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日志

 
 

唐荣华—关于子网掩码及其计算(20140302)  

2014-03-24 14:57:09|  分类: 信息-唐荣华 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  很多人在设置internet协议属性的时候,经常会在子网掩码的地上填255.255.255.0,特别是在夷陵天问学校上网的老师们发现自己电脑IP设置里的掩码为255.255.240.0,但确不知道他的涵义,有的清楚子网掩码的作用,但不知道该怎么计算子网,不清楚怎么划分网段。我整理了一下相关的资料和自己的一点心得,供大家参考。(有点长,整理了主要是给自己重温,也方便有兴趣的同事看看)
  
  定义
  
  子网掩码(subnet mask)是每个使用互联网的人必须要掌握的基础知识,只有掌握它,才能够真正理解TCP/IP协议的设置。
  
  子网掩码——屏蔽一个IP地址的网络部分的“全1”比特模式。对于A类地址来说,默认的子网掩码是255.0.0.0;对于B类地址来说默认的子网掩码是255. 255.0.0;对于C类地址来说默认的子网掩码是255.255.255.0。
  
  利用子网掩码可以把大的网络划分成子网,即VLSM(可变长子网掩码),也可以把小的网络归并成大的网络即超网。
  
  构成
  
  要想理解什么是子网掩码,就不能不了解IP地址的构成。互联网是由许多小型网络构成的,每个网络上都有许多主机,这样便构成了一个有层次的结构。IP地址在设计时就考虑到地址分配的层次特点,将每个IP地址都分割成网络号和主机号两部分,以便于IP地址的寻址操作。
  
  IP地址的网络号和主机号各是多少位呢?如果不指定,就不知道哪些位是网络号、哪些是主机号,这就需要通过子网掩码来实现。
  
  规则
  
  子网掩码的设定必须遵循一定的规则。与二进制IP地址相同,子网掩码由1和0组成,且1和0分别连续。子网掩码的长度也是32位,左边是网络位,用二进制数字“1”表示,1的数目等于网络位的长度;右边是主机位,用二进制数字“0”表示,0的数目等于主机位的长度。这样做的目的是为了让掩码与ip地址做AND运算时用0遮住原主机数,而不改变原网络段数字,而且很容易通过0的位数确定子网的主机数(2的主机位数次方-2,因为主机号全为1时表示该网络广播地址,全为0时表示该网络的网络号,这是两个特殊地址)。只有通过子网掩码,才能表明一台主机所在的子网与其他子网的关系,使网络正常工作。
  
  2
  
  计算方式
  
  由于子网掩码的位数决定于可能的子网数目和每个子网的主机数目。在定义子网掩码前,必须弄清楚本来使用的子网数和主机数目。
  
  根据子网数
  
  利用子网数来计算
  
  在求子网掩码之前必须先搞清楚要划分的子网数目,以及每个子网内的所需主机数目。
  
  1)将子网数目转化为二进制来表示
  
  2)取得该二进制的位数,为 N
  
  3)取得该IP地址的类子网掩码,将其主机地址部分的的前N位置1 即得出该IP地址划分子网的子网掩码。
  
  如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成27个子网:
  
  1)27=11011
  
  2)该二进制为五位数,N = 5
  
  3)将B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址前5位置1(B类地址的主机位包括后两个字节,所以这里要把第三个字节的前5位置1),得到 255.255.248.0
  
  即为划分成27个子网的B类IP地址 168.195.0.0的子网掩码(实际上是划成了32-2=30个子网)。
  
  这一段介绍的是旧标准下计算的方法,关于旧的标准后文在介绍,在新标准中则可以先将27减去1,因为计算机是从0开始计算的,从0到27实际上是有28个,所以说如果需要27个就需要将27减去1。
  
