IP子网划分专题

考点精讲

1. 点分十进制表示法

在IP网络中，IP地址用于标识每个通信节点。IPv4一共32位，使用点分十进制形式表示，IPv6一共128位，使用冒号分隔的十六进制表示。下面重点介绍点分十进制。如图13-3，假设两台主机PC1和PC2采用的IPv4地址如下（32位二进制）：

PC1：11000000101010000000101000000001

PC2：11000000101010000001010000000001

图1 IP互联

如此复杂的IP地址，不容易让人记住，点分十进制的方法能让IP地址变得简单。以PC1的地址为例：11000000101010000000101000000001，进行如下几步操作，完成简化：

（1）把32位二进制IP地址分为4段，每段8位，即11000000 10101000 00001010 00000001。

（2）把每个段二进制数转换为十进制数，转换规则是按幂依次展开求和。常规幂对应的十进制如下：

第一段11000000转换成十进制数是：1x2⁷+1x2⁶+0x2⁵+0x2⁴+0x2³+0x2²+0x2¹+0x2⁰=128+64=192

第二段10101000转换成十进制数是：1x2⁷+1x2⁰+0x2⁰+0x2⁴+1x2³+0x2²+0x2¹+0x2⁰=128+32+8=168

第三段00001010转换成十进制数是10，第四段00000001转换成十进制数是1，所以PC1的IP地址可以表示为192.168.10.1。同理，PC2的IP地址可以表示为192.168.20.1。故转换完后PC1和PC2进制对应关系如图2所示。

图2 PC1和PC2二进制与十进制对应关系

二进制与十进制的转换，一定要会计算，这是IP子网划分的基础。

2. 网络掩码

网络掩码（简称掩码）与IP地址搭配使用， 用于描述IP地址中网络位和主机位的分界线。如图3所示，网络掩码是32位，与IP地址的32位对应，掩码中为1的位对应IP地址网络位，为0的位对应IP地址主机位。

图3 网络掩码

网络掩码有如下两种表示方法：

（1）/24表示网络位是24位，主机位是32-24=8位。

（2）255.255.255.0同样表示前24位全是1，后8位是0，即表示网络位是24位，主机位是8位。下列主类网络掩码对应关系要牢记：255.255.255.0=/24，255.255.0.0=/16，255.0.0.0=/8。

不同类别IP地址，通过网络掩码区分，A类地址默认掩码是/8，B类默认掩码是/16，C类默认掩码是/24。

图4 ABC类IP地址与掩码对应关系

3. IP地址类型

IP地址可以分为网络地址、广播地址和主机地址，如图5所示。

（1）网络地址：最小地址保留为网络地址，网络地址的主机位均为0。

（2）广播地址：用于向网络中所有主机发送数据的特殊地址。广播地址使用该网络范围内的最大地，即主机位全部为1的地址。

（3）主机地址：除去网络地址和广播地址外，其他可分配给网络中终端设备使用的地址。

图5 IP地址分类

4. 为什么要进行IP子网划分？

假设一个公司网络内有500台主机，分配一个标准C类网络，IP地址不够用，因为标准/24的C类网络只有254个可用IP地址。如果分配一个标准A类网IP，又会产生巨大的浪费，因为标准A类地址可用地址数量是2²⁴-2=16777214，即可用IP地址数量约等于1600万。给一个单位直接分配一个标准A类地址根本用不完，利用率极低。同时，如果把海量终端放入同一个网络，还存在广播风暴，病毒扩散等问题。故使用标准ABC类地址存在如下两个问题：

（1）IP地址空间的极大浪费。

（2）广播域中PC数量过于庞大，广播报文可能消耗大量的网络资源，且安全风险高。

所以需要进行子网划分，将一个大的网络拆分成多个小型网络（子网），然后分给不同用户使用。一般一个VLAN对应一个子网，实际项目中一个子网中主机数量建议是一个C类地址，容纳254台，最大不超过4个C，即容纳1000台主机。

