【计算机网络】网络层 : 子网划分 ( 三级 IP 地址 | 子网划分 | 子网掩码 | 子网掩码计算示例 | 子网的分组转发 )★

一、分类 IP 地址缺点

IP 地址分类 :

• A A A 类 : 网络号占 1 1 1 字节 , 第一位是 0 0 0 ;

• B B B 类 : 网络号占 2 2 2 字节 , 前两位是 10 10 10 ;

• C C C 类 : 网络号占 3 3 3 字节 , 前三位是 110 110 110 ;

• D D D 类 : 网络号占 4 4 4 字节 , 前四位是 1110 1110 1110 , 该类地址是多播地址 ;

• E E E 类 : 前四位是 1111 1111 1111 , 暂时没有启用 , 保留 ;

分类 IP 地址缺点 :

① IP 地址的空间利用率很低 ;

② 两级 IP 地址灵活性差 ;

二、子网划分

子网划分 :

① 二级 IP 地址 : 网络号 + 主机号 ;

② 三级 IP 地址 : 子网划分中 , 在主机号中 , 拿出一部分地址 , 作为子网号 , 那么子网划分 IP 地址组成是 : 网络号 + 子网号 + 主机号 ; 其中 子网号 + 主机号 , 相当于 二级 IP 地址中的主机号 ;

三级 IP 地址 :

① 子网划分对外透明 : 划分子网后, 对外仍然表现为一个网络 , 外部是不知道内部子网划分的详细信息的 ;

② 主机号位数 : 主机号 至少要留下 两位 , 因为如果留下 一位 , 只能取值 0 0 0 或 1 1 1 , 这两位都是不可使用的 , 一个代表网络, 一个代表广播地址 ;

③ 子网号 : 是否能够设置成全 0 0 0 , 或者 全 1 1 1 , 看前提情况 ;

④ 主机号 : 不能设置成 全 0 0 0 , 全 1 1 1 ;

三、子网掩码

两级 IP 地址 : 网络号 + 主机号 ; 如 : 145.13.3.10 145.13.3.10 145.13.3.10 ; 其中 145.3 145.3 145.3 是网络号 , 3.10 3.10 3.10 是主机号 ;

子网掩码 : 网络号对应位数全部设置成 1 1 1 , 主机号对应的位数 , 全部设置成 0 0 0 ; 上述 两级 IP 地址对应的子网掩码是 11111111 11111111 00000000 00000000 11111111 \quad 11111111 \quad 00000000 \quad 00000000 11111111111111110000000000000000 , 写成点分十进制就是 255.255.0.0 255.255.0.0 255.255.0.0 ;

三级 IP 地址 : 网络号 + 子网号 + 主机号 ; 如 145.13.3.10 145.13.3.10 145.13.3.10 ; 其中 145.3 145.3 145.3 是网络号 , 3 3 3 是子网号 , 10 10 10 是主机号 ;

子网掩码 : 网络号 和 子网号 对应位数全部设置成 1 1 1 , 主机号对应的位数 , 全部设置成 0 0 0 ; 上述 两级 IP 地址对应的子网掩码是 11111111 11111111 11111111 00000000 11111111 \quad 11111111 \quad 11111111 \quad 00000000 11111111111111111111111100000000 , 写成点分十进制就是 255.255.255.0 255.255.255.0 255.255.255.0 ;

四、子网掩码作用

子网掩码作用 : 计算 目的地址 的网络地址 ;

拿到一个 目的地址 , 将目的地址 与 子网掩码 进行与运算 , 就可以得到子网网络地址 ;

常用的二进制数据 :

• 二进制 1000 0000 1000 \quad 0000 10000000 对应十进制 128 128 128
• 二进制 1100 0000 1100 \quad 0000 11000000 对应十进制 192 192 192
• 二进制 1110 0000 1110 \quad 0000 11100000 对应十进制 224 224 224
• 二进制 1111 0000 1111 \quad 0000 11110000 对应十进制 240 240 240
• 二进制 1111 1000 1111 \quad 1000 11111000 对应十进制 248 248 248
• 二进制 1111 1100 1111 \quad 1100 11111100 对应十进制 252 252 252
• 二进制 1111 1110 1111 \quad 1110 11111110 对应十进制 254 254 254
• 二进制 1111 1111 1111 \quad 1111 11111111 对应十进制 255 255 255

五、子网掩码 示例1

IP 地址 141.14.72.24 141.14.72.24 141.14.72.24 , 子网掩码是 255.255.192.0 255.255.192.0 255.255.192.0 , 求对应的网络地址 ?