  根据主机数
  
  利用主机数来计算
  
  1)将主机数目转化为二进制来表示
  
  2)如果主机数小于或等于254(注意去掉保留的两个IP地址),则取得该主机的二进制位数,为 N,这里肯定N<8。如果大于254,则 N>8,这就是说主机地址将占据不止8位。
  
  3)使用255.255.255.255来将该类IP地址的主机地址位数全部置1,然后从后向前的将N位全部置为 0,即为子网掩码值。
  
  如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成若干子网,每个子网内有主机700台:
  
  1) 700=1010111100
  
  2)该二进制为十位数,N = 10
  
  3)将该B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址全部置1,得到255.255.255.255
  
  然后再从后向前将后10位置0,即为: 11111111.11111111.11111100.00000000
  
  即255.255.252.0。这就是该欲划分成主机为700台的B类IP地址168.195.0.0的子网掩码。
  
  增量计算法
  
  子网ID增量计算法(即计算每个子网的IP范围)
  
  其基本计算步骤如下:
  
  第1步,将所需的子网数转换为二进制,如所需划分的子网数为“4”,则转换成成二进制为00000100;
  
  第2步,取子网数的二进制中有效位数,即为向缺省子网掩码中加入的位数(既向主机ID中借用的位数)。如前面的00000100,有效位为“100”,为3位(在新标准中只需要2位就可以了);
  
  第3步,决定子网掩码。如IP地址为B类129.20.0.0网络,则缺省子网掩码为:255.255.0.0,借用主机ID的3位以后变为:255.255.224(11100000)0,即将所借的位全表示为1,用作子网掩码。
  
  第4步,将所借位的主机ID的起始位段最右边的“1”转换为十进制,即为每个子网ID之间的增量,如前面的借位的主机ID起始位段为“11100000”,最右边的“1”,转换成十进制后为2^5=32(此为子网ID增量)。
  
  第5步,产生的子网ID数为:2^m-2 (m为向缺省子网掩码中加入的位数),如本例向子网掩码中添加的位数为3,则可用子网ID数为:2^3-2=6个;
  
  第6步,将上面产生的子网ID增量附在原网络ID之后的第一个位段,便形成第一个子网网络ID 129.20.32.0(即第一个子网的起始IP段);
  
  第7步,重复上步操作,在原子网ID基础上加上一个子网ID增量,依次类推,直到子网ID中的最后位段为缺省子网掩码位用主机ID位之后的最后一个位段值,这样就可得到所有的子网网络ID。如缺省子网掩码位用主机ID位之后的子网ID为255.255.224.0,其中的“224”为借用主机ID后子网ID的最后一位段值,所以当子网ID通过以上增加增量的方法得到129.20.224.0时便终止,不要再添加了(只能用到129.20.223.0)。
  
  我们知道当主机ID为全0时表示网络ID,全1时表示广播地址。在RFC950标准中,不建议使用全0和全1的子网ID。
  
  例如把最后一个字节的前3位借给网络ID,用后面的5位来表示主机ID,这样就会产生2^3=8个子网,子网ID就分别为000、001、010、011、100、101、110、111这样8个,在RFC950标准中只能使用中间的6个子网ID。
  
  这么做的原因是:
  
  设我们有一个网络:192.168.0.0/24(即子网掩码的前24位为1,255.255.255.0),我们需要两个子网,那么按照RFC950,应该使用/26而不是/25,得到两个可以使用的子网192.168.0.64和192.168.0.128
  
  对于192.168.0.0/24,网络地址是192.168.0.0,广播地址是192.168.0.255
  
  对于192.168.0.0/26,网络地址是192.168.0.0,广播地址是192.168.0.63
  
  对于192.168.0.64/26,网络地址是192.168.0.64,广播地址是192.168.0.127
  
  对于192.168.0.128/26,网络地址是192.168.0.128,广播地址是192.168.0.191
  
  对于192.168.0.192/26,网络地址是192.168.0.192,广播地址是192.168.0.255
  
  你可以看出来,对于第一个子网,网络地址和主网络的网络地址是重叠的,对于最后一个子网,广播地址和主网络的广播地址也是重叠的。在CIDR流行以前,这样的重叠将导致极大的混乱。比如,一个发往192.168.0.255的广播是发给主网络的还是子网的?这就是为什么在当时不建议使用全0和全1子网。在今天,CIDR已经非常普及了,所以一般不需要再考虑这个问题。
  
