摘要：IP地址作為一種稀缺的網(wǎng)絡(luò)資源，如何合理充分的使用是值得研究的問題。本文從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度，以子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)絡(luò)號(hào)的概念、應(yīng)用、計(jì)算等內(nèi)容對(duì)IP地址規(guī)劃做了較為詳細(xì)的敘述。

關(guān)鍵詞：IP地址；網(wǎng)路設(shè)計(jì)；子網(wǎng)掩碼

中圖分類號(hào)：TP309.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)06-10ppp-0c

IP Address Planning Study In Network System Design

TU hong-tao

(Wuhan Software Vocational College，Wuhan 430205，China)

Abstract:As a kind of scarce network resource， it is worthy to use the IP address reasonably and fully. The paper describes in detail the IP address plan from the network system design perspective， subnet mask， the concept of network， application， the contents of the calculation.

Key word:IP address;Network Design;Subnet mask

在基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，IP地址是用來(lái)分配給網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)終端設(shè)備的網(wǎng)卡、路由器端口的唯一標(biāo)識(shí)。IP地址分為兩部分，分別為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)和主機(jī)標(biāo)識(shí)。同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)都用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)，網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)主機(jī)都有一個(gè)主機(jī)標(biāo)識(shí)與其對(duì)應(yīng)。只有在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)下的計(jì)算機(jī)之間才能“直接”通信，不同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的計(jì)算機(jī)要通過網(wǎng)關(guān)才能通信。

在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過程中，為了減少網(wǎng)絡(luò)流量、提高網(wǎng)絡(luò)性能、簡(jiǎn)化管理、擴(kuò)大地理范圍，需要把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)劃分為多個(gè)子網(wǎng)。為了把IP地址中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)部分和主機(jī)標(biāo)識(shí)部分分開，這樣就產(chǎn)生了子網(wǎng)掩碼。子網(wǎng)掩碼的可以判斷任意兩個(gè)IP地址是否屬于同一子網(wǎng)絡(luò)。

在IP地址規(guī)劃時(shí)，必須完成子網(wǎng)的劃分、子網(wǎng)的數(shù)量、子網(wǎng)掩碼、子網(wǎng)號(hào)確定等步驟。子網(wǎng)的劃分，實(shí)際上就是設(shè)計(jì)于網(wǎng)掩碼的過程。

在前面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需求分析時(shí)，可以得到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中需要多少個(gè)子網(wǎng)的大概數(shù)目。下一步就是將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分成多個(gè)子網(wǎng)時(shí)，確定這些子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼、IP地址段、網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)IP地址。

1 簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)劃分和子網(wǎng)掩碼確定

由于網(wǎng)絡(luò)中包含的計(jì)算機(jī)有可能不一樣多，有的網(wǎng)絡(luò)可能含有較多的計(jì)算機(jī)，也有的網(wǎng)絡(luò)包含較少的計(jì)算機(jī)，按照網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小，把32位地址信息設(shè)成三種定位的劃分方式，這三種劃分方法分別對(duì)應(yīng)于A類、B類、C類IP地址。

1.1 A類IP地址

A類IP地址是指在IP地址的四段號(hào)碼中，第一段號(hào)碼為網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼，剩下的三段號(hào)碼為本地計(jì)算機(jī)的號(hào)碼。如果用二進(jìn)制表示IP地址的話，A類IP地址就由1字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)地址和3字節(jié)主機(jī)地址組成，網(wǎng)絡(luò)地址的最高位必須是“0”。A類IP地址中網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識(shí)長(zhǎng)度為7位，主機(jī)標(biāo)識(shí)的長(zhǎng)度為24位，A類網(wǎng)絡(luò)地址數(shù)量較少，可以用于主機(jī)數(shù)達(dá)1600多萬(wàn)臺(tái)的大型網(wǎng)絡(luò)。A類IP地址的地址范圍為0.0.0.0-127.255.255.255，缺省的子網(wǎng)掩碼是255.0.0.0，子網(wǎng)掩碼的另一種標(biāo)注方法是/8。

