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1、Microsoft Windows 的 TCPIP子网划分Microsoft Windows 的 TCP/IP 基础知识第 4 章 - 子网划分发布日期： 2005年03月08日摘要本章详细介绍了 IPv4 和 IPv6 地址前缀的子网划分。网络管理员需要完全理解这两种地址前缀的子网划分技术以便高效地分配和管理在专用 Intranet 上分配和使用的单播地址空间。本章详细讨论了 IPv4 和 IPv6 地址前缀的不同子网划分技术。通过使用这些技术，您可以确定子网网络 ID，而对于 IPv4，您还可以确定每个新的子网网络 ID 的可用 IPv4 地址的范围。本页内容本章目标为 IPv4 划分子网

2、为 IPv6 划分子网本章小结本章术语表本章目标读完本章后，您将能够：确定以网络前缀或子网掩码形式表示的 IPv4 地址的网络 ID。确定出创建特定数目的子网需要多少个 IPv4 主机 ID 位。在一个八位位组内和跨八位位组边界为 IPv4 地址前缀划分子网，枚举出子网网络 ID 的列表和各个子网网络 ID 的有效 IPv4 地址范围。定义可变长度的子网划分以及定义如何使用这种子网划分方法来创建与特定子网上的主机数目相匹配的子网网络 ID。为全局 IPv6 地址前缀划分子网，枚举出子网网络 ID 的列表。返回页首为 IPv4 划分子网子网划分是一组技术，您可以使用这组技术来高效地划分单播地址前

3、缀的地址空间以便在组织网络的子网间进行分配。单播地址前缀的固定部分包括前缀长度和前缀长度之前的位，这些位都具有定义的值。单播地址前缀的可变部分包括前缀长度之后设置为 0 的位。子网划分就是利用单播地址前缀的可变部分来创建更高效的地址前缀（浪费较少的可用地址），分配给组织网络的子网。最初定义 IPv4 的子网划分是为了更好地利用 A 类和 B 类 IPv4 公用网络 ID 的主机位。请考虑图 4-1 中的示例网络。 图 4-1划分子网前的网络 157.60.0.0/16查看大图使用 B 类网络 ID 157.60.0.0/16 的子网可以支持多达 65,534 个节点，但同一个子网上如果有这么多

4、节点就太多了。您需要通过划分子网来更好地利用 157.60.0.0/16 的地址空间。不过，对 157.60.0.0/16 进行子网划分并不需要重新配置 Internet 的路由器。举一个简单的子网划分示例，您可以通过将第一个 8 位主机位（第三个八位位组）用于新的子网网络 ID 来对 157.60.0.0/16 进行子网划分。如果您按图 4-2 所示的方式对 157.60.0.0/16 进行了子网划分，则您将使用它们自己的子网网络 ID（157.60.1.0/24、157.60.2.0/24 和 157.60.3.0/24）来创建不同的子网，每个子网最多可以拥有 254 个主机 ID。路由器

5、将会识别不同的子网网络 ID，将 IPv4 数据包路由到相应的子网。图 4-2划分子网后的网络 157.60.0.0/16查看大图Internet 路由器仍然认为三个子网上的所有节点都位于网络 ID 157.60.0.0/16 上。Internet 路由器不会识别对 157.60.0.0/16 所作的子网划分，因此不需要重新配置。网络 ID 的子网划分对被划分子网的网络外面的路由器是不可见的。如第 3 章“IP 编址”所述，子网级别的 IPv4 单播地址的层次结构为“网络 ID/主机 ID”层次结构。地址前缀长度指定地址中有多少位是固定的并且对子网（网络 ID）上的所有接口是通用的。地址的其余

6、位（主机 ID）是可变的，用于向连接到子网的接口分配唯一的 IPv4 地址。当您为 IPv4 网络 ID 划分子网时，您会在 IPv4 地址的层次结构中定义一个额外的层次。子网网络 ID 具有“网络 ID/子网 ID/主机 ID”层次结构。在您为网络 ID 划分子网后，每个子网网络 ID 都是一个子网（或具有“网络 ID/主机 ID”层次结构的网络 ID）的新地址前缀。当您向您的组织的子网分配网络 ID 形式的 IPv4 地址前缀时，您应当从由 Internet 名称和号码分配社团 (ICANN) 或某个 Internet 服务提供商 (ISP) 分配的一个或多个公用地址前缀开始，或者从专用地

