對于所有從事IP網(wǎng)絡(luò)方面工作的工程師來說，進行IP子網(wǎng)劃分操作屬于一個必備的關(guān)鍵技能，也屬于必須掌握的專業(yè)內(nèi)容；但對于初學者來說，真正理解IP子網(wǎng)劃分的概念也是一件相當困難的事情。
IP地址和子網(wǎng)
IP是英文Internet Protocol的縮寫，意思是“網(wǎng)絡(luò)之間互連的協(xié)議”，也就是為計算機網(wǎng)絡(luò)相互連接進行通信而設(shè)計的協(xié)議，適用范圍包括了從最小的私人網(wǎng)絡(luò)到最大的全球互聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)所有類型的計算機網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中，每一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都擁有單獨的IP地址作為標識符。IP地址由從0到42億9496萬7295范圍內(nèi)的32位數(shù)字組成。因此，理論上說，這就意味互聯(lián)網(wǎng)最多可以包含大約43億個單獨系統(tǒng)。但是，這么大的規(guī)模對于網(wǎng)絡(luò)管理來說，是非常的不方便，因此，它被分為四個部分，每個部分都是由一個8位字節(jié)組成，中間用“.”號給予分割。由于二進制數(shù)字太長閱讀起來不是很方便，所以它被轉(zhuǎn)換為0到256之間的十進制數(shù)字。下面顯示的數(shù)字就是IP地址的實際形式。
0.0.0.0
0.0.0.1
...依次增加252臺主機...
0.0.0.254
0.0.0.255
0.0.1.0
0.0.1.1
依次增加252臺主機...
0.0.1.254
0.0.1.255
0.0.2.0
0.0.2.1
...依次增加大約40億臺主機...
255.255.255.255
子網(wǎng)，顧名思義，指的是次級網(wǎng)絡(luò)，也就是位于一張大型網(wǎng)絡(luò)中的小網(wǎng)絡(luò)。最小的沒有包含更多分支的子網(wǎng)被認為是一個單獨的“廣播域”，通過一臺以太網(wǎng)交換機建立起一張局域網(wǎng)(LAN)。對于網(wǎng)絡(luò)來說，廣播域服務(wù)是一項非常的重要功能，因為它可以實現(xiàn)讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過介質(zhì)訪問控制地址直接進行連接，而不必經(jīng)多張子網(wǎng)，甚至整個互聯(lián)網(wǎng)。通過介質(zhì)訪問控制地址進行連接的通訊方式僅僅限制在一個較小的網(wǎng)絡(luò)中，因為它們依靠地址解析協(xié)議廣播找到自己的辦法，會帶來廣播噪音，當廣播噪音大到淹沒了正常廣播信息的時間，通訊就無法進行了。處于這種原因，通常情況下常見的子網(wǎng)是8位的，或者說正好一個字節(jié)，但稍微大一些或者小一些也是被容許的。
子網(wǎng)需要有開始和結(jié)束的數(shù)字，通常情況下開始的數(shù)字一定是特殊的，在很多情況下，結(jié)束的數(shù)字也是特殊的。開始的數(shù)字被叫做“網(wǎng)絡(luò)身份標識碼”，結(jié)束的數(shù)字則被稱為“廣播身份標識碼”。由于它們屬于用于特殊用途的特殊數(shù)字，所以你不能使用這些數(shù)字。對于一張?zhí)囟ǖ淖泳W(wǎng)來說，網(wǎng)絡(luò)身份標識碼是正式的身份標志，而結(jié)束數(shù)字是網(wǎng)絡(luò)中的每臺設(shè)備接聽廣播信息的廣播地址。在你介紹子網(wǎng)的時間，必須提到網(wǎng)絡(luò)身份標識碼和子網(wǎng)掩碼，只有這樣，才能確定網(wǎng)絡(luò)的實際大小。如果你想將數(shù)據(jù)發(fā)送到子網(wǎng)內(nèi)的所有設(shè)備上(舉例來說群體廣播)，把它發(fā)送到廣播地址就可以了。在本文后面的部分，將告訴你圖形數(shù)學方面的一個簡單辦法來輕松地確定子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)和廣播身份標識碼。