5. 如何进行子网划分？

如图13-8所示，一个A类地址：10.0.0.0/8，包含的地址范围是从10.0.0.0-10.255.255.255。网络位是10.0.0.0，主机位是后面24位，一共包含2²⁴个IP地址。

图6 A类地址空间

如果要将此标准A类地址进行子网划分，核心思想是：网络位向主机位借位，从而使得网络部分的位数加长，借用的位表示子网位。如果借用1位，则可以划分为2^1=2个子网，借用2位可以划分为2^2=4个子网，借用3位，可以划分为2^3=8个子网。

图7子网划分原理

进行子网划分后子网个数为2^m（m是所借的位数，即子网位数），每个子网可用主机数量为2ⁿ-2 （n是主机位数，需要减2的原因是每个子网中的网络号和广播号不可用）。

图8 子网数量和可用主机数量

6. IP子网划分考试类型分析

IP地址规划考试比较灵活，所以务必理解底层原理，然后多加练习。IP子网划分常见考试类型总结如下。

（1）已知子网数量，要求进行子网划分。

例如，已知某公司有6个部门，给出IP地址段192.168.1.0/24，如何进行子网划分？

解析：公司有6个部门，则至少要划分为6个子网，一般每个部门对于一个VLAN，也对应一个子网。那么推算子网位至少需要3位，即可划分为2^3=8个子网，满足6个部门使用。完成划分后，子网掩码应该为24+3=27，即网络位为27位，那么主机位则为32-27=5位。每个子网地址块为2^5=32（地址块等于2的主机位次方）。

图9 地址块大小

由此可以推算所有子网地址，其中标注部分是地址块的倍数，如图10所示。

图10 地址块示意图

（2）进行子网划分后，第一个子网的广播地址是多少？

方法一：第一个子网的子网部分是000，广播地址的主机部分是11111，那么第一个子网的广播地址是192.168.1.00011111，即192.168.1.31。

方法二：第一个子网地址为192.168.1.0/27，由于地址块32，那么第一个子网地址为192.168.1.0-192.168.1.31，网络号是192.168.1.0，第一个可用主机地址是192.168.1.1，广播地址是子网最后一个IP地址，即192.168.1.31，实际可用主机地址是：192.168.1.1-192.168.1.30。

方法三（推荐方法）：前两个子网位分别是192.168.1.0/27和192.168.1.32/27。很明显，第二个子网的前一个地址为上一个子网的广播地址，那么第一个子网的广播地址是192.168.1.32-1，即192.168.1.31。

（3）192.168.1.159属于什么地址？

解析：该地址是子网地址192.168.1.160/27的前一个地址，所以这是子网192.168.1.128/27的广播地址。

（4）已知子网主机数量，进行子网划分

例如，已知每个部门不多于25人，如何对192.168.1.0/24进行子网划分？

解析：每个部门不多于25人，如果主机位为4位，每个子网可用地址为2^4-2=14，如果主机位为5位，每个子网可用地址2^5-2=30个。很明显，主机位为5位，划分出来的地址才够用，这时网络位为27位，子网掩码为/27，子网划分与前面介绍的案例一样，不再展开。

7. 子网掩码转换

子网掩码有两种表示方法：比如255.255.240.0，也可以表示为/20，怎么转换的呢？

（1）首先必须清楚掩码中1表示网络位，0表示主机位。255.255.240.0有两个255，每个255都可以写成8个1（11111111），那么2个255表示有16位是网络位。