7、址空间（10.0.0.0/8、172.16.0.0/12 和 192.168.0.0/16）开始，或者从这两者开始。这组起始地址前缀代表一个固定地址空间。您可以划分 IPv4 地址前缀的可变部分来表示增加的子网和各个子网上的主机 ID。例如，IPv4 地址前缀 131.107.192.0/18 有 18 个固定位（如前缀长度所示）和 14 个可变位（地址前缀的主机 ID 部分的位）。您可能确定您的组织最多需要 50 个子网。这样，您将 14 个可变位划分为用来标识子网的 6 个位（使用 6 个位最多可以表示 64 个子网）和用来标识各个子网上的主机 ID 的 8 个位（8 个位最多可以表示 2

8、54 个主机 ID）。每个子网网络 ID 的结果地址前缀长度都是 24 位（原来的 18 位加上用于划分子网的 6 位）。IPv4 的子网划分产生了一组子网网络 ID 及与其对应的有效 IPv4 地址范围。通过将包含适当数目的主机 ID 的子网网络 ID 分配给组织的 IPv4 网络的物理子网和逻辑子网，网络管理员可以尽可能高效地利用可用的地址空间。在开始 IPv4 子网划分之前，您必须确定您的组织的当前需求，并且必须为未来的需求作出规划。请遵循下面的准则：确定您的网络需要的子网数目。子网包括主机连接到的物理或逻辑子网以及站点间的可能存在的专用广域网 (WAN) 链路。确定各个子网上需要的主机

9、 ID 数目。每个运行 IPv4 的主机和路由器接口都至少需要一个 IPv4 地址。根据这些需求，可以定义一组子网网络 ID 和各个子网网络 ID 的有效 IPv4 地址范围。各个子网的主机数目不必相同；大多数 IPv4 网络都包含不同大小的子网。尽管使用主机 ID 位进行子网划分的概念很简单，但是实际的子网划分操作要复杂一些。子网划分需要三个步骤：1.确定让子网划分使用多少个主机位。2.枚举出新的子网网络 ID。3.枚举出各个新的子网网络 ID 的 IPv4 地址范围。确定 IPv4 地址配置的网络 ID在开始 IPv4 子网划分实际操作之前，您应当能够从任意 IPv4 地址配置确定网络 I

10、D，网络 ID 通常由一个 IPv4 地址和一个前缀长度或一个 IPv4 地址和一个子网掩码组成。下面几节将向您说明在前缀长度表示为前缀长度表示形式和点分十进制（子网掩码）表示形式时如何确定 IPv4 地址配置的网络 ID。前缀长度表示形式要从使用前缀长度表示形式的任意 IPv4 地址 (w.x.y.z/n) 确定出网络 ID，请获取地址的高序 n 位的值并将它们与 32-n 个零位组合在一起。然后将生成的 32 位数字转换为点分十进制表示形式。例如，对于 IPv4 地址配置 192.168.207.47/22，其高序 22 位是 11000000 10101000 110011。为了获得网络

11、 ID，需将此结果与低序 10 位的 00 00000000 组合在一起，得到的结果便是 11000000 10101000 11001100 00000000 或 192.168.204.0/22。若要在不需要完全使用二进制数的情况下确定以前缀长度形式表示的 IPv4 地址配置的网络 ID，请使用下面的方法：1.将数字 n（前缀长度）表示为 4 个数字的和，这 4 个加数可以通过依次从 n 中减去 8 来获得。例如，20 是 8+8+4+0。2.创建一个包含三行四列的表。在第一行中，放置 IPv4 地址的十进制八位位组。在第二行中，放置在步骤 1 中确定的和的四个数字。3.对于第二行中数字为

12、 8 的列，将八位位组从第一行中复制到第三行。对于第二行中的数字为 0 的列，在第三行中放置一个 0。 4.对于第二行中数字介于 8 和 0 之间的列，将第一行中的十进制数转换为二进制，取第二行中指示的位数的高序位，用零填充其余的位，然后将得到的二进制数转换为十进制数。例如，对于 IPv4 地址配置 192.168.207.47/22，22 是 8+8+6+0。据此，构造出下面的表：192168207478860对于第一个和第二个八位位组，从第一行复制八位位组。对于最后一个八位位组，在第三行中放置一个 0。该表即变成：1921682074788601921680对于第三个八位位组，应当使用第