  3
  
  作用
  
  子网掩码是一个32位地址,是与IP地址结合使用的一种技术。它的主要作用有两个,一是用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识,并说明该IP地址是在局域网上,还是在远程网上。二是用于将一个大的IP网络划分为若干小的子网络。
  
  使用子网是为了减少IP的浪费。因为随着互联网的发展,越来越多的网络产生,有的网络多则几百台,有的只有区区几台,这样就浪费了很多IP地址,所以要划分子网。使用子网可以提高网络应用的效率。
  
  通过IP 地址的二进制与子网掩码的二进制进行与运算,确定某个设备的网络地址和主机号,也就是说通过子网掩码分辨一个网络的网络部分和主机部分。子网掩码一旦设置,网络地址和主机地址就固定了。子网一个最显著的特征就是具有子网掩码。与IP地址相同,子网掩码的长度也是32位,也可以使用十进制的形式。例如,为二进制形式的子网掩码:1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000,采用十进制的形式为:255.255.255.0。
  
  通过计算机的子网掩码判断两台计算机是否属于同一网段的方法是,将计算机十进制的IP地址和子网掩码转换为二进制的形式,然后进行二进制“与”(AND)计算(全1则得1,不全1则得0),如果得出的结果是相同的,那么这两台计算机就属于同一网段。
  
  4
  
  标注方法
  
  无子网
  
  无子网的标注法
  
  对无子网的IP地址,可写成主机号为0的掩码。如IP地址210.73.140.5,掩码为255.255.255.255,也可以缺省掩码,只写IP地址。
  
  有子网
  
  有子网的标注法
  
  有子网时,一定要二者配对出现。以C类地址为例。
  
  (以下一段没有指定掩码为27位,在掩码为27位的情况下才成立~~)
  
  1.IP地址中的前3个字节表示网络号,后一个字节既表明子网号,又说明主机号,还说明两个IP地址是否属于同一个网段。如果属于同一网络区间,这两个地址间的信息交换就不通过路由器。如果不属同一网络区间,也就是子网号不同,两个地址的信息交换就要通过路由器进行。例如:对于IP地址为210.73.140.5的主机来说,其主机标识为00000101,对于IP地址为210.73.140.16的主机来说它的主机标识为00010000,以上两个主机标识的前面三位全是000,说明这两个IP地址在同一个网络区域中,这两台主机在交换信息时不需要通过路由器进行。210.73.60.1的主机标识为00000001,210.73.60.252的主机标识为11111100,这两个主机标识的前面三位000与111不同,说明二者在不同的网络区域,要交换信息需要通过路由器。其子网上主机号各为1和252。
  
  2.掩码的功用是说明有子网和有几个子网,但子网数只能表示为一个范围,不能确切讲具体几个子网,掩码不说明具体子网号,有子网的掩码格式(对C类地址)。
  
  5
  
  地址判断
  
  子网掩码是用来判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络的根据。
  
  最为简单的理解就是两台计算机各自的IP地址与子网掩码进行AND运算后,如果得出的结果是相同的,则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的,可以进行直接的通讯。就这么简单。
  
  6
  
  表示方法
  
  子网掩码通常有以下2种格式的表示方法:
  
