|
|
|
|
|
（1）IP地址空间利用率很低。由于Internet的IP地址采用两级结构，即网络号和主机号，这样的设计有不够合理的地方。IP地址中的A~C类地址，可供分配的网络号码超过211万个，而这些网络上的主机号的总数则超过37.2亿个，初看起来，似乎IP地址足够全世界来使用（在20世纪70年代初期设计IP地址时就是这样认为的）。其实不然。第一，当初没有预计到计算机会普及得如此之快，各种局域网以及局域网上的主机数目急剧增长。第二，IP地址在使用时有很大的浪费。例如，某个单位申请到了一个B类地址，但该单位只有1万台主机。于是，在一个B类地址中的其余55 000多个主机号就白白浪费了，因为其他单位的主机无法使用这些号码。
|
|
|
|
（2）大型的网络将影响网络性能。从网络吞吐量考虑，将大量主机安装在一个网络上往往会影响网络的性能。当网络上工作的主机数小于一定数值时，网络的吞吐量和网络上工作的主机数大约成正比。但是当网络上工作的主机数超过一定数量时，拥塞就可能产生，这就导致网络的吞吐量增加、速度变慢，网络性能甚至会随着主机数的增加而下降。
|
|
|
|
（3）IP地址的两级结构不够灵活。有时情况紧急，一个单位需要在新的地点马上开通一个新网络。但是在申请到一个新的IP地址之前，新增加的网络不可能连接到互联网上工作。用户希望有一种方法，使本单位能随时灵活地增加网络，而不必事先到互联网管理机构去申请新的网络号，但原来的两级IP地址结构无法做到这一点。
|
|
|
|
|
|
为了解决上述问题，在IP地址中又增加了一个"子网号字段"，使原来两级的IP地址变成为三级的IP地址，这样就能够较好地解决上述问题，并且使用起来也很灵活。划分子网的基本思路如下。
|
|
|
|
（1）一个拥有许多物理网络的单位，可将其物理网络划分为若干个子网（Subnet）。划分子网纯属一个单位内部的事情，本单位以外的网络看不见这个网络由多少子网组成，对外仍表现为一个没有划分子网的网络。
|
|
|
|
（2）划分子网的方法是从IP地址的主机号借用若干位作为子网号subnet-id，而主机号host-id也就相应地减少了若干位。于是，两级的IP地址在本单位内部就变为三级IP地址，即网络号net-id、子网号subnet-id和主机号host-id，如下图所示。
|
|
|
|
|
|
|
|
（3）凡是从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报，仍然是根据IP数据报的目的网络号net-id找到连接在本单位网络上的路由器。但此路由器在收到IP数据报后，再按目的网络号net-id和子网号subnet-id找到目的子网，并将IP数据报交付给目的主机。
|
|
|
|
下面用一个例子来说明划分子网的概念。一个单位拥有一个B类IP地址，网络地址是141.14.0.0（net-id是141.14）。凡目的地址为141.14.x.x的数据报都被送到这个网络上的路由器R1。
|
|
|
|
现将下图所示的网络划分为3个子网，如下图所示。这里假设子网号subnet-id占8位，因此在增加子网号后主机号host-id就只有8位。所划分的3个子网分别是141.14.2.0、141.14.7.0和141.14.99.0。在划分子网后，整个网络对外仍表现为一个网络，其网络地址仍然是141.14.0.0。但路由器R1收到数据报后，再根据数据报的目的地址将其转发到相应的子网。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
虽然上面已经把一个网络划分为若干个子网，但路由器R1必须知道数据报中目的IP地址的网络号net-id、子网号subnet-id和主机号host-id各是多少位，这就需要通过子网掩码（Subnet Mask）来实现。
|
|
|
|
子网掩码和IP地址一样，也是32位长，由一串1和跟随的一串0组成。子网掩码中的1对应于IP地址中的网络号net-id和子网号subnet-id，而子网掩码中的0对应于IP地址中的主机号host-id。要得到网络或子网地址，只需将IP地址和子网掩码进行按位"与"（AND）运算即可。下图说明了子网掩码的工作方式。
|
|
|
|
|
|
|
|
上图（a）表示在未划分子网情况下，网络地址是IP地址与它默认的子网掩码（255.255.0.0）按位"与"运算的结果，即将主机号host-id设置为0的IP地址。上图(b)表示在划分子网情况下，当主机号借用8位作为子网号subnet-id，子网掩码中"1"的个数相应地增加8，即255.255.255.0。这时将子网掩码和IP地址按位"与"运算就得到了子网地址。这里要注意是：网络地址（在划分子网时常称为子网地址）并不仅仅是一个子网号subnet-id，而是将主机号host-id设置为0的IP地址。可以看出，子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。
|
|
|
|
与IP地址相同，子网掩码通常也使用点分十进制表示法表示，如255.255.255.0、255.255.255.240等。有时为了表示方便，通常在IP地址后加一个"/网络号和子网号位数"。例如，210.45.12.58/28就表示该IP地址的网络号net-id和子网号subnet-id共占用28位，主机号占用32-28=4位，如果用点分十进制表示法表示，则子网掩码是255.255.255.240（11111111.11111111.11111111.11110000）。