13、3 章“IP 编址”中介绍的十进制到二进制转换方法将数字 207 转换为二进制以获取前 6 个二进制数字。十进制数 207 是 128+64+8+4+2+1，即 11001111。取前 6 个数字 110011 并使用 00 填充该八位位组便生成 11001100，即十进制数 204。该表即变成：1921682074788601921682040这样，IPv4 地址配置 192.168.207.47/22 的网络 ID 是 192.168.204.0/22。子网掩码表示形式为从使用任意子网掩码的任意 IPv4 地址配置中提取出网络 ID，IPv4 使用了一种称为逻辑“与”比较的数学运算。在“与

14、”比较中，只有被比较的两项都为“真”时，两个被比较项的结果才为“真”；否则，结果为“假”。表 4-1 显示了四种可能的位组合的“与”运算结果。位组合结果1 AND 111 AND 000 AND 000 AND 10表 4-1“与”运算的结果因此，只有进行“与”运算的两个位都是 1 时，“与”运算的结果才是 1。否则，结果为 0。IPv4 对 32 位的 IPv4 地址和 32 位的子网掩码执行逻辑“与”比较。此种运算称为“按位逻辑与”。IPv4 地址和子网掩码的按位逻辑“与”结果就是网络 ID。例如，要确定子网掩码为 255.255.240.0 的 IPv4 地址配置 131.107.189

15、.41 的网络 ID，请将这两个数都转换为二进制表示形式并将它们对齐。然后对每个位执行“与”运算，并记下结果。IPv4 地址：10000011 01101011 10111101 00101001子网掩码：11111111 11111111 11110000 00000000网络 ID：10000011 01101011 10110000 0000000032 位的 IPv4 地址和子网掩码的按位逻辑“与”的结果就是网络 ID 131.107.176.0, 255.255.240.0。IPv4 地址和子网掩码之间的按位逻辑“与”运算的行为如下：对于地址的固定部分（子网掩码中将该部分的位设为 1

16、）中的位，将从 IPv4 地址中复制网络 ID 位，实质上就是提取 IPv4 地址的网络 ID。对于地址的可变部分（子网掩码中将该部分的位设为 0）中的位，网络 ID 位将被设置为 0，实质上就是丢弃 IPv4 地址的主机 ID 部分。概而言之，按位逻辑“与”提取 IPv4 地址的网络 ID 部分，但丢弃主机 ID 部分。得到的结果就是网络 ID。若要在不需要完全使用二进制数的情况下确定以子网掩码形式表示的 IPv4 地址配置的网络 ID，请使用下面的方法：1.创建一个包含三行四列的表。在第一行中，放置 IPv4 地址的十进制八位位组。在第二行中，放置子网掩码的十进制八位位组。2.对于第二行中

17、的数字为 255 的列，将八位位组从第一行复制到第三行。对于第二行中的数字为 0 的列，在第三行中放置一个 0。 3.对于第二行中的数字介于 255 和 0 之间的列，对前两行中的十进制数字进行“与”运算。为此，您可以将两个数字都转换为二进制，对八位位组中的所有 8 个位执行“与”比较，然后将结果转换回十进制。或者，您也可以使用一个计算器，例如 Windows 计算器（科学型）。例如，对于 IPv4 地址配置 131.107.189.41, 255.255.240.0，构造下面的表：131107189412552552400对于第一个和第二个八位位组，从第一行复制八位位组。对于最后一个八位位组

18、，在第三行中放置一个 0。该表即变成：1311071894125525524001311070对于第三个八位位组，计算 189 和 240 的“与”运算结果。以二进制形式表示，此运算变为：10111101AND1111000010110000将 10110000 转换为十进制就是 176。或者，使用 Windows 计算器来计算 189 和 240 的“与”运算结果，也会得出 176。该表即变成：1311071894125525524001311071760这样，IPv4 地址配置 131.107.189.41, 255.255.240.0 的网络 ID 就是 131.107.176.0, 2

