子网划分探讨

2023.11.02

程寿绵

摘要：子网划分是计算机网络专业课程中的一个难点。文章从子网划分的应用场合，子网划分的考点等方面说明子网划分的重要性，引起学习者重视，然后从子网掩码的作用，子网划分计算及计算技巧等方面讲解分析子网划分的问题，希望对实际工程中子网划分的应用技巧能有一定的指导作用。

关键词：子网划分；子网掩码；IP地址

在教学过程中，关于子网划分的技能学生往往会觉得是难点，在实际工作中，关于子网划分应用广泛。于是，在网上百度子网划分的信息，发现有老师分享了如何快速教学生做子网划分题目的方法，笔者觉得这些方法（比如观察法）很好。但是，忽视了一个很重要的问题，就是子网划分的应用，希望学生学习了这个知识点不仅是会做题目，还要能学以致用。下面，笔者和大家一起讨论子网划分的问题，希望能够共同进步。

1.为什么要划分子网

参看诸如《计算机网络》和《交换路由技术》等教材，归纳起来，划分子网的目的主要有：（1）节约IPv4的IP地址。IPv4把IP地址划分为A，B，C，D，E，5类，主要使用其中的A，B，C，3类。这3类IP地址有限，不能满足需求，但同时，一家公司不需要一个网络（如c类网络）内的所有IP，而造成IP浪费。子网划分可以按需分配IP，减少浪费，节约IP地址。（2）提高网络安全。网络内信息以广播式发送，子网划分将原来一个广播域划分成若干个较小的广播域，提高了网络安全性。（3）提高网络传输的效率。在以太网中，网络内有大量的广播信息存在，子网划分将原来一个广播域划分成若干个较小的广播域，减少广播信息量及缩小广播的范围，提高了网络传输的效率。

1.1划分子网在局域网内的使用

教师讲解子网划分知识点的前后，讲了私有IP地址、特殊IP地址、VLAN和NAT技术等知识点。有的学生就会想，私有IP地址就可以缓解IP地址不足的问题，再运用NAT技术，对于局域网来说，在内网使用私有IP地址，有一个公网IP地址就可以了，子网划分用不上。确实如此，如对于一个需要2万个IP地址的校园网来说，采用c类私有IP地址就可以了。c类私有IP地址：192.168.0.0-192.168.255.255，有255+c类网络，每个网络有254个IP地址可用，共有255×254个IP可用。绝大多数学校的机房和实训室都是使用私有IP地址，没有必要在局域网内使用子网划分。当然，想进行子网划分也是可以的。

1.2划分子网在城域网、广域网中的使用

在城域网、广域网中使用公网IP地址，目前大量使用Ipv4～IP地址。因为IP地址不足的同时又存在IP地址浪费，就需要子网划分，充分利用已有的IP地址，缓解IP地址不足的问题。在路由器上配置静态路由，动态路由（RIP和OSPF等）时要使用子网掩码或者反子网掩码，路由器依据子网掩码或者反子网掩码确定网段，在网段间进行路由选择，传送数据包。理解了子网掩码的作用，进一步让学生体会到子网掩码的作用及子网划分的重要性。

下面给出一个子网划分的示例。学校校园网出口设备Routerl连接到中国电信的网络设备Router2上，网络拓扑结构图如图1所示。

网络设备Routerl的S2/0接口与网络设备Router2的s2/0接口连接。这两个接口属于同一个网段，这个网段仅有这两个接口。为了节约IP地址，进行子网划分，尽可能少地浪费IP地址。可以这样规划IP地址：S2/0接口IP：193.168.100.1/30（即子网掩码是255.255.255.252），S2接口IP：193.168.100.2/30。这个网段必须使用公网IP地址，如果不进行子网划分，那就意味着这两个接口使用两个IP地址（每个接口一个IP地址）需要占用一个网段，会浪费很多个IP地址。进行子网划分，可以尽可能地避免这种浪费。按照上面的IP规划，把c类的IP网络划分成多个子网，这个子网的主机地址是32-30=2位，于是子网内可用IP地址数为22-2=2个。2个IP地址刚好分给这两个接口，做到了尽可能地节约IP地址。

1.3子网划分在考试中的占分比

子网划分是计算机网络课程中的一个重点难点，通过以上分析，让学生明白了其应用场合和重要性，使压力变为动力，能认真去学习，思考这个知识点。在全国计算机等级考试四级网络工程师考试中，子网划分的题目占分比在15%左右，在国家软件水平考试的网络工程师考试中，子网划分的题目占到10%左右。进一步说明子网划分在城域网、广域网网络中的重要性，要成为一名深资的网络工程师，子网划分是要掌握的关键点之一。