這么多年來，我看到的是人們?yōu)檎莆誌P子網(wǎng)劃分的技術(shù)絞盡腦汁，因此，我非常希望能夠找到一種更好的方法來解決這個問題。很快，我就意識到了，問題的關(guān)鍵在于IT領(lǐng)域的很多初學者缺乏數(shù)學方面的基礎(chǔ)，對于二進制數(shù)字概念的理解存在困難。為了減輕這種能力上的差距給學習帶來的困難，我找到了一種比較有效的解決方法：圖形展示法，可以更明確地說明子網(wǎng)的本質(zhì)，具體內(nèi)容你可以查看圖A。在這個例子中，PG电子网址是位于從10.0.0.0到10.0.32.0的IP地址范圍中。需要注意的是，最后的IP地址10.0.32.0是下一個子網(wǎng)的開始數(shù)字，實際上這個子網(wǎng)是在10.0.31.255就已經(jīng)結(jié)束。
通常情況下，數(shù)字每增加一位，就意味著子網(wǎng)規(guī)模翻了一番，容納主機的數(shù)量也隨之增長。最小的分類包含了8位數(shù)字，也就是說，子網(wǎng)內(nèi)可以包含256臺主機，由于第一個和最后一個網(wǎng)絡(luò)地址無法使用，可以網(wǎng)絡(luò)中最多只能有254臺主機。確定子網(wǎng)中可以容納可用主機最大數(shù)量的最簡單的辦法就是用2的子網(wǎng)實際位次方減去2。對于9位來說，就是2的9次方減去2(PG电子网址不能使用的開始和結(jié)束的數(shù)字)，即512減去2，可用主機最大數(shù)量是510臺。而對于13位的網(wǎng)絡(luò)來說，PG电子网址能夠獲得的可用主機最大數(shù)量就是如上圖所示的結(jié)果高達8190臺
怎樣才能正確地進行子網(wǎng)劃分操作
子網(wǎng)可以進一步劃分為較小甚至更小的子網(wǎng)。劃分網(wǎng)絡(luò)時，最應(yīng)該注意也是最重要的一點就是不能任意的選擇開始和結(jié)束的數(shù)字。劃分的過程必須基于二進制的概念。學習劃分的最好途徑就是根據(jù)我提供的子網(wǎng)學習法找出有效的子網(wǎng)。
和其它方法一樣，采用子網(wǎng)學習法時，PG电子网址要做的也是找到中間點，并將它平均分為兩個部分。接下來，在標注完標記后，PG电子网址在各個部分中繼續(xù)進行平均分配的操作。在上面提供的例子中，PG电子网址進行了五次的平均分配操作。如果你仔細觀察有效(綠色)的子網(wǎng)模塊，就會發(fā)現(xiàn)，所有的子網(wǎng)開始標志都是不低于結(jié)束標志的。這個是由于數(shù)學方面的原因造成的，PG电子网址會在文章的后面給予說明，但通過圖形明確顯示出來的結(jié)果比其講述數(shù)學原理更有助于學習者的理解。
子網(wǎng)掩碼的作用
在確定子網(wǎng)規(guī)模的時間，子網(wǎng)掩碼起著關(guān)鍵的作用。仔細看圖C。特別要注意圖中紅色的數(shù)字。當你劃分子網(wǎng)的時間，這八個特殊數(shù)字是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，它們是255、254、252、248、240、224、192和128。在IP網(wǎng)絡(luò)建立時，你會頻繁的看到這些數(shù)字，牢記它們將會讓你的工作更加輕松。
在圖中，我給出了三種不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。通常情況下，PG电子网址經(jīng)常看到的是前兩種，主機位長度在0到16的范圍。在數(shù)字用戶線路和北美24路脈碼調(diào)制也就是T1線路中，經(jīng)常使用的是0到8位的范圍。而在專用網(wǎng)絡(luò)中通常使用的是8到24位的范圍。