19、55.255.240.0。定义前缀长度网络 ID 中的可变位的数目决定着子网和您在每个子网上可以拥有的主机的最大数目。在根据您的子网划分方案确定新的前缀长度之前，您应当好好考虑一下您以后将会拥有的子网和主机数目。如果您为新的前缀长度使用的可变位的数目多于所需的位数，就可以节省以后对您的 IPv4 网络重新编号所需的时间，从而也就避免了相关的管理难题。您使用的可变位越多，您可以拥有的子网就越多，但是每个子网上的主机就越少。如果您使用的前缀过长，那么，虽然子网数目的增长余地会变大，但是各个子网上的主机数目的增长却会受到限制。如果您使用的前缀过短，则各个子网上主机数目的增长余地会变大，而子网数目的增

20、长会受到限制。图 4-3 显示了一个在第三个八位位组进行子网划分的示例。图 4-3子网数目和每个子网上的主机数目间的权衡查看大图划分子网时请按照以下准则来确定新的前缀长度所用的位数：1.确定您目前和将来需要的子网数。2.在以下情况下，请在划分子网时使用更多的位：您的每个子网永远不会需要剩余位数所允许的那么多主机。子网的数目会增长，需要从主机 ID 借用额外的位。新的前缀长度应当根据您需要的子网数来定义。表 4-2 说明了使用特定数目的可变位（最多 16 位）指定各个子网时可以创建的子网数。子网数目主机位数目1-213-425-839-16417-32533-64665-1287129-2568

21、257-5129513-1,024101,025-2,048112,049-4,096124,097-8,192138,193-16,3841416,385-32,7681532,769-65,53616表 4-2需要的子网和主机位的数目单播 IPv4 地址的最大前缀长度是 30。如果将 30 个位用于网络 ID，则剩余的两个位最多可表示 4 种可能的组合。不过，全 0 和全 1 的主机 ID 是保留 ID。这样，如果使用两个主机 ID 位，则只能表示两种可用的主机 ID（01 和 10 两种组合）。可使用以下方法来确定任意子网划分方案的每个子网的最大主机数目：1.通过从 32 中减去子网前缀

22、长度来确定为主机 ID 保留的位数 m。2.用表达式 2m - 2 计算出每个子网的最大主机数目。根据您为其划分子网的地址前缀和您需要用于划分子网的位数，可以确定您是在一个八位位组内划分子网还是跨一个八位位组边界划分子网。例如，如果您开始时使用一个 18 位的地址前缀，然后又将 4 个位用于划分子网，那么您是在第三个八位位组内划分子网。（子网前缀长度是 22，仍然在第三个八位位组内。）但是，如果您开始时使用了一个 20 位的地址前缀，然后又将 6 个位用于划分子网，则您是跨第三个和第四个八位位组划分子网。（原来的前缀长度是 20，位于第三个八位位组内；而子网前缀长度是 26，位于第四个八位位组

23、内。）正如下面几节所述，在一个八位位组内划分子网和跨一个八位位组边界划分子网的具体过程大不相同。在一个八位位组内划分子网在一个八位位组内划分子网时，子网划分过程主要包含两步：定义子网网络 ID定义每个子网网络 ID 的可用 IPv4 地址的范围下面几节将介绍这些步骤。定义子网网络 ID您可以使用两种方法来定义子网网络 ID 集合：二进制十进制要使用二进制来创建子网网络 ID 的枚举列表，请执行以下步骤：1.根据所选的用于划分子网的位数 n，创建一个包含 2n 行、3 列的表。第一列存放子网编号（从 1 开始），第二列存放子网网络 ID 的二进制表示形式，第三列存放子网网络 ID 的点分十进制表

24、示形式。对于每个二进制表示形式，进行子网划分的网络 ID 所对应的位固定为它们的原始值，而所有的主机位总是设置为 0。只有子网位是可变的，您可以将它们设置为每个可能的二进制值。2.在第一行中，将子网位设置为全 0，将整个子网网络 ID 转换为点分十进制表示形式。所得的结果就是使用新的前缀长度的原始网络 ID。3.在下一行中，递增子网位内的值。4.将二进制结果转换为点分十进制表示形式。5.重复步骤 3 和 4，直到您完成该表。例如，您可以对专用网络 ID 192.168.0.0/16 执行一个 3 位子网划分。新的子网网络 ID 的子网掩码是 255.255.224.0 或 /19。根据 n =

