子网掩码与子网划分讲解
IP子网的划分
一、实验原理
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目前Internet上最为广泛使用的协议是TCP/IP协议,Internet组织机构定义了五种IP地址,用于主机的有A、B、C三类地址。其中A类网络有126个,每个A类网络可能有16,777,214台主机,它们处于同一广播域。而在同一广播域中有这么多结点是不可能的,网络会因为广播通信而饱和,结果造成16,777,214个地址大部分没有分配出去,形成了浪费。而另一方面,随着互连网应用的不断扩大,IP地址资源越来越少。为了实现更小的广播域并更好地利用主机地址中的每一位,可以把基于类的IP网络进一步分成更小的网络,每个子网由路由器界定并分配一个新的子网网络地址,子网地址是借用基于类的网络地址的主机部分创建的。划分子网后,通过使用掩码,把子网隐藏起来,使得从外部看网络没有变化,这就是子网掩码。本实验《IP子网的划分》主要是涉及到IP地址的分类和划分方法,以及IP子网划分工具的使用方法,下面就对这IP协议的划分方法以及划分工具的使用分别进行介绍。 1、IP地址 IP地址是一个由二进制的“0”和“1”组成的4字节共32位字符串。为了方便人们交流,一般将其表示为点分十进制形式,即每个字节表示为一个十进制数,两个十进制数中间用点分隔开。例如IP地址192.168.0.1,它的二进制形式为11000000 10101000 0000000000000001。每一类地址都由两个固定长度的字段组成,其中一个字段是网络号net-id,它标志主机(或路由器)所连接到的网络,而另一个字段则是主机号host-id,它标志该主机(或路由器)。两级的IP地址可以记为“IP地址::={<网络号>,<主机号>}”,“::=”代表“定义为”。IP地址根据其所服务网络的大小分为三类,即A类地址(IP地址的第一字节标识网络号,其余字节标识主机号,并且第一字节第一位为0,A类地址是从:0.0.0.0~127.255.255.255),B类地址(地址的前两字节标识网络号,其余字节标识主机号,且第一字节第一位为1,第二位为0,B类IP地址是从:128.0.0.0~191.255.255.255),C类地址(地址的前三个字节用于标识网络号,其余字节标识主机号,且第二位为1,第三位为0,C类IP地址是从:192.0.0.0~223.255.255.255)。 2、子网掩码 IP地址的另一个重要应用方面就是子网掩码,没有合适的子网掩码,IP地址是不完整的。RFC 950定义了子网掩码的使用,子网掩码是一个32位的2进制数,其对应网络地址的所有位都置为1,对应于主机地址的所有位都置为0。由此可知,A类网络的缺省的子网掩码是255.0.0.0,B类网络的缺省的子网掩码是255.255.0.0,C类网络的缺省的子网掩码是255.255.255.0。将子网掩码和IP地址按位进行逻辑“与”运算,得到IP地址的网络地址,剩下的部分就是主机地址,从而区分出任意IP地址中的网络地址和主机地址。子网掩码常用点分十进制表示,我们还可以用网络前缀法表示子网掩码,即“/<网络地址位数>”。如192.168.0.0/24表示C类网络192.168.0.0的子网掩码为255.255.255.0。 子网掩码告知路由器,地址的哪一部分是网络地址,哪一部分是主机地址,使路由器正确判断任意IP地址是否是本网段的,从而正确地进行路由。 3、广播地址 广播地址可分为两类,一类是直接广播地址,另一类为有限广播地址。 将主机号各位全为“1”的IP地址称为直接广播地址。该地址主要用于广播,在使用时,用来代表该网络上所有的主机,例如,202.112.144是一个C类的网络标识,该网络的广播地址就是202.112.144.255;当该网络中的某台主机需要发送广播时,就可以使用这个地址向该网络上的所有主机发送报文。 TCP/IP协议规定,32比特位全为“1”的IP地址(255.255.255.255)为“有限广播地址”,这个地址主要用来进行本网广播。当需要在本网内广播,又不知道本网的网络号时,即可使用“有限(受限)广播地址”。 4、本网地址 将IP地址中主机地址位全为“0”的IP地址叫做本网地址。这个地址用来表示“本主机所连接的网络”。例如,用“128.16.0.0”表示“128.16”这个B类网络;用“202.112.144.0”表示“202.112.144”这个C类网络。本网地址又被称为“0”地址。 5、回送地址和私有IP地址 IP地址中以127开始的IP地址作为保留地址,被称为“回送地址”。回送地址用于网络软件的测试,以及本地进程的通信。 