  1. 通过与IP地址格式相同的点分十进制表示
  
  如:255.0.0.0 或255.255.255.128
  
  2. 在IP地址后加上"/"符号以及1-32的数字,其中1-32的数字表示子网掩码中网络标识位的长度
  
  如:192.168.1.1/24 的子网掩码也可以表示为255.255.255.0
  
  子网掩码一般为255.255.255.0
  
  7
  
  运算示例
  
  示例一
  
  I P 地址 192.168.0.1
  
  子网掩码 255.255.255.0
  
  AND运算(AND运算法则:1 与1 = 1 ,1 与0 = 0 ,0 与1 = 0 ,0 与0 = 0 ,即当对应位均为1时结果为1,其余为0。)
  
  转化为二进制进行运算:
  
  I P 地址 11000000.10101000.00000000.00000001
  
  子网掩码 11111111.11111111.11111111.00000000
  
  AND运算
  
  11000000.10101000.00000000.00000000
  
  转化为十进制后为:
  
  192.168.0.0
  
  示例二
  
  I P 地址 192.168.0.254
  
  子网掩码 255.255.255.0
  
  AND运算
  
  转化为二进制进行运算:
  
  I P 地址 11000000.10101000.00000000.11111110
  
  子网掩码 11111111.11111111.11111111.00000000
  
  AND运算
  
  11000000.10101000.00000000.00000000
  
  转化为十进制后为:
  
  192.168.0.0
  
  示例三
  
  I P 地址 192.168.0.4
  
  子网掩码 255.255.255.0
  
  AND运算
  
  转化为二进制进行运算:
  
  I P 地址 11000000.10101000.00000000.00000100
  
  子网掩码 11111111.11111111.11111111.00000000
  
  AND运算
  
  11000000.10101000.00000000.00000000
  
  转化为十进制后为:
  
  192.168.0.0
  
  通过以上对三组计算机IP地址与子网掩码的AND运算后,我们可以看到它运算结果是一样的。均为192.168.0.0
  
  所以计算机就会把这三台计算机视为是同一子网络,然后进行通讯的。
  
  也许你又要问,这样的子网掩码究竟有多少个IP地址可以用呢?你可以这样算。
  
  根据上面我们可以看出,局域网内部的ip地址是我们自己规定的(当然和其他的ip地址是一样的),这个是由子网掩码决定的通过对255.255.255.0的分析。可得出:
  
  前三位IP码由分配下来的数字就只能固定为192.168.0 所以就只剩下了最后的一位了,那么显而易见了,ip地址只能有(2的8次方-2),即256-2=254,一般主机地址全为0或者1(二进制)有其特殊的作用。
  
  那么你可能要问了:如果我的子网掩码不是255.255.255.0呢?你也可以这样做啊假设你的子网掩码是255.255.128.0
  
  那么你的局域网内的ip地址的前两位肯定是固定的了
  
  这样,你就可以按照下边的计算来看看同一个子网内到底能有多少台机器
  
  1.十进制128 = 二进制1000 0000
  
  2.IP码要和子网掩码进行AND运算
  
  3.
  
  I P 地址 11000000.10101000.1*******.********
  
  子网掩码 11111111.11111111.10000000.00000000
  
  AND运算
  
  11000000.10101000.10000000.00000000
  
  转化为十进制后为:
  
  192 . 168. 128 . 0
  
  4.可知我们内部网可用的IP地址为:
  
  11000000.10101000.10000000.00000000
  
  到
  
  11000000.10101000.11111111.11111111
  
  (也可以是:11000000.10101000.00000000.00000000 到11000000.10101000.01111111.11111111)
  
  5.转化为十进制:
  
  192 . 168.128.0 到192 . 168.255.255 (或者192.168.0.0到192.168.127.255)
  
  6.0和255通常作为网络的内部特殊用途。通常不使用。
  
  7.于是最后的结果如下:我们单位所有可用的IP地址为:
  
  192.168.128.1-192.168.128.254
  
  192.168.129.1-192.168.129.254
  
  192.168.130.1-192.168.130.254
  
  192.168.131.1-192.168.131.254
  
  . . . . . . . . . . . . .
  
