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计算机网络 · 04-network

子网划分手算详解

重要度 ⭐⭐⭐⭐⭐ 计算机网络/网络层子网划分CIDRIP地址408
速查
网络地址 = IP & 掩码。可分配主机数 = 2^(主机位数) − 2;划 n 个子网需借 ⌈log₂n⌉ 位主机号;CIDR 聚合即找最长公共前缀

核心概念

IP 地址结构与分类

类别首位网络号主机号默认掩码
A 类08 位24 位255.0.0.0 (/8)
B 类1016 位16 位255.255.0.0 (/16)
C 类11024 位8 位255.255.255.0 (/24)

子网掩码与网络地址

子网掩码中网络号+子网号部分全 1、主机号全 0。子网掩码 AND IP = 网络地址

例:IP = 192.168.1.130, 掩码 = 255.255.255.192 (/26)
网络地址 = 192.168.1.130 AND 255.255.255.192 = 192.168.1.128

关键公式

  • 主机号位数 = 32 − 前缀长度(或掩码中 1 的个数)
  • 子网可容纳主机数 = 2^主机号位数 − 2(减网络地址与广播地址)
  • 子网数 = 2^借用的主机位数

例题 1 · 基本子网划分

题目:将 192.168.1.0/24 划分为 4 个子网,求每个子网的地址范围。

解答:4 个子网 → 借用 2 位主机号(2²=4),新前缀 /26,掩码 255.255.255.192,每子网 2⁶−2=62 台。

子网网络地址首可用末可用广播地址
子网0192.168.1.0/26.1.62.63
子网1192.168.1.64/26.65.126.127
子网2192.168.1.128/26.129.190.191
子网3192.168.1.192/26.193.254.255

例题 2 · 判断所属子网

题目:IP 192.168.1.200,掩码 255.255.255.224,求网络地址与广播地址。

掩码 255.255.255.224 = /27,主机号 5 位
IP 最后一节:200 = 11001000
掩码最后一节:224 = 11100000
AND 结果:      192 = 11000000
网络地址:192.168.1.192
广播地址:192.168.1.223(192 + 2⁵ − 1 = 192 + 31)
可用范围:192.168.1.193 ~ 192.168.1.222,容纳 30 台主机

例题 3 · CIDR 路由聚合

题目:将 192.168.0.0/24、1.0/24、2.0/24、3.0/24 聚合为一个超网。

第三字节:0=00000000, 1=00000001, 2=00000010, 3=00000011
前 22 位完全相同(第三字节前 6 位相同)
聚合结果:192.168.0.0/22
掩码:255.255.252.0,可容纳 2^10 − 2 = 1022 台主机

例题 4 · 按需划分子网(VLSM)

题目:172.16.0.0/16 需划分 5 个子网,容纳 500、200、100、50、20 台主机。

子网1 需 500 台 → 主机号 ≥9 位(2⁹−2=510):172.16.0.0/23  范围 .0.1~.1.254
子网2 需 200 台 → 主机号 ≥8 位(254)         :172.16.2.0/24  范围 .2.1~.2.254
子网3 需 100 台 → 主机号 ≥7 位(126)         :172.16.3.0/25  范围 .3.1~.3.126
子网4 需 50 台  → 主机号 ≥6 位(62)          :172.16.3.128/26 范围 .3.129~.3.190
子网5 需 20 台  → 主机号 ≥5 位(30)          :172.16.3.192/27 范围 .3.193~.3.222
技巧先划大子网,再在其剩余空间中由大到小依次划分,即 VLSM。

例题 5 · 掩码快速转换

题目:将 /20 转为点分十进制。

/20 = 前 20 位为 1:
11111111.11111111.11110000.00000000
  255  .  255  .  240  .   0
第3字节前4位为1:11110000 = 128+64+32+16 = 240 → 255.255.240.0
前缀末节值掩码
/30252255.255.255.252
/29248255.255.255.248
/28240255.255.255.240
/27224255.255.255.224
/26192255.255.255.192
/240255.255.255.0
/20240255.255.240.0

特殊地址

地址用途
0.0.0.0本网络本主机,不可路由
127.x.x.x环回地址,本地测试
10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16私有地址
255.255.255.255受限广播(本网段)

408 考试要点

  1. 掩码与网络地址计算:AND 运算
  2. 给定需求划分子网:计算所需主机位数
  3. CIDR 路由聚合:找最长公共前缀
  4. 判断是否同子网:分别 AND 掩码比较
  5. 特殊地址识别:私有地址、广播地址

记忆卡片

子网掩码的作用?
与 IP AND 得网络地址;1 对应网络号,0 对应主机号。
划 n 个子网借几位?
至少 ⌈log₂n⌉ 位;容纳 m 台需 2^k−2 ≥ m 求最小 k。
可用主机为何减 2?
全 0 是网络地址,全 1 是广播地址,二者不可分配。
CIDR 聚合方法?
各子网转二进制取最长公共前缀,其长度即聚合后前缀。
/26 掩码与容量?
255.255.255.192;主机号 6 位,可容纳 62 台。

图示 · /26 子网寻址

192.168.1.0/24 → 4× /26 子网0 .0 ~ .63 子网1 .64 ~ .127 子网2 .128 ~ .191 子网3 .192 ~ .255 每个子网 64 个地址,首/末各留 1 个作网络/广播地址 借主机号高 2 位(00/01/10/11)区分 4 个子网 可用:.1~.62、.65~.126、.129~.190、.193~.254
图:/24 借 2 位主机号得到 4 个连续 /26 子网。

交互动画 · /26 手算演练(8 步)

手动模式
题目:IP = 192.168.1.130,掩码 = 255.255.255.192 (/26) IP 192 168 1 130 掩码 255 255 255 192 AND 192 168 1 128 网络地址:192.168.1.128(最后一节 130 AND 192 = 128) 广播地址:192.168.1.191(主机位全 1 → 128+63) 可用主机:193 ~ 190,共 62 台(网关习惯用 .129)
网络地址 = IP & 掩码;可分配主机数 = 2^(主机位数) − 2
主机位 6 → 2⁶ = 64 个地址,去掉网络地址与广播地址剩 62 个

相关知识点

subnetting-and-cidr ipv4-address-classification arp-protocol

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