對(duì)于所有從事IP網(wǎng)絡(luò)方面工作的工程師來(lái)說(shuō)，進(jìn)行IP子網(wǎng)劃分操作屬于一個(gè)必備的關(guān)鍵技能，也屬于必須掌握的專業(yè)內(nèi)容；但對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，真正理解IP子網(wǎng)劃分的概念也是一件相當(dāng)困難的事情。

　　IP地址和子網(wǎng)

　　IP是英文Internet Protocol的縮寫(xiě)，意思是“網(wǎng)絡(luò)之間互連的協(xié)議”，也就是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接進(jìn)行通信而設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中，每一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都擁有單獨(dú)的IP地址作為標(biāo)識(shí)符。IP地址由從0到42億9496萬(wàn)7295范圍內(nèi)的32位數(shù)字組成。因此，理論上說(shuō)，這就意味互聯(lián)網(wǎng)最多可以包含大約43億個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)。但是，這么大的規(guī)模對(duì)于網(wǎng)絡(luò)管理來(lái)說(shuō)，是非常的不方便，因此，它被分為四個(gè)部分，每個(gè)部分都是由一個(gè)8位字節(jié)組成，中間用“.”號(hào)給予分割。由于二進(jìn)制數(shù)字太長(zhǎng)閱讀起來(lái)不是很方便，所以它被轉(zhuǎn)換為0到256之間的十進(jìn)制數(shù)字。下面顯示的數(shù)字就是IP地址的實(shí)際形式。

　　0.0.0.0

　　0.0.0.1

　　...依次增加252臺(tái)主機(jī)...

　　0.0.0.254

　　0.0.0.255

　　0.0.1.0

　　0.0.1.1

　　依次增加252臺(tái)主機(jī)...

　　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(tái)主機(jī)...

　　255.255.255.255

　　子網(wǎng)，顧名思義，指的是次級(jí)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(méi)有包含更多分支的子網(wǎng)被認(rèn)為是一個(gè)單獨(dú)的“廣播域”，通過(guò)一臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)建立起一張局域網(wǎng)(LAN)。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，廣播域服務(wù)是一項(xiàng)非常的重要功能，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過(guò)介質(zhì)訪問(wèn)控制地址直接進(jìn)行連接，而不必經(jīng)多張子網(wǎng)，甚至整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)。通過(guò)介質(zhì)訪問(wèn)控制地址進(jìn)行連接的通訊方式僅僅限制在一個(gè)較小的網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)樗鼈円揽康刂方馕鰠f(xié)議廣播找到自己的辦法，會(huì)帶來(lái)廣播噪音，當(dāng)廣播噪音大到淹沒(méi)了正常廣播信息的時(shí)間，通訊就無(wú)法進(jìn)行了。處于這種原因，通常情況下常見(jiàn)的子網(wǎng)是8位的，或者說(shuō)正好一個(gè)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(kāi)始和結(jié)束的數(shù)字，通常情況下開(kāi)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(kāi)始的數(shù)字被叫做“網(wǎng)絡(luò)身份標(biāo)識(shí)碼”，結(jié)束的數(shù)字則被稱為“廣播身份標(biāo)識(shí)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(duì)于一張?zhí)囟ǖ淖泳W(wǎng)來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)身份標(biāo)識(shí)碼是正式的身份標(biāo)志，而結(jié)束數(shù)字是網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)設(shè)備接聽(tīng)廣播信息的廣播地址。在你介紹子網(wǎng)的時(shí)間，必須提到網(wǎng)絡(luò)身份標(biāo)識(shí)碼和子網(wǎng)掩碼，只有這樣，才能確定網(wǎng)絡(luò)的實(shí)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(lái)說(shuō)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(xué)方面的一個(gè)簡(jiǎn)單辦法來(lái)輕松地確定子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)和廣播身份標(biāo)識(shí)碼。

這么多年來(lái)，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(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。很快，我就意識(shí)到了，問(wèn)題的關(guān)鍵在于IT領(lǐng)域的很多初學(xué)者缺乏數(shù)學(xué)方面的基礎(chǔ)，對(duì)于二進(jìn)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(xué)習(xí)帶來(lái)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(shuō)明子網(wǎng)的本質(zhì)，具體內(nèi)容你可以查看圖A。在這個(gè)例子中，我們是位于從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(gè)子網(wǎng)的開(kāi)始數(shù)字，實(shí)際上這個(gè)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(jī)的數(shù)量也隨之增長(zhǎng)。最小的分類包含了8位數(shù)字，也就是說(shuō)，子網(wǎng)內(nèi)可以包含256臺(tái)主機(jī)，由于第一個(gè)和最后一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址無(wú)法使用，可以網(wǎng)絡(luò)中最多只能有254臺(tái)主機(jī)。確定子網(wǎng)中可以容納可用主機(jī)最大數(shù)量的最簡(jiǎn)單的辦法就是用2的子網(wǎng)實(shí)際位次方減去2。對(duì)于9位來(lái)說(shuō)，就是2的9次方減去2(我們不能使用的開(kāi)始和結(jié)束的數(shù)字)，即512減去2，可用主機(jī)最大數(shù)量是510臺(tái)。而對(duì)于13位的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，我們能夠獲得的可用主機(jī)最大數(shù)量就是如上圖所示的結(jié)果高達(dá)8190臺(tái)。