需要注意的是，在二進制中所有的0是從右向左的。二進制形式的子網(wǎng)掩碼將所有的一放在左側(cè)，而右側(cè)則是所有的0。0的數(shù)量和子網(wǎng)的長度是一致的。從我給出的例子中，可以到看這個非常有趣的規(guī)律，因為位于右側(cè)的所有8位字節(jié)都包含了0，而在左側(cè)的所有8位字節(jié)都是由一組成。因此，PG电子网址看一下一個子網(wǎng)長度是十一位的子網(wǎng)掩碼的話，它的二進制子網(wǎng)掩碼完全形式就是11111111.11111111.11111000.00000000。你可以看到，在整個子網(wǎng)掩碼中，是在第3個8位字節(jié)，子網(wǎng)掩碼從1轉(zhuǎn)換到0。這個子網(wǎng)掩碼轉(zhuǎn)換出來的結(jié)果就是255.255.248.0。
子網(wǎng)掩碼為什么被叫做“掩碼”
子網(wǎng)掩碼不僅可以用來確定子網(wǎng)的規(guī)模，而且也可以用來判斷子網(wǎng)的結(jié)束位置，只要你有網(wǎng)絡(luò)中的任意IP地址就可以實現(xiàn)這樣的查詢。為什么子網(wǎng)掩碼被稱做“掩碼”呢?因為它實際上忽略了主機位而只是提供了網(wǎng)絡(luò)身份標識碼作為子網(wǎng)的開始。重要的是你知道了子網(wǎng)的開始和規(guī)模，就可以找到結(jié)束的位置，也就是廣播身份標識碼。
只要找到任意的網(wǎng)絡(luò)IP地址和子網(wǎng)掩碼，就可以利用AND操作獲得網(wǎng)絡(luò)身份標識碼。舉例來說，網(wǎng)絡(luò)IP地址10.20.237.15和子網(wǎng)掩碼255.255.248.0是怎樣被用來確定網(wǎng)絡(luò)身份標識碼的。在這里需要注意的是，它們通常會被簡寫為10.20.237.15/21，21指的是子網(wǎng)掩碼的長度。
當子網(wǎng)掩碼中有11個0的時間，就意味著子網(wǎng)的規(guī)模是11位長。這也就說明，有2的11次方，或者說2048臺主機可以出現(xiàn)在這個網(wǎng)絡(luò)中，這個子網(wǎng)最后的IP地址是10.20.239.255。在第三個8位字節(jié)可以看到3個0，這就意味著在IP地址的第3位出現(xiàn)了差異，也就是2的3次方，或者說8的差別。因此，下一個子網(wǎng)的開始是10.20.232+8.0，也就是10.20.240.0。PG电子网址在這個地址上降低1，就獲得了10.20.239.255，亦即本子網(wǎng)的結(jié)束位置。
因為IP子網(wǎng)可以任意分類，所以互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)建者選擇讓網(wǎng)絡(luò)包含了多個不同的類別。需要注意的時是，對于子網(wǎng)掩碼計算來說，這并不是重要的事情;它僅僅和互聯(lián)網(wǎng)是怎樣“規(guī)劃”的有關(guān)?；ヂ?lián)網(wǎng)可以分為A、B、C、D和E五個不同的類別。A類使用了所有互聯(lián)網(wǎng)地址的一半，B類則使用了剩余部分的一半，C類使用的是剩余部分的一半的一半，至于D類(群體廣播)則在此基礎(chǔ)上又使用了剩下的一半，剩下的所有部分就是屬于E類使用的了。有學生告訴我，他們曾經(jīng)花費整星期的時間去記憶這個分類，直到看到如圖H所示的簡單表格才真正掌握了。但實際上你根本沒有必要記住什么，只要知道使用可用的一半就可以了。
需要記住的關(guān)鍵一點是，所有的子網(wǎng)都是以雙數(shù)開始以單數(shù)結(jié)束的。請注意，0.0.0.0/8(0.0.0.0到0.255.255.255)是禁止使用的保留地址，127.0.0.0/8 (127.0.0.0到127.255.255.255)是作為默認的回送地址使用。