① 子网掩码 前两位 是 255 255 255 , 141.14 141.14 141.14 与 255.255 255.255 255.255 与运算结果是 141.14 141.14 141.14 ;

② 子网掩码最后一位是 0 0 0 , 因此 24 24 24 与 0 0 0 相与后 , 结果是 0 0 0 ;

③ 只需要计算第三位 72 72 72 与 192 192 192 相与的结果 :

( 0100 1000 ) & ( 1100 0000 ) = 0100 0000 (0100 \quad 1000 ) \quad \& \quad (1100 \quad 0000) = 0100 \quad 0000 (01001000)&(11000000)=01000000

转为十进制后为 64 64 64 ;

网络地址为 : 141.14.64.0 141.14.64.0 141.14.64.0 ;

六、子网掩码 示例2

IP 地址 141.14.72.24 141.14.72.24 141.14.72.24 , 子网掩码是 255.255.224.0 255.255.224.0 255.255.224.0 , 求对应的网络地址 ?

① 子网掩码 前两位 是 255 255 255 , 141.14 141.14 141.14 与 255.255 255.255 255.255 与运算结果是 141.14 141.14 141.14 ;

② 子网掩码最后一位是 0 0 0 , 因此 24 24 24 与 0 0 0 相与后 , 结果是 0 0 0 ;

③ 只需要计算第三位 72 72 72 与 224 224 224 相与的结果 :

( 0100 1000 ) & ( 1110 0000 ) = 0100 0000 (0100 \quad 1000 ) \quad \& \quad (1110 \quad 0000) = 0100 \quad 0000 (01001000)&(11100000)=01000000

转为十进制后为 64 64 64 ;

网络地址为 : 141.14.64.0 141.14.64.0 141.14.64.0 ;

255.255.224.0 255.255.224.0 255.255.224.0 子网掩码 与 255.255.192.0 255.255.192.0 255.255.192.0 子网掩码对比 :

• 255.255.192.0 255.255.192.0 255.255.192.0 子网掩码中 , 192 192 192 对应的二进制数为 1100 0000 1100 \quad 0000 11000000 , 其中有 6 6 6 位是主机号 , 加上剩余的最后 1 1 1 字节 , 主机号共有 14 14 14 位 ;
• 255.255.224.0 255.255.224.0 255.255.224.0 子网掩码中 , 224 224 224 对应的二进制数为 1110 0000 1110 \quad 0000 11100000 , 其中有 5 5 5 位是主机号 , 加上剩余的最后 1 1 1 字节 , 主机号共有 13 13 13 位 ;

七、子网掩码 示例3

主机 IP 地址是 180.80.77.55 180.80.77.55 180.80.77.55 , 其子网掩码是 255.255.252.0 255.255.252.0 255.255.252.0 , 写出该主机所在的子网的广播地址 ;

广播地址 , 网络号正常 , 主机号都是 1 1 1 ;

先求出其网络号 , 然后设置全 1 1 1 的主机号 ;

主机地址 180.80.77.55 180.80.77.55 180.80.77.55 与 子网掩码 255.255.252.0 255.255.252.0 255.255.252.0 进行与运算 , 就可以得到其子网号 ;

77 & 252 = 0100   1101 & 1111   1100 = 0100   1100 77 \& 252 = 0100 \ 1101 \& 1111 \ 1100 =0100 \ 1100 77&252=0100 1101&1111 1100=0100 1100

将 0100   1100 0100 \ 1100 0100 1100 转为十进制是 76 76 76 ;

网络号是 : 180.80.76.0 180.80.76.0 180.80.76.0

广播地址 : 将主机号都设置为 1 1 1 , 即可得到 广播地址是 : 180.80.79.255 180.80.79.255 180.80.79.255

八、子网 的 分组转发

路由表 : 每个路由器中都有一个路由表 , 如果划分了子网 , 那么每个路由表都包含以下内容 :

① 目的网络地址 ;

② 目的网络 子网掩码 ;

③ 下一跳地址 : 下一跳的路由器地址 , 接口 ;

路由器 转发分组 算法 :

① 提取 IP 地址 : 从 IP 分组中 , 提取 目的 IP 地址 ;

② 查看是否可以直接交付 : 直接交付就是直接将分组交给连接该路由器的主机 ; 间接交付 是 路由器是子网的子网 , 需要经过多个路由器才能交付 ;

③ 特定主机路由 : 路由表中 , 定了该目的 IP 地址的路由路径 , 直接按照该路径交付分组 ;

④ 检测路由表中有无路径 : 路由器所连接的所有的子网 , 使用 目的 IP 地址 与 子网掩码 与运算 , 检查该 目的 IP 地址属于哪个子网 ;

⑤ 默认路由 : 0.0.0.0 0.0.0.0 0.0.0.0 , 前面的步骤都没有找到目的主机 , 此时就交给默认路由 , 默认路由就会发给另外的路由器, 继续循环执行上面步骤 , 如果分组在生存时间内没有交付 , 就会报告出错 ;