  192.168.139.1-192.168.139.254
  
  192.168.140.1-192.168.140.254
  
  192.168.141.1-192.168.141.254
  
  192.168.142.1-192.168.142.254
  
  192.168.143.1-192.168.143.254
  
  . . . . . . . . . . . . .
  
  192.168.254.1-192.168.254.254
  
  192.168.255.1-192.168.255.254
  
  8.总数为(255-128+1)*(254-1+1) =128 * 254 = 32512
  
  子网内包含的机器数目应该是2^n-2,比如说上面的子网掩码是255.255.128.0,那么他的网络号是17位,主机号是15位,只要主机号不全是0或者1就是可以的,所以ip地址是192.168.192.0(11000000.10101000.11000000.00000000)也允许,除掉全0全1,结果为2^15-2*(255-128+1)=32512
  
  9.看看的结果是否正确
  
  (1)、设定IP地址为192.168.128.1
  
  Ping 192.168.129.233通过测试
  
  访问http://192.168.129.233可以显示出主页
  
  (2)、设定IP地址为192.168.255.254
  
  Ping 192.168.255.254 通过测试
  
  访问http://192.168.255.254 可以显示出主页
  
  10.结论
  
  以上证明我们的结论是对的。
  
  现 在你就可以看你的子网中能有多少台机器了
  
  255.255.255.128
  
  分解:
  
  11111111.11111111.11111111.10000000
  
  所以你的内部网络的ip地址只能是
  
  xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.0???????
  
  到
  
  xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.01111111
  
  子网掩码
  
  8
  
  复用技术
  
  子网TCP/IP网间网技术产生于大型主流机环境中,它能发展到今天的规模是当初的设计者们始料未及的。网间网规模的迅速扩展对IP地址模式的威胁并不是它不能保证主机地址的唯一性,而是会带来两方面的负担:第一,巨大的网络地址管理开销;第二,网关寻径急剧膨胀。其中第二点尤为突出,寻径表的膨胀不仅会降低网关寻径效率(甚至可能使寻径表溢出,从而造成寻径故障),更重要的是将增加内外部路径刷新时的开销,从而加重网络负担。
  
  因此,迫切需要寻求新的技术,以应付网间网规模增长带来的问题。仔细分析发现,网间网规模的增长在内部主要表现为网络地址的增减,因此解决问题的思路集中在:如何减少网络地址。于是IP网络地址的多重复用技术应运而生。
  
  通过复用技术,使若干物理网络共享同一IP网络地址,无疑将减少网络地址数。
  
  9
  
  编址技术
  
  子网编址(subnet addressing)技术,又叫子网寻径(subnet routing),英文简称subnetting,是最广泛使用的IP网络地址复用方式,已经标准化,并成为IP地址模式的一部分。一般的,32位的IP地址分为两部分,即网络号和主机号,我们分别把他们叫做IP地址的“网间网部分”和“本地部分”。子网编址技术将本地部分进一步划分为“物理网络”部分和“主机”部分,如图:网间网部分物理网络主机
  
  |←网间网部分→|←————本地部分—————→|
  
  |←物理网络→|←—主机部分——→|
  
  其中“物理网络”用于标识同一IP网络地址下的不同物理网络即是“子网”。
  
  (2)子网掩码IP协议标准规定:每一个使用子网的网点都选择一个32位的位模式,若位模式中的某位置1,则对应IP地址中的某位为网络地址(包括网间网部分和物理网络号)中的一位;若位模式中的某位置0,则对应IP地址中的某位为主机地址中的一位。例如位模式:
  
  11111111 11111111 11111111 00000000中,前三个字节全1,代表对应IP地址中最高的三个字节为网络地址;后一个字节全0,代表对应IP地址中最后的一个字节为主机地址。这种位模式叫做子网模(subnet mask)或“子网掩码”。
  
