP地址。

1.3子網劃分在考試中的占分比

子網劃分是計算機網絡課程中的一個重點難點，通過以上分析，讓學生明白了其應用場合和重要性，使壓力變為動力，能認真去學習，思考這個知識點。在全國計算機等級考試四級網絡工程師考試中，子網劃分的題目占分比在15%左右，在國家軟件水平考試的網絡工程師考試中，子網劃分的題目占到10%左右。進一步說明子網劃分在城域網、廣域網網絡中的重要性，要成為一名深資的網絡工程師，子網劃分是要掌握的關鍵點之一。

2.如何學習子網劃分

2.1理解子網掩碼

2.1.1理解子網掩碼的作用

如果是A，B，C，D，E類IP地址，沒有進行劃分子網，那么從IP中就可以確定IP地址的類型及網絡號和主機號。劃分子網是從IP地址的主機地址中劃分一位或者多位到網絡地址中，改變了網絡地址的長度和主機地址的長度，無法直接從IP地址中確定網絡地址和主機地址的長度，也就無法確定IP地址的網絡號和主機號。劃分子網后，從IP中只能確定IP地址的類型，不能確定IP的網絡號和主機號。劃分子網后，通過使用掩碼，把子網隱藏起來，使得從外部看網絡沒有變化，這就是子網掩碼，于是需要使用子網掩碼來確定對應IP中網絡地址和主機地址的長度。子網掩碼的作用就是來確定它對應IP的網絡地址和主機地址位數。子網掩碼的特點是轉換成二進制后，“1”是連續的，“0”也是連續的，“1”中沒有“0”，“0”中沒有“1”；“1”表示與它相應的IP（二進制時）的對應位是屬于網絡地址，“0”表示與它相應的IP（二進制時）的對應位是屬于主機地址。就清楚了子網劃分前要搞清楚子網掩碼的重要性及作用。

2.1.2理解子網掩碼與IP地址配對使用

通過上面的分析知道：沒有子網劃分時，根據IP地址的類型就能確定IP地址中的網絡地址和主機地址長度；子網劃分后，需要通過子網掩碼來確定對應IP地址的網絡地址和主機地址的長度。什么時候劃分了子網，什么時候沒有劃分子網，無法表示。于是統一規定：一個IP地址配對一個子網掩碼，由子網掩碼來確定對應IP地址中網絡地址長度，也就確定了網絡號。路由器根據子網掩碼計算出網絡號，確定網段，進行路由選擇。這就是子網掩碼和IP地址配對使用的原因。endprint

2.2子網劃分講解

對于初學者來說，給他講子網劃分的計算技巧，只能是讓他得到正確計算結果，并不知道為什么要這么算，在網絡規劃時就不會IP規劃了。所以，先得講清楚子網劃分的過程和步驟。這里看到的IP地址是采用點分十進制表示的，實際在計算機和網絡設備中是二進制形式的。于是，學習者計算的時候要把十進制的IP地址轉化為二進制，再進行計算。路由器依據子網掩碼正確判斷任意IP地址是否是本網段的，從而正確地進行路由。進行子網劃分計算，就是讓學習者模仿路由器等網絡設備進行計算網絡號和主機號過程來計算一次，從而加深對子網劃分的理解和應用。子網劃分過程見教材《網絡設備互連學習指南》（科學出版社出版，高俠、陳智罡、袁宗福編著，ISBN：9787030241672）第146頁至149頁。同時在網絡上，百度百科中也有子網劃分的詳細計算過程。

上面教材和網絡中的子網劃分計算過程，歸納起來有4步：（1）通過子網掩碼確定對應IP的網絡地址和主機地址位數；（2）把IP地址點分十進制轉換成點分二進制；（3）計算出網絡號和主機號；（4）寫出子網號和子網內第一個可用IP，并把它轉化成點分十進制形式。理解了子網劃分，再按照這4個步驟進行子網劃分就容易多了。

2.3子網劃分計算技巧

計算技巧是對于熟悉了子網劃分計算過程的學習者來說的。針對上面計算過程的4個步驟，筆者發現從第2步到第4步過程中，先把IP地址點分十進制數據轉換成二進制，然后又轉換成十進制數據，這個過程是可以簡算的。發現IP地址的4個字節中，如果某個字節是網絡地址或者是主機地址的話，由十進制轉換成二進制，又轉換成十進制，這個計算過程是不必要的；某個IP字節包含網絡地址和主機地址，這個字節就要計算，需要把十進制轉換成二進制，找出其網絡地址和主機地址，進行計算。這個過程對二進制計算熟悉就比較容易計算，如果熟悉20=1，21=2，22=4，23=8，24=16，25=32，26=64，27=128，28=256，就可以口算了。因為IP地址的每個字節是8位二進制數，最大是二進制的“11111111”，即28-1=255，任何一個小于等于255的十進制的數轉換成二進制是上面這些2的N次方數的一個或者幾個之和。例如：IP地址是150.151.152.153，子網掩碼是255.255.224.0。先分析子網掩碼：255轉換成二進制是11111111，224轉換成二進制是11100000。于是就知道IP地址的第1、第2個字節是網絡地址，第4個字節是主機地址，第3個字節既包含網絡地址又包含主機地址，只要計算第3個字節就可以了，第3個字節是152，轉換成二進制是10011000，得到前3位“100”屬于網絡地址，“100”也是子網號，后五位“11000”屬于主機地址。于是得到網絡地址是150.151.128.0/19。

3.結語

對于子網劃分這個知識點，筆者覺得最重要的是理解其意義及應用。它的計算過程要從計算的4個步驟開始學習，不要一開始就求計算技巧。希望學習者是能學以致用，不是會算不會用。endprint