怎樣才能正確地進(jìn)行子網(wǎng)劃分操作

　　子網(wǎng)可以進(jìn)一步劃分為較小甚至更小的子網(wǎng)。劃分網(wǎng)絡(luò)時(shí)，最應(yīng)該注意也是最重要的一點(diǎn)就是不能任意的選擇開(kāi)始和結(jié)束的數(shù)字。劃分的過(guò)程必須基于二進(jìn)制的概念。學(xué)習(xí)劃分的最好途徑就是根據(jù)我提供的子網(wǎng)學(xué)習(xí)法找出有效的子網(wǎng)。

　　和其它方法一樣，采用子網(wǎng)學(xué)習(xí)法時(shí)，我們要做的也是找到中間點(diǎn)，并將它平均分為兩個(gè)部分。接下來(lái)，在標(biāo)注完標(biāo)記后，我們?cè)诟鱾€(gè)部分中繼續(xù)進(jìn)行平均分配的操作。在上面提供的例子中，我們進(jìn)行了五次的平均分配操作。如果你仔細(xì)觀察有效(綠色)的子網(wǎng)模塊，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，所有的子網(wǎng)開(kāi)始標(biāo)志都是不低于結(jié)束標(biāo)志的。這個(gè)是由于數(shù)學(xué)方面的原因造成的，我們會(huì)在文章的后面給予說(shuō)明，但通過(guò)圖形明確顯示出來(lái)的結(jié)果比其講述數(shù)學(xué)原理更有助于學(xué)習(xí)者的理解。

　　子網(wǎng)掩碼的作用

　　在確定子網(wǎng)規(guī)模的時(shí)間，子網(wǎng)掩碼起著關(guān)鍵的作用。仔細(xì)看圖C。特別要注意圖中紅色的數(shù)字。當(dāng)你劃分子網(wǎng)的時(shí)間，這八個(gè)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(shí)，你會(huì)頻繁的看到這些數(shù)字，牢記它們將會(huì)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，我們經(jīng)?？吹降氖乔皟煞N，主機(jī)位長(zhǎng)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(jìn)制中所有的0是從右向左的。二進(jìn)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(zhǎng)度是一致的。從我給出的例子中，可以到看這個(gè)非常有趣的規(guī)律，因?yàn)槲挥谟覀?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，我們看一下一個(gè)子網(wǎng)長(zhǎng)度是十一位的子網(wǎng)掩碼的話，它的二進(jìn)制子網(wǎng)掩碼完全形式就是11111111.11111111.11111000.00000000。你可以看到，在整個(gè)子網(wǎng)掩碼中，是在第3個(gè)8位字節(jié)，子網(wǎng)掩碼從1轉(zhuǎn)換到0。這個(gè)子網(wǎng)掩碼轉(zhuǎn)換出來(lái)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(lái)確定子網(wǎng)的規(guī)模，而且也可以用來(lái)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(shí)現(xiàn)這樣的查詢。為什么子網(wǎng)掩碼被稱做“掩碼”呢?因?yàn)樗鼘?shí)際上忽略了主機(jī)位而只是提供了網(wǎng)絡(luò)身份標(biāo)識(shí)碼作為子網(wǎng)的開(kāi)始。重要的是你知道了子網(wǎng)的開(kāi)始和規(guī)模，就可以找到結(jié)束的位置，也就是廣播身份標(biāo)識(shí)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(biāo)識(shí)碼。舉例來(lái)說(shuō)，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(lái)確定網(wǎng)絡(luò)身份標(biāo)識(shí)碼的。在這里需要注意的是，它們通常會(huì)被簡(jiǎn)寫(xiě)為10.20.237.15/21，21指的是子網(wǎng)掩碼的長(zhǎng)度。