1.2 B類IP地址

B類IP地址是指在IP地址的四段號(hào)碼中，前兩段號(hào)碼為網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼，B類IP地址就由2字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)地址和2字節(jié)主機(jī)地址組成，網(wǎng)絡(luò)地址的最高位必須是“10”。B類IP地址中網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識(shí)長(zhǎng)度為14位，主機(jī)標(biāo)識(shí)的長(zhǎng)度為16位，B類網(wǎng)絡(luò)地址適用于中等規(guī)模規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)所能容納的計(jì)算機(jī)數(shù)為6萬(wàn)多臺(tái)。B類IP地址的地址范圍為128.0.0.0-191.255.255.255，缺省的子網(wǎng)掩碼是255.255.0.0，子網(wǎng)掩碼的另一種標(biāo)注方法是/16。

1.3 C類IP地址

C類IP地址是指在IP地址的四段號(hào)碼中，前三段號(hào)碼為網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼，剩下的一段號(hào)碼為本地計(jì)算機(jī)的號(hào)碼。如果用二進(jìn)制表示IP地址的話，C類IP地址就由3字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)地址和1字節(jié)主機(jī)地址組成，網(wǎng)絡(luò)地址的最高位必須是“110”。C類IP地址中網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識(shí)長(zhǎng)度為21位，主機(jī)標(biāo)識(shí)的長(zhǎng)度為8位，C類網(wǎng)絡(luò)地址數(shù)量較多，適用于小規(guī)模的局域網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多只能包含254臺(tái)計(jì)算機(jī)。C類IP地址的地址范圍為192.0.0.0 - 223.255.255.255，缺省的

子網(wǎng)掩碼是255.255.255.0，子網(wǎng)掩碼的另一種標(biāo)注方法是/24。

2 使用VLSM技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分

基于A、B、C類IP地址劃分網(wǎng)絡(luò)時(shí)，很多時(shí)候會(huì)碰到這樣的情況：使用C類IP地址規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)子網(wǎng)只能包含254臺(tái)主機(jī)，當(dāng)用戶每個(gè)子網(wǎng)用戶數(shù)超過這個(gè)數(shù)量時(shí)，C類IP地址規(guī)劃不適用。于是使用B類IP地址規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)子網(wǎng)可以容納6萬(wàn)多臺(tái)主機(jī)。當(dāng)每個(gè)子網(wǎng)的實(shí)際主機(jī)數(shù)量不到6萬(wàn)臺(tái)的時(shí)候，問題就出現(xiàn)了，使用B類IP地址規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，而每個(gè)子網(wǎng)用戶數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足6萬(wàn)的時(shí)候，會(huì)造成大量的IP地址浪費(fèi)。

在這種情況下，可以運(yùn)用VLSM技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。VLSM(Variable Length Subnet Mask 可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼)，是一種可以劃分不同大小子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)分配機(jī)制，指一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以配置不同的掩碼?？勺冮L(zhǎng)度子網(wǎng)掩碼的想法是在每個(gè)子網(wǎng)上保留足夠的主機(jī)數(shù)的同時(shí)，把一個(gè)網(wǎng)分成多個(gè)子網(wǎng)時(shí)有更大的靈活性。如果沒有VLSM，一個(gè)子網(wǎng)掩碼只能提供給一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這樣就限制了要求的子網(wǎng)數(shù)上的主機(jī)數(shù)。VLSM技術(shù)對(duì)高效分配IP地址(較少浪費(fèi))以及減少路由表大小都起到非常重要的作用。

一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只能使用一種子網(wǎng)掩碼，這就限制了在給定的子網(wǎng)數(shù)目條件下主機(jī)的數(shù)目。例如你被分配了一個(gè)C類地址，網(wǎng)絡(luò)號(hào)為192.168.10.0，而你現(xiàn)在需要將其劃分為三個(gè)子網(wǎng)，其中一個(gè)子網(wǎng)有100臺(tái)主機(jī)，其余的兩個(gè)子網(wǎng)有50臺(tái)主機(jī)。一個(gè)C類地址有254個(gè)可用地址，那么如何選擇子網(wǎng)掩碼呢？當(dāng)我們?cè)谒凶泳W(wǎng)中都使用一個(gè)子網(wǎng)掩碼時(shí)這一問題是無(wú)法解決的。