|
|
|
|
使用子网掩码的好处是：不管网络是否划分子网，也不管IP地址中的网络号net-id和子网号subnet-id是多少位，只要将子网掩码和IP地址进行按位"与"运算，就可立即得出网络地址。这样在路由器处理到来的IP分组时就可采用同样的算法。
|
|
|
|
如果一个网络不划分子网，那么该网络的子网掩码就使用默认子网掩码。默认子网掩码中值为1的位与IP地址的网络号net-id所占位正好相对应。因此默认子网掩码和不划分子网的IP地址按位"与"（AND）运算，就得出该IP地址的网络地址，这样做可以不用查找该地址的分类位就能知道这是哪一类的IP地址。显然，A类、B类和C类网络默认子网掩码分别是255.0.0.0(/8)、255.255.0.0(/16)、255.255.255.0(/24)，如下图所示。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B类地址由两个字节的网络号net-id和两个字节的主机号host-id组成。一个得到B类地址的组织可以有一个单独的物理网络，在此网络上连接的计算机可达65 534（216-2）个。但是，若该组织愿意有更多的物理网络，则这个大的范围可划分成许多更小的范围。下表说明了一个B类地址可以有多少种子网划分的方法。在采用固定长度子网时划分的所有子网的子网掩码都是相同的。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
例如，一个具有B类地址的组织的网络号为X.Y.0.0（128≤X≤191），需要至少12个子网，试找出子网掩码和每个子网的配置。因为需要至少12个子网，因此至少需要向主机号host-id借4位（23-2≤12≤24-2）来构造子网，网络号net-id和子网号subnet-id共12位（8+4=12），所以子网掩码为11111111.11111111.11110000.00000000，即255.255.240.0。每个子网有4096（212=4096）个地址，其中第一个地址用来定义子网（子网地址），而最后一个地址用于子网内广播（广播地址），这就表明连接到每一个子网上的计算机数最多是4094。下表列出了每个子网的地址范围。
|
|
|
|
|
|
|
 注意：根据RFC 950的规定，进行子网划分时对于子网号subnet-id为全0和全1的子网不允许使用，因此上表中第0个子网和第15个子网是不可用的。但随着无分类域间路由选择CIDR的广泛使用，现在全0和全1的子网也可以使用，但一定要谨慎使用，要弄清所使用的路由器是否支持全0和全1的子网。
|
|
|
|
|
|
C类地址由3个字节的网络号net-id和一个字节的主机号host-id组成。一个得到C类地址的组织可以有一个单独的物理网络，在此网络上连接的计算机可达254（28-2）个。但是，若该组织愿意有更多的物理网络，则这个大的范围可划分成许多更小的范围。下表说明了一个C类地址可以有多少种子网划分的方法（在采用固定长度子网时，划分的所有子网的子网掩码都是相同的）。
|
|
|
|
|
|
|
|
例如，一个具有C类地址的组织的网络号为X.Y.Z.0（192≤X≤223），需要至少5个子网，试找出子网掩码和每个子网的配置。因为需要至少5个子网，划分时至少要7个子网，5个是可用的，两个保留为特殊地址，不可用，因此至少需要向主机号host-id借3位（22-2≤5≤23-2）来构造子网，网络号net-id和子网号subnet-id共27（24+3）位，所以子网掩码为11111111.11111111.11111111.11100000，即255.255.255.224。每个子网有32个（25=32）地址，其中第一个地址用来定义子网（子网地址），而最后一个地址用于子网内广播（广播地址），这就表明连接到每一个子网上的计算机数最多是30。下表列出了每个子网的地址范围。
|
|
|
|
|
|
|
|
A类地址的子网规划方法与B类、C类相似，因篇幅所限，这里不作详细介绍。
|
|
|
|
|
|
互联网允许一个地点使用变长子网划分。下面举例说明什么时候有这种需要。例如，一个具有C类地址的地点需要划分为5个子网，其连接的主机数分别为60、60、60、30和30。这个地点不能使用给子网分配两个位的掩码，因为这样将只有4个可连接62（256/4-2=62）台主机的子网。在这个地点使用给子网分配3个位的掩码也不行，因为这样将有8个可连接30（256/8-2=30）台主机的子网（应注意，这里放松了对特殊地址的要求，即子网号为全0和全1可用）。
|
|
|
|
解决这个问题的一种方法是使用变长子网划分，在这种配置中路由器使用两个不同的掩码。它先使用具有26个1的掩码（11111111.11111111.11111111.11000000或255.255. 255.192），将网络划分为4个子网。然后再对其中的一个子网使用具有27个1的掩码（11111111.11111111.11111111.11100000或255.255.255.224），将其划分为两个更小的子网（见下图）。
|
|
|
|
|
|
|