所有A類網(wǎng)絡(luò)地址的第一個8位字節(jié)都在1到126的范圍中，因為0和127屬于保留數(shù)字。A類子網(wǎng)的長度為24位，也就是說子網(wǎng)掩碼只有8位長。舉例來說，通用電氣公司擁有3.0.0.0/8段的網(wǎng)絡(luò)地址，這是非常幸運的事情，意味著在主機數(shù)量到達一千六百八十萬臺前，它都不必分割自己的網(wǎng)絡(luò)。美國陸軍擁有6.0.0.0/8段的網(wǎng)絡(luò)地址。第三級通訊擁有8.0.0.0/8段的網(wǎng)絡(luò)地址。國際商業(yè)機器公司擁有9.0.0.0/8段的網(wǎng)絡(luò)地址。美國電話電報公司擁有12.0.0.0/8段的網(wǎng)絡(luò)地址。施樂公司擁有13.0.0.0/8段的網(wǎng)絡(luò)地址?；萜展緭碛?5.0.0.0/8段和16.0.0.0/8段的網(wǎng)絡(luò)地址。蘋果公司擁有17.0.0.0/8段的網(wǎng)絡(luò)地址。
所有B類網(wǎng)絡(luò)地址的第一個8位字節(jié)都在128到191的范圍中。B類子網(wǎng)的長度為16位，也就是說子網(wǎng)掩碼也有16位長。舉例來說，博爾特·貝拉尼克·紐曼通信公司擁有128.1.0.0/16段的網(wǎng)絡(luò)地址，可以提供從128.1.0.0到128.1.255.255的網(wǎng)絡(luò)地址?？▋?nèi)基梅隆大學擁有128.2.0.0/16段的網(wǎng)絡(luò)地址。
所有C類網(wǎng)絡(luò)地址的第一個8位字節(jié)都在192到223的范圍中。C類子網(wǎng)的長度為8位，也就是說子網(wǎng)掩碼有24位長。需要注意的是，美洲互聯(lián)網(wǎng)號碼注冊管理機構(gòu)ARIN(該組織負責分配互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)地址)只對個別公司以及確實需要1024個公共網(wǎng)絡(luò)地址的用戶出售四段C類網(wǎng)絡(luò)地址段。如果你需要運行邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議以便對多家互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商的服務(wù)進行冗余操作的話，就必須擁有屬于自己的網(wǎng)絡(luò)地址段。你還應(yīng)該了解到，現(xiàn)在已經(jīng)不是原始網(wǎng)絡(luò)時代了，那時間獲得包含1680萬臺主機的A類網(wǎng)絡(luò)地址是一件很輕松的事情。而現(xiàn)在你必須為/22的子網(wǎng)掩碼，或者說255.255.252.0，包含1024臺主機的網(wǎng)絡(luò)地址付年費。
在實際操作中，子網(wǎng)分類的概念是有可能給網(wǎng)絡(luò)帶來破壞的。我就見到過這樣的案例，由于人們忘記關(guān)閉舊式思科路由器上的設(shè)置，而大型廣域網(wǎng)配置為動態(tài)路由時，大型子網(wǎng)的線路受到新加入連接的攻擊，導致線路被劫持。發(fā)生這種情況的原因是思科路由器假定子網(wǎng)掩碼必須是/8、/16或者/24的全部，即使你設(shè)定的是介于兩者之間也是不可行的。不過，在所有新版本的思科網(wǎng)際操作系統(tǒng)中，都已經(jīng)取消了對子網(wǎng)掩碼參數(shù)的默認限制。這項操作是由默認的“IP Classless”命令完成的。
公共和專用的網(wǎng)絡(luò)IP地址