2.1 子網(wǎng)掩碼的計(jì)算

使用VLSM技術(shù)可以解決上面碰到的這些問題。使用VLSM進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分時(shí)，子網(wǎng)掩碼的確定較為復(fù)雜?？筛鶕?jù)情況使用不同得方法確定子網(wǎng)掩碼。

2.1.1 利用子網(wǎng)數(shù)來(lái)計(jì)算子網(wǎng)掩碼

具體步驟如下：

①．將要?jiǎng)澐值淖泳W(wǎng)數(shù)目轉(zhuǎn)換為2的m次方。

如：要分8個(gè)子網(wǎng)，8=23。如果恰好不是是2的多少次方，則取大為原則，如要?jiǎng)澐譃?個(gè)，則同樣要考慮23。

②．將上一步確定的冪m按從高位到地位的順序占用IP地址中主機(jī)地址m位，并轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。

如m為3表示主機(jī)位中有3位被劃為“網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)號(hào)”占用，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)號(hào)應(yīng)全為“1”，所以主機(jī)號(hào)對(duì)應(yīng)的字節(jié)段為“11100000”，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制后為224。

③．取得完整的子網(wǎng)掩碼，如果是C類網(wǎng)，標(biāo)準(zhǔn)的子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，VLSM的子網(wǎng)掩碼占用了部分主機(jī)位，主機(jī)位的十進(jìn)制為224，所以完整的子網(wǎng)掩碼為255.255.255.224；如果是B類網(wǎng)，則子網(wǎng)掩碼為255.255.224.0；如果是A類網(wǎng)，則子網(wǎng)掩碼為255.224.0.0。

子網(wǎng)個(gè)數(shù)與占用主機(jī)地址位數(shù)有如下關(guān)系：2m≥n。其中，m表示占用主機(jī)地址的位數(shù)；n表示劃分的子網(wǎng)個(gè)數(shù)。

再舉一例說明如下：現(xiàn)假如要將一B類IP地址168.195.0.0劃分成27個(gè)子網(wǎng)，則它的子網(wǎng)掩碼的計(jì)算機(jī)方法如下（對(duì)應(yīng)上面各基本步驟）：

第1步：首先要?jiǎng)澐殖?7個(gè)子網(wǎng)，“27”的二進(jìn)制為“11011”；

第2步：該子網(wǎng)數(shù)二進(jìn)制為五位數(shù)，即n = 5，占用主機(jī)位5位，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為248；

第3步：將該B類地址的子網(wǎng)掩碼255.255.0.0的主機(jī)號(hào)前5位全部置“1”，即可得到 255.255.248.0，這就是劃分成 27個(gè)子網(wǎng)的B類網(wǎng)絡(luò)地址 168.195.0.0的子網(wǎng)掩碼。

2.1.2 利用主機(jī)數(shù)來(lái)計(jì)算子網(wǎng)掩碼

利用主機(jī)數(shù)來(lái)計(jì)算子網(wǎng)掩碼的方法與上面的方法類似，基本步驟如下：

1)將子網(wǎng)中需容納的主機(jī)數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制；

2)如果主機(jī)數(shù)小于或等于254（去掉保留的兩個(gè)IP地址），則統(tǒng)計(jì)由“1”中得到的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，設(shè)為N；如果主機(jī)數(shù)大于254，則 N>8，也就是說主機(jī)地址將超過8位；

3)將子網(wǎng)掩碼設(shè)為255.255.255.255，然后將第二步中得到的主機(jī)地址位數(shù)按照“從右向左”的順序全部置0，最后得到的地址即為子網(wǎng)掩碼值。

舉例如下：需將一B類IP地址的網(wǎng)絡(luò)167.194.0.0劃分成若干個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)內(nèi)有主機(jī)500臺(tái)：

第1步：進(jìn)行數(shù)制轉(zhuǎn)換

(500)10=(111110100)2；

第2步：確定主機(jī)地址位數(shù)

由上一步轉(zhuǎn)化的二進(jìn)制數(shù)，有9位，所以N=9；

第3步：確定子網(wǎng)掩碼

將該B類地址的子網(wǎng)掩碼255. 255.0.0的主機(jī)地址全部置 1，得到255.255.255.255。然后再?gòu)暮笙蚯皩⒑?位置0，可得：11111111. 11111111.11111110.00000000即255.255.254.0。這組數(shù)值就是劃分成主機(jī)為500臺(tái)的B類IP地址167.194.0.0的子網(wǎng)掩碼。