  为了使用的方便,常常使用“点分整数表示法”来表示一个IP地址和子网掩码,例如c类地址子网掩码(11111111 11111111 11111111 00000000)为:255.255.255.0 IP协议关于子网掩码的定义提供一种有趣的灵活性,允许子网掩码中的“0”和“1”位不连续。但是,这样的子网掩码给分配主机地址和理解寻径表都带来一定困难,并且,极少的路由器支持在子网中使用低序或无序的位,因此在实际应用中通常各网点采用连续方式的子网掩码。像255.255.255.64和255.255.255.160等一类的子网掩码不推荐使用。
  
  (3)子网掩码与IP地址结合使用,可以区分出一个网络地址的网络号和主机号。
  
  例如:有一个C类地址为:192.9.200.13其缺省的子网掩码为:255.255.255.0则它的网络号和主机号可按如下方法得到:
  
  ①将IP地址192.9.200.13转换为二进制11000000 00001001 11001000 00001101
  
  ②将子网掩码255.255.255.0转换为二进制11111111 11111111 11111111 00000000
  
  ③将两个二进制数逻辑与(AND)运算后得出的结果即为网络部分
  
  11000000 00001001 11001000 00001101 AND 11111111 11111111 11111111 00000000
  
  11000000 00001001 11001000 00000000结果为192.9.200.0,即网络号为192.9.200.0。
  
  ④将子网掩码取反再与IP地址逻辑与(AND)后得到的结果即为主机部分11000000 00001001 11001000 00001101 AND 00000000 00000000 00000000 11111111 结果为00000000 00000000 00000000 00001101转化为十进制得到0.0.0.13,即主机号为13。
  
  10
  
  掩码分类
  
  子网掩码一共分为两类。一类是缺省(自动生成)子网掩码,一类是自定义子网掩码。缺省子网掩码即未划分子网,对应的网络号的位[1-2]都置1,主机号都置0。
  
  A类网络缺省子网掩码:255.0.0.0
  
  B类网络缺省子网掩码:255.255.0.0
  
  C类网络缺省子网掩码:255.255.255.0
  
  自定义子网掩码是将一个网络划分为几个子网,需要每一段使用不同的网络号或子网号,实际上我们可以认为是将主机号分为两个部分:子网号、子网主机号。形式如下:
  
  未做子网划分的ip地址:网络号+主机号
  
  做子网划分后的ip地址:网络号+子网号+子网主机号
  
  也就是说ip地址在划分子网后,以前的主机号位置的一部分给了子网号,余下的是子网主机号。子网掩码是32位二进制数,它的子网主机标识用部分为全“0”。利用子网掩码可以判断两台主机是否在同一子网中。若两台主机的IP地址分别与它们的子网掩码相“与”后的结果相同,则说明这两台主机在同一子网中。
  
  11
  
  掩码变长
  
  可变长子网掩码(VLSM)的作用:节约IP地址的空间;减少路由表大小。使用VLSM时,所采用的路由协议必须能够支持它,这些路由协议包括RIPv2,OSPF,EIGRP和BGP。关于更多的VLSM知识,可以去百度搜索。
  
  12
  
  划分捷径
  
  1.会产生多少个子网
  
  2的x次方-2(x代表掩码位,即2进制为1的部分,现 在的网络中,已经不需要-2,已经可以全部使用,不过需要加上相应的配置命令,例如CISCO路由器需要加上ip subnet zero命令就可以全部使用了。)
  
  2.能有多少主机
  
  2的y次方-2(y代表主机位,即2进制为0的部分)
  
  3.有效子网是
  
  有效子网号=256-10进制的子网掩码(结果叫做block size或base number)
  
  4.子网的广播地址是
  
  广播地址=下个子网号-1
  
  5.有效主机分别是
  
  忽略子网内全为0和全为1的地址剩下的就是有效主机地址。最后有效1个主机地址=下个子网号-2(即广播地址-1)
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