25、 3，构造一个 8 (= 23) 行的表，如表 4-3 所示。在子网 1 的行中，将所有的子网位（表中以粗体显示的部分）设置为 0，并在随后的各个行中递增它们。子网二进制表示形式子网网络 ID111000000.10101000.00000000.00000000192.168.0.0/19211000000.10101000.00100000.00000000192.168.32.0/19311000000.10101000.01000000.00000000192.168.64.0/19411000000.10101000.01100000.00000000192.168.96.0/195

26、11000000.10101000.10000000.00000000192.168.128.0/19611000000.10101000.10100000.00000000192.168.160.0/19711000000.10101000.11000000.00000000192.168.192.0/19811000000.10101000.11100000.00000000192.168.224.0/19表 4-3使用二进制子网划分技术进行 192.168.0.0/16 的 3 位子网划分注RFC 950 和 RFC 1122 禁止将用于划分子网的位设置为全 1 或全 0（全 1 和全

27、0 子网）。但是，RFC 1812 却允许这样做。要使用十进制数来创建子网网络 ID 的枚举列表，请执行以下步骤：1.根据八位位组中已固定的位数 f 和您用于划分子网的位数 n，采用下面的公式计算出子网递增值 i：i =2(8-f-n)。所得的结果就是您在对其划分子网的八位位组的用于各个子网的递增值。2.根据您用于划分子网的位数 n，创建一个包含 2n 行、3 列的表。第一列存放子网编号（从 1 开始），第二列存放被划分子网的八位位组的十进制表示形式，第三列存放子网网络 ID 的点分十进制表示形式。3.在第一行中，将第二列设置为进行子网划分的地址前缀中的起始八位位组值，将第三列设置为使用新的前

28、缀长度的原始网络 ID。4.在下一行中，将第二列设置为上一行中的数字增加 i 后的结果；同时，从第二行起，将第三列设置为子网网络 ID 加上被划分子网的八位位组。5.重复步骤 4，直到您完成该表。例如，要对专用网络 ID 192.168.0.0/16 执行一个 3 位子网划分，应当使用公式 i = 2(8-f-n) 计算子网递增值。在此例中，f=0，n=3。因此，子网递增值是 2(8-0-3) = 2(5) = 32。子网网络 ID 的前缀长度是 /19。根据 n = 3，构造一个 8 (= 23) 行的表，如表 4-4 所示。在子网 1 的行中，放置使用新的前缀长度的原始网络 ID，然后通过

29、使被划分子网的八位位组递增 32 来完成剩余的行。子网被划分子网的八位位组的十进制值子网网络 ID10192.168.0.0/19232192.168.32.0/19364192.168.64.0/19496192.168.96.0/195128192.168.128.0/196160192.168.160.0/197192192.168.192.0/198224192.168.224.0/19表 4-4使用十进制子网划分技术进行 192.168.0.0/16 的 3 位子网划分定义各个子网的 IPv4 地址的范围可以使用两种方法来定义各个子网的 IPv4 地址的范围：二进制十进制要定义各个子

30、网内可用的主机 ID，您需要让子网网络 ID 中的位保持不变，而将其余的位（IPv4 地址的主机部分的位）设置为除全 1 和全 0 以外的所有可能的值。回忆一下第 3 章“IP 编址”，在定义给定的地址前缀的有效 IPv4 单播地址范围时，您应当使用下面的标准操作：对于范围内的第一个 IPv4 单播地址，请将地址中的最低序位设置为 1，而将地址中的所有其他主机位均设置为 0。对于范围内的最后一个 IPv4 单播地址，请将地址中的最低序位设置为 0，而将地址中所有其他主机位均设置为 1。为各个子网网络 ID 得出的结果都是一个值范围，它描述了该子网的所有可能的单播 IPv4 地址。要使用二进制方法为一组子网网络 ID 定义有效 IPv4 地址的范围，请执行以下步骤：1.根据所选的用于划分子网的主机位数 n，创建一个包含 2n 行、3 列的表