2.如何学习子网划分

2.1理解子网掩码

2.1.1理解子网掩码的作用

如果是A，B，C，D，E类IP地址，没有进行划分子网，那么从IP中就可以确定IP地址的类型及网络号和主机号。划分子网是从IP地址的主机地址中划分一位或者多位到网络地址中，改变了网络地址的长度和主机地址的长度，无法直接从IP地址中确定网络地址和主机地址的长度，也就无法确定IP地址的网络号和主机号。划分子网后，从IP中只能确定IP地址的类型，不能确定IP的网络号和主机号。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，于是需要使用子网掩码来确定对应IP中网络地址和主机地址的长度。子网掩码的作用就是来确定它对应IP的网络地址和主机地址位数。子网掩码的特点是转换成二进制后，“1”是连续的，“0”也是连续的，“1”中没有“0”，“0”中没有“1”；“1”表示与它相应的IP（二进制时）的对应位是属于网络地址，“0”表示与它相应的IP（二进制时）的对应位是属于主机地址。就清楚了子网划分前要搞清楚子网掩码的重要性及作用。

2.1.2理解子网掩码与IP地址配对使用

通过上面的分析知道：没有子网划分时，根据IP地址的类型就能确定IP地址中的网络地址和主机地址长度；子网划分后，需要通过子网掩码来确定对应IP地址的网络地址和主机地址的长度。什么时候划分了子网，什么时候没有划分子网，无法表示。于是统一规定：一个IP地址配对一个子网掩码，由子网掩码来确定对应IP地址中网络地址长度，也就确定了网络号。路由器根据子网掩码计算出网络号，确定网段，进行路由选择。这就是子网掩码和IP地址配对使用的原因。

2.2子网划分讲解

对于初学者来说，给他讲子网划分的计算技巧，只能是让他得到正确计算结果，并不知道为什么要这么算，在网络规划时就不会IP规划了。所以，先得讲清楚子网划分的过程和步骤。这里看到的IP地址是采用点分十进制表示的，实际在计算机和网络设备中是二进制形式的。于是，学习者计算的时候要把十进制的IP地址转化为二进制，再进行计算。路由器依据子网掩码正确判断任意IP地址是否是本网段的，从而正确地进行路由。进行子网划分计算，就是让学习者模仿路由器等网络设备进行计算网络号和主机号过程来计算一次，从而加深对子网划分的理解和应用。子网划分过程见教材《网络设备互连学习指南》（科学出版社出版，高侠、陈智罡、袁宗福编著，ISBN：9787030241672）第146页至149页。同时在网络上，百度百科中也有子网划分的详细计算过程。

上面教材和网络中的子网划分计算过程，归纳起来有4步：（1）通过子网掩码确定对应IP的网络地址和主机地址位数；（2）把IP地址点分十进制转换成点分二进制；（3）计算出网络号和主机号；（4）写出子网号和子网内第一个可用IP，并把它转化成点分十进制形式。理解了子网划分，再按照这4个步骤进行子网划分就容易多了。

2.3子网划分计算技巧

计算技巧是对于熟悉了子网划分计算过程的学习者来说的。针对上面计算过程的4个步骤，笔者发现从第2步到第4步过程中，先把IP地址点分十进制数据转换成二进制，然后又转换成十进制数据，这个过程是可以简算的。发现IP地址的4个字节中，如果某个字节是网络地址或者是主机地址的话，由十进制转换成二进制，又转换成十进制，这个计算过程是不必要的；某个IP字节包含网络地址和主机地址，这个字节就要计算，需要把十进制转换成二进制，找出其网络地址和主机地址，进行计算。这个过程对二进制计算熟悉就比较容易计算，如果熟悉20=1，21=2，22=4，23=8，24=16，25=32，26=64，27=128，28=256，就可以口算了。因为IP地址的每个字节是8位二进制数，最大是二进制的“11111111”，即28-1=255，任何一个小于等于255的十进制的数转换成二进制是上面这些2的N次方数的一个或者几个之和。例如：IP地址是150.151.152.153，子网掩码是255.255.224.0。先分析子网掩码：255转换成二进制是11111111，224转换成二进制是11100000。于是就知道IP地址的第1、第2个字节是网络地址，第4个字节是主机地址，第3个字节既包含网络地址又包含主机地址，只要计算第3个字节就可以了，第3个字节是152，转换成二进制是10011000，得到前3位“100”属于网络地址，“100”也是子网号，后五位“11000”属于主机地址。于是得到网络地址是150.151.128.0/19。

3.结语

对于子网划分这个知识点，笔者觉得最重要的是理解其意义及应用。它的计算过程要从计算的4个步骤开始学习，不要一开始就求计算技巧。希望学习者是能学以致用，不是会算不会用。