　　當(dāng)子網(wǎng)掩碼中有11個(gè)0的時(shí)間，就意味著子網(wǎng)的規(guī)模是11位長(zhǎng)。這也就說(shuō)明，有2的11次方，或者說(shuō)2048臺(tái)主機(jī)可以出現(xiàn)在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，這個(gè)子網(wǎng)最后的IP地址是10.20.239.255。在第三個(gè)8位字節(jié)可以看到3個(gè)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(shuō)8的差別。因此，下一個(gè)子網(wǎng)的開(kāi)始是10.20.232+8.0，也就是10.20.240.0。我們?cè)谶@個(gè)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?yàn)镮P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(gè)不同的類別。需要注意的時(shí)是，對(duì)于子網(wǎng)掩碼計(jì)算來(lái)說(shuō)，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(gè)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(xué)生告訴我，他們?cè)?jīng)花費(fèi)整星期的時(shí)間去記憶這個(gè)分類，直到看到如圖H所示的簡(jiǎn)單表格才真正掌握了。但實(shí)際上你根本沒(méi)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(diǎn)是，所有的子網(wǎng)都是以雙數(shù)開(kāi)始以單數(shù)結(jié)束的。請(qǐng)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(rèn)的回送地址使用。

　　所有A類網(wǎng)絡(luò)地址的第一個(gè)8位字節(jié)都在1到126的范圍中，因?yàn)?和127屬于保留數(shù)字。A類子網(wǎng)的長(zhǎng)度為24位，也就是說(shuō)子網(wǎng)掩碼只有8位長(zhǎng)。舉例來(lái)說(shuō)，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(yùn)的事情，意味著在主機(jī)數(shù)量到達(dá)一千六百八十萬(wàn)臺(tái)前，它都不必分割自己的網(wǎng)絡(luò)。美國(guó)陸軍擁有6.0.0.0/8段的網(wǎng)絡(luò)地址。第三級(jí)通訊擁有8.0.0.0/8段的網(wǎng)絡(luò)地址。國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司擁有9.0.0.0/8段的網(wǎng)絡(luò)地址。美國(guó)電話電報(bào)公司擁有12.0.0.0/8段的網(wǎng)絡(luò)地址。施樂(lè)公司擁有13.0.0.0/8段的網(wǎng)絡(luò)地址。惠普公司擁有15.0.0.0/8段和16.0.0.0/8段的網(wǎng)絡(luò)地址。蘋(píng)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(gè)8位字節(jié)都在128到191的范圍中。B類子網(wǎng)的長(zhǎng)度為16位，也就是說(shuō)子網(wǎng)掩碼也有16位長(zhǎng)。舉例來(lái)說(shuō)，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。卡內(nèi)基梅隆大學(xué)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(gè)8位字節(jié)都在192到223的范圍中。C類子網(wǎng)的長(zhǎng)度為8位，也就是說(shuō)子網(wǎng)掩碼有24位長(zhǎng)。需要注意的是，美洲互聯(lián)網(wǎng)號(hào)碼注冊(cè)管理機(jī)構(gòu)ARIN(該組織負(fù)責(zé)分配互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)地址)只對(duì)個(gè)別公司以及確實(shí)需要1024個(gè)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(yùn)行邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議以便對(duì)多家互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商的服務(wù)進(jìn)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(shí)代了，那時(shí)間獲得包含1680萬(wàn)臺(tái)主機(jī)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(shuō)255.255.252.0，包含1024臺(tái)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址付年費(fèi)。

　　在實(shí)際操作中，子網(wǎng)分類的概念是有可能給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)破壞的。我就見(jiàn)到過(guò)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(dòng)態(tài)路由時(shí)，大型子網(wǎng)的線路受到新加入連接的攻擊，導(dǎo)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(guò)，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(duì)子網(wǎng)掩碼參數(shù)的默認(rèn)限制。這項(xiàng)操作是由默認(rèn)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(lái)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(duì)于專用網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)是必須的，因?yàn)閷Ｓ镁W(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?yàn)樗腥硕伎梢允褂盟簿鸵馕吨鴽](méi)有人真正的擁有它;所以對(duì)于公共互聯(lián)網(wǎng)上的專用網(wǎng)絡(luò)地址來(lái)說(shuō)，它沒(méi)有真正的實(shí)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(yùn)，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(jī)。

　　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(gè)專用網(wǎng)絡(luò)地址段，它是在動(dòng)態(tài)主機(jī)分配協(xié)議服務(wù)器不可用的時(shí)間，用于網(wǎng)絡(luò)地址隨機(jī)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?yàn)樵谶@個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址段中包含了1680萬(wàn)個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址。你可以根據(jù)每個(gè)子網(wǎng)的地理位置將它劃分為不同的子網(wǎng)，接著再細(xì)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(gè)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(guò)專用網(wǎng)絡(luò)地址和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換的使用，達(dá)到了允許一個(gè)單一公共網(wǎng)絡(luò)地址來(lái)代表成千上萬(wàn)專用網(wǎng)絡(luò)地址的目的，因此，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)中，IPv4還是保證可以正常運(yùn)行的，它的使用時(shí)間獲得了有效的延長(zhǎng)。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(gè)版本的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，也就是IPv6中，網(wǎng)絡(luò)地址的長(zhǎng)度將增加為128位，這個(gè)也就意味著有它會(huì)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(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，你還可以剩下1800兆的網(wǎng)絡(luò)地址。

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