（2）240转换成二进制是11110000，其中1的个数是4，而1表示网络位，那么有4位是网络位。

（3）子网掩码是16+4=20位，可以写成/20。

形象表示如图11所示。

图11 子网掩码转换

8. 掩码作用位置与地址块计算

如图13-14所示，网络掩码是X，那么：

（1）如果X范围是25～32，那么掩码作用于第四段，地址块=2^32-X，例如掩码是28，地址块=2^32-28=2⁴=16。

（2）如果X范围是17～24，那么掩码作用于第三段，地址块=2^24-X，例如掩码是22，地址块=2^24-22=2²=4。

（3）如果X范围是9～16，那么掩码作用于第二段，地址块=2^16-X，例如掩码是12，地址块=2^16-12=2⁴=16。

（4）如果X范围是0～8，那么掩码作用于第一段，地址块=2^8-X，例如掩码是7，地址块=2^8-7=2¹=2。

图12 掩码作用位置

练习题

练习题1

DHCP服务器分配的默认网关地址是220.115.5.33/28，（37）是该子网主机地址。

A.220.115.5.32 

B.220.115.5.40       

C.220.115.5.47        

D.220.115.5.55

【答案】B

【解析】由于默认网关的地址为220.115.5.33/28 ，本质是判断与此地址在同一网段的地址。由于掩码/28，主机位是32-28=4位，地址块=24=16。那么网络地址是220.115.5.32/28，此网段可用主机地址为34-46（排除网关地址33和广播地址47），其中只有40在此网段内，选B。

练习题2

主机地址122.34.2.160属于子网（38）。

A.122.34.2.64/26 

B.122.34.2.96/26       

C.122.34.2.128/26     

D.122.34.2.192/26

【答案】C

【解析】题目给出的选项都是/26掩码，故地址块为2^32-26=32，则A选项的可用地址范围是65～94，B选项的可用地址范围是97～126，C选项的可用地址范围是129～158，D选项的可用地址范围是193～222，则122.32.2.160属于C选项子网的范围。

练习题3

某公司的网络地址为192.168.1.0，要划分成5个子网，每个子网最多20台主机，则适用的子网掩码是（39）。

A.255.255.255.192 

B.255.255.255.240

C.255.255.255.224       

D.255.255.255.248

【答案】C

【解析】由“要划分成5个子网，每个子网最多20台主机”判断子网位是3，主机位是5。原始是C类地址，掩码默认是/24，增加三位子网位后，掩码变为/27，即255.255.255.224。

练习题4

某网络的地址是202.117.0.0，其中包含4000台主机，指定给该网络的合理子网掩码是（27），下面选项中，不属于这个网络的地址是（28）。

（27）A.255.255.240.0  

B.255.255.248.0    

C.255:255.252.0    

D.255.255.255.0

（28）A.202.117.0.1      

B.202.117.1.254    

C.202.117.15.2     

D.202.117.16.113

【答案】（27）A（28）D

【解析】由4000台主机，可以推出主机位是12位，掩码是/20，即255.255.240.0。可用地址范围是202.117.0.1～202.117.15.254。

练习题5

假设用户X1有4000 台主机，分配给他的超网号为202.112.64.0，则给X1指定合理的地址掩码是（29）。

A.255.255.255.0  

B.255.255.224.0      

C.255.255.248.0     

D.255.255.240.0

【答案】D

【解析】需要记住2¹⁰=1024，这是常用的数字。那么4000台，相当于4000=2*2*2¹⁰=2¹²，主机位是12位，掩码为/20，即255.255.240.0。

练习题6

地址202.118.37.192/26是（24），地址192.117.17.255/22是（25）。

（24）A.网络地址

B.组播地址       

C.主机地址       

D.定向广播地址

（25）A.网络地址   

B.组播地址       

C.主机地址       

D.定向广播地址

【答案】（24）A（25）C

【解析】由于地址202.118.37.192/26掩码为/26，作用于第4段，地址块为2^32-26=64，可以写出所有子网（递加64）：

202.118.37.0/26

202.118.37.64/26

202.118.37.128/26

202.118.37.192/26

…

202.118.37.192是子网地址，即网络地址。

地址192.117.17.255/22掩码为/22，作用于第三段，地址块为2^24-22=4，可以写出全部子网（递加4）：

192.117.0.0/22

192.117.4.0/22

……

192.117.16.0/22

192.117.20.0/22

地址192.117.17.255属于子网192.117.16.0/22的主机地址。