任何程序一旦接到使用了回送地址为目的地址的数据,则该程序将不再转发数据,而是将其立即回送给源地址。 例如,使用“ping127.0.0.1”可以通过ping软件测试本地网卡进程之间的通信。 私有IP地址是指只能在一个局域网中使用,其作用域的范围就是一个局域网(出了局域网就无效)。所以不同的局域网中的主机IP地址可以一样。 在A、B、C 3类地址中各有一段地址作为保留地址不在全网分配,而作为私有地址。这些地址只可在一个网络内部使用,不可进入外网私有地址范围: 1个A类地址:10.0.0.0 ~10.255.255.255.255 16个B类地址:172.16.0.0 ~ 172.31.0.0 256个C类地址:192.168.0.0 ~ 192.168.255.0 6、子网划分与掩码的设置 随着IP地址的不断应用,两级IP地址的设计确实不够合理,IP地址空间的利用率有时很低,并且两级的IP地址不够灵活。从1985年起在IP地址中又增加了一个“子网号字段”,使两级的IP地址变成为三级的IP地址。这种做法叫作划分子网(subnetting)。划分子网已成为因特网的正式标准协议。三级的IP地址可以记为“IP地址::={<网络号>,<子网号>,<主机号>}”。它是从主机号借用若干个比特作为子网号subnet-id,而主机号host-id也就相应减少了若干个比特。 子网划分的步骤或者说子网掩码的计算步骤为: 确定要划分的子网数目以及每个子网的主机数目;求出子网数目对应二进制数的位数N及主机数目对应二进制数的位数M;对该IP地址的原子网掩码,将其主机地址部分的前N位置1或后M位置0即得出该IP地址划分子网后的子网掩码。 划分子网规则为2n-2≥m(n为从主机号借用的比特数,m为要划分的子网的个数)。 7、子网掩码计算器(IP Subnetter) IP Subnetter是Boson IP Subnet Calculator工具集中的一个方便快捷的计算IP子网的免费工具。可以随意调整掩码位,因此可用来计算不标准的子网。只要输入点分十进制的IP地址,程序立刻可以判断出它属于哪类地址,并显示其子网位、主机位、符合条件的子网数目、每个子网所包含的有效主机数目、掩码、所属子网地址、子网的广播地址(同时用二进制和十进制显示)以及当前子网所包含的主机范围。基本上是你想得到的数据它都计算出来了。
二、体验实习实验
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本实验旨在使学生能够通过手动划分子网和利用工具划分子网,使学生能够明白子网的划分方法,并通过本实验后使学生通过实际操作对书中的理论知识有充分的认识了解。 三、实验内容 1、根据一个简单的例子,对某单位的网络进行子网划分 2、将手动计算结果与使用IP Subnetter计算的结果进行对比 四、实验环境 一台运行了Windows2000或Windows XP的计算机 五、实验参考步骤 1、设有A、B、C、D四台主机都处在同一个物理网络中,A主机的IP地址为192.155.12.112,B主机的IP地址是192.155.12.120,C主机的IP地址是192.155.12.176,D主机的IP地址是192.155.12.222。共同的子网掩码是255.255.255.224。 问题一:四台主机那些可以直接通信?那些必须通过其它路由设备才能通信?为什么 问题二:若要加入第五台主机E,要他能与D主机直接通信,其IP地址的设置范围是? 问题三:若要使主机A、B、C、D都能相互直接通信,应采取什么方法? 在实验报告中写出答案。 参考答案: 问题一:A主机和B主机可以直接通信,C主机和D主机需通过路由设备才能与A、B主机通信,C,D之间也需用路由设备才能通信 问题二:IP范围是192.155.12.193——192.155.12.221 问题三:将子网掩码改为255.255.255.0 2、一个公司有10个部门,要求给每个部门划分不同的网段,但是都在192.168.1.0这个大网内,并且每个部门要容纳20台计算机。请为这个公司选择子网掩码。 在实验报告中写出子网掩码,并判断这个公司的要求能否实现。 参考答案: 根据2的N次方减2的公式,10介于2的3次方和2的4次方之间,因此应该从主机位借4位来作为子网位,二进制就是11111111.11111111.11111111.11110000,即255.255.255.240。有些人就毫不犹豫地选择了255.255.255.240地子网掩码。 我们知道,C类地址主机位本来就只有8位,现在已经借去4位,剩下4位,因此每个子网能够允许的主机数量为2的4次方减2,即14台计算机。而题目要求每个子网容纳主机20台,看来是无法达到目的。