2.2 網(wǎng)絡(luò)號(hào)的計(jì)算

對(duì)于每個(gè)網(wǎng)絡(luò)以及廣域連接，必須有唯一的網(wǎng)絡(luò)號(hào)。

2.2.1 通過子網(wǎng)掩碼計(jì)算網(wǎng)絡(luò)號(hào)

子網(wǎng)號(hào)與子網(wǎng)掩碼的位數(shù)相同。計(jì)算步驟如下

①將子網(wǎng)掩碼轉(zhuǎn)化位二進(jìn)制，找出子網(wǎng)掩碼中占用主機(jī)位表示子網(wǎng)的位，按高到低的順序使用的位數(shù)。例如，一個(gè)B類IP地址W.X.0.0，子網(wǎng)掩碼為255.255.224.0，第三組十進(jìn)制數(shù)224二進(jìn)制表示為11100000，子網(wǎng)掩碼中占用了3個(gè)主機(jī)位表示子網(wǎng)；

②將最低的一位1轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，用這個(gè)值來(lái)定義子網(wǎng)的增量。上面11100000中，最低位的1是第六位的1，將這個(gè)1轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)就是32，所有子網(wǎng)間增量是32。

或者直接用256－224，等于32，所有子網(wǎng)間增量也是32。

③用這個(gè)增量計(jì)算從0開始的子網(wǎng)號(hào)，子網(wǎng)號(hào)每次增加32，直到224－32＝192為止。這個(gè)例子中的子網(wǎng)號(hào)分別為w.x.32.0、w.x.64.0、w.x.96.0……-w.x.192.0等。

2.2.2 通過主機(jī)IP地址計(jì)算網(wǎng)絡(luò)號(hào)

如果知道主機(jī)的詳細(xì)IP地址，也可以計(jì)算出網(wǎng)路號(hào)，步驟如下：

①將IP地址轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)；

②將子網(wǎng)掩碼轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)；

③兩者做邏輯與運(yùn)算，得出的結(jié)果就是該IP地址所在的網(wǎng)絡(luò)號(hào)。

例：某主機(jī)的IP地址為192.10.10.193/27，計(jì)算其網(wǎng)絡(luò)號(hào)。

第一步：將192.10.10.193轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)為，

11000000.00001010.00001010.10000000

第二步：將子網(wǎng)掩碼255.255.255.224轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)為，

11111111.11111111.11111111.11100000

第三步：兩者做邏輯與運(yùn)算

11000000.00001010.00001010.10000000

11111111.11111111.11111111.11100000 AND與運(yùn)算

11000000.00001010.00001010.10000000192.10.10.192

所以該IP地址的網(wǎng)路號(hào)為192.10.10.192。

3 IP地址分配原則

①唯一性：一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)中不能有兩個(gè)主機(jī)采用相同的IP地址；

②簡(jiǎn)單性：地址分配應(yīng)簡(jiǎn)單易于管理，降低網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的復(fù)雜性，簡(jiǎn)化路由表；

③連續(xù)性：連續(xù)地址在層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中易于進(jìn)行路由總結(jié)(Route Summarization)，大大縮減路由表，提高路由算法的效率；

④可擴(kuò)展性：地址分配在每一層次上都要留有余量，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展時(shí)能保證地址的連續(xù)性；

⑤靈活性：地址分配應(yīng)具有靈活性，可借助可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼技術(shù)(VLSM：Variable-Length Subnet Mask)，以滿足多種路由策略的優(yōu)化，充分利用地址空間。

IP地址是重要的網(wǎng)絡(luò)資源，在我們的網(wǎng)絡(luò)中不可缺少。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，對(duì)IP地址資源的要求會(huì)越來(lái)越高。為避免因IP地址的短缺而影響網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展，我們應(yīng)該在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中根據(jù)用戶需求，充分做好IP地址的規(guī)劃。

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收稿日期：2008-01-12

作者簡(jiǎn)介：涂洪濤（1971-），男，湖北武漢人，高級(jí)工程師，計(jì)算機(jī)技術(shù)碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。