除了保留的網(wǎng)絡(luò)IP地址(0.0.0.0/8和127.0.0.0/8)外，還有其他的一些網(wǎng)絡(luò)地址不能在公共互聯(lián)網(wǎng)中使用。這些專用子網(wǎng)包括了專用網(wǎng)絡(luò)地址，通常是用來在防火墻內(nèi)部或路由器中執(zhí)行NAT(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)操作的。網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換操作對于專用網(wǎng)絡(luò)來說是必須的，因為專用網(wǎng)絡(luò)地址是不能直接連接到公共互聯(lián)網(wǎng)上的，所以必須首先轉(zhuǎn)換為公共網(wǎng)絡(luò)地址，才能連接到互聯(lián)網(wǎng)上。專用網(wǎng)絡(luò)地址不屬于任何人，因為所有人都可以使用它，也就意味著沒有人真正的擁有它;所以對于公共互聯(lián)網(wǎng)上的專用網(wǎng)絡(luò)地址來說，它沒有真正的實際位置。專用網(wǎng)絡(luò)地址通常在大多數(shù)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)環(huán)境中使用，除非你非常幸運，擁有A類或至少一段的B類地址，這種情況下，你才可能有足夠的網(wǎng)絡(luò)地址分配給所有的外部和內(nèi)部主機。
下面的網(wǎng)絡(luò)地址段就是分配給專用網(wǎng)絡(luò)地址使用的。
l 10.0.0.0/8 (10.0.0.0 到10.255.255.255)
l 172.16.0.0/12 (172.16.0.0到 172.31.255.255)
l 192.168.0.0/16 (192.168.0.0 到 192.168.255.255)
l 169.254.0.0/16 ((169.254.0.0到169.254.255.255)*
*這里需要注意的是169.254.0.0/16這個專用網(wǎng)絡(luò)地址段，它是在動態(tài)主機分配協(xié)議服務(wù)器不可用的時間，用于網(wǎng)絡(luò)地址隨機自助分配的。
在通常情況下，10.0.0.0/8是用于較大的網(wǎng)絡(luò)，因為在這個網(wǎng)絡(luò)地址段中包含了1680萬個網(wǎng)絡(luò)地址。你可以根據(jù)每個子網(wǎng)的地理位置將它劃分為不同的子網(wǎng)，接著再細分為更小的子網(wǎng)。規(guī)模較小的公司通常使用172.16.0.0/12的網(wǎng)絡(luò)地址段，在這個基礎(chǔ)上劃分為更小的子網(wǎng)，盡管如果愿意的話，它們也可以選擇使用10.0.0.0/8網(wǎng)絡(luò)地址段。家庭網(wǎng)絡(luò)通常使用192.168.0.0/16的子網(wǎng)，選擇/24的子網(wǎng)掩碼。
通過專用網(wǎng)絡(luò)地址和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換的使用，達到了允許一個單一公共網(wǎng)絡(luò)地址來代表成千上萬專用網(wǎng)絡(luò)地址的目的，因此，在可預見的未來中，IPv4還是保證可以正常運行的，它的使用時間獲得了有效的延長。按照目前的使用情況，IPv4在今后的17年中還可以提供足夠的網(wǎng)絡(luò)地址。
在下一個版本的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，也就是IPv6中，網(wǎng)絡(luò)地址的長度將增加為128位，這個也就意味著有它會比IPv4多出79千兆兆倍的網(wǎng)絡(luò)地址。即使為地球上的全部43億人口每人分配43億個網(wǎng)絡(luò)地址，你還可以剩下1800兆的網(wǎng)絡(luò)地址。
PG电子网址，是一家專業(yè)信息技術(shù)服務(wù)公司，主要從事企事業(yè)單位IT外包、計算機軟硬件產(chǎn)品代理銷售；智能化建設(shè)：消防工程、安防監(jiān)控、門禁考勤、網(wǎng)絡(luò)綜合布線、電話程控交換、入侵報警、視頻會議、公共廣播、智能停車等專業(yè)化的一站式服務(wù)商——【咨詢熱線：18818116008】。
