8.2、网络层—有类IP地址的子网划分和无类地址间路由（CIDR）

一、有类IP地址的子网划分

1.1、有类IP地址

1.1.1、有类IP地址划分规则

通过固定IP编址的高比特位的取值（二分法的思路），可以将IPV4的所有地址类型划分为A类~E类，A类、B类、C类地址总共占总地址数量的87.5%，D类地址和E类地址不再区分网络号（NetID）和主机号（HostID），D类地址用来标识Internet网络中的多播地址的主机，多播地址的主机有以下3个特性：
①、多播地址的主机可以分布于Internet网络中的任何地方；
②、多播地址的主机只能作为接收方接收IP分组；
③、向多播地址的主机发送一个IP分组后，属于同一个组多播地址的主机都会收到一份相同的IP分组副本；
E类地址目前仍然保留，作为研究使用。如下图所示：

上图中的A类、B类、C类、D类、E类网络地址有以下特点：
①、A类网络的网络号（NetID）第1位固定为0，A类网络的网络号占用8bit，主机号占用24bit；
②、B类网络的网络号（NetID）前2位固定为10，B类网络的网络号占用16bit，主机号占用16bit；
③、C类网络的网络号（NetID）前3位固定为110，C类网络的网络号占用24bit，主机号占用8bit；
④、D类、E类网络不再区分网络号和主机号，D类网络前4位固定为1110，E类网络前4位固定为1111。

1.1.2、特殊的IP地址和私有的IP地址

通过有类IP地址划分后，A类IP地址、B类IP地址、C类IP地址都有了各自的地址范围，但是A类IP地址、B类IP地址、C类IP地址中都存在一部分特殊IP地址不能分配给主机或者IP接口来使用，如下图所示：

同时，A类IP地址、B类IP地址、C类IP地址中还保留了一部分地址空间作为私有地址，私有地址有以下2个特点：
①、私有地址只能用于内部网络，公共互联网中的核心路由器不能识别私有地址；
②、私有地址的主机需要与公网上的主机进行通讯时，必须要经过地址转换，将其私有地址转换为合法公网地址才能对外访问。

1.1.3、A类IP地址、B类IP地址、C类IP地址

通过有类IP地址的划分，整个Internet网络可以划分为128个A类网络，16384个B类网络，2097152个C类网络，由于A类IP地址、B类IP地址、C类IP地址中都存在一部分特殊的IP地址和私有IP地址不能用来分配给主机或者网络接口，因此，A类IP地址、B类IP地址、C类IP地址在实际场景下的详细信息，如下图所示：

类别	最大网络数	IP地址范围	最大主机数	私有IP地址范围
A类IP地址	126（2⁷-2），NetID=0属于特殊IP地址（本网内某个特定主机）、NetID=127属于特殊IP地址（环回地址）	1.0.0.0~126.255.255.255	16777214（2²⁴-2），HostID=0属于特殊IP地址（网络地址），HostID全部为1属于特殊IP地址（直接广播地址）	10.0.0.0~10.255.255.255
B类IP地址	16384（2¹⁴）	128.0.0.0~191.255.255.255	65534（2¹⁶-2），HostID=0属于特殊IP地址（网络地址），HostID全部为1属于特殊IP地址（直接广播地址）	172.16.0.0~172.31.255.255
C类IP地址	2097152（2²¹）	192.0.0.0~223.255.255.255	254（2⁸-2），HostID=0属于特殊IP地址（网络地址），HostID全部为1属于特殊IP地址（直接广播地址）	192.168.0.0~192.168.255.255

1.2、有类IP地址的子网划分

通过有类IP地址划分可以将整个Internet网络划分为A类IP地址、B类IP地址、C类IP地址，其中具有相同网络号（NetID）的网络接口/主机在不跨越路由器的前提下，属于同一个IP子网（subnet）。因此从IP子网的角度来看A类IP地址、B类IP地址、C类IP地址的话，A类IP地址的子网有128个，一个A类IP子网包含16777216个网络接口/主机，B类IP地址的子网有16384个，一个B类IP子网包含65536个网络接口/主机，C类IP地址的子网有2097152个，一个C类IP子网包含256个网络接口/主机，这种死板的IP子网的划分是不灵活的，会导致IP地址在分配的过程中出现浪费的现象，比如：一个企业有2000个网络接口/主机，如果分配一个C类IP地址无法满足使用需求（C类IP地址最大支持254个主机），如果分配一个B类IP地址又会出现浪费（B类IP地址最大支持65534个主机）。因此需要将一个IP地址范围比较大的IP子网划分为一个IP地址范围比较小的IP子网。

1.2.1、子网划分规则

将原有的网络号（NetID）+主机号（HostID）的IP编址方式更改为网络号（NetID）+子网号（SubID）+主机号（HostID）的IP编址方式。

1.2.2、子网掩码

子网掩码是将IP编址（同下文的IP地址）中的网络号（NetID）、子网号（SubID）全部取1，主机号（HostID）全部取0得到的，因此，A类IP子网的默认子网掩码为255.0.0.0，B类IP子网的默认子网掩码为255.255.0.0，C类IP子网的默认子网掩码为255.255.255.0。
利用子网掩码可以区分以下2点：
①、一个有类的 IP地址范围是否经过了子网划分；
②、一个有类的 IP地址范围被划分为多少个 IP子网；

1.2.3、子网掩码的应用

应用一，子网中IP地址的范围划分：有一个C类子网，该子网的IP地址范围为201.2.3.0~201.2.3.255，子网掩码为默认值255.255.255.0，如果将这个C类子网划分为4个等长的子网，划分后的子网掩码和每个子网的IP地址范围如下图所示：
应用二，子网中IP地址的范围的计算：有一个B类IP地址为172.32.1.112，该B类IP地址所在子网中的子网掩码为255.255.254.0，可以计算出该B类IP地址所在子网的3个关键信息：
①、该B类IP地址所在B类网络的步长（增量），65536/2⁷=512；
②、该B类IP地址所在子网的起始地址和地址范围，起始地址的计算，如下图所示：

该地址所在子网的地址范围为172.32.0.0~172.32.1.255；
③、该地址所在子网的可分配地址范围：去掉HostID=0时的网络地址（特殊IP地址）和HostID全部为1时的直接广播地址（特殊IP地址），该IP地址所在子网的可分配地址范围为172.32.0.1~172.32.1.254；

1.3、子网划分的实际案例

1.3.1、已知某类型的网络地址和子网掩码，求该类型网络的子网划分（C类网络）

案例1，有一个C类网络为192.168.10.xxx，该C类型的网络所使用的子网掩码为255.255.255.128，求下面5个问题：

①、该网络可以创建多少个子网?
已知C类网络的默认子网掩码为255.255.255.0，当前C类型的网络所使用的子网掩码为255.255.255.128，因此，在子网掩码255.255.255.128中，SubID所占的HostID为1位，该C类型的网络可创建的子网数量为2¹=2个；
②、该网络中的每一个子网有多少台主机？
通过①，可知子网掩码255.255.255.128中，SubID所占的HostID为1位，因此还剩7位主机位可使用，因此，该C类型的网络中的每一个子网可用的主机数量为2⁷-2=126台（去掉两个特殊IP地址，HostID=0时的网络地址和HostID全部为1时的直接广播地址）；
③、该网络可以创建哪些合法子网？每个子网的步长是多少？（同下文的合法子网地址，用特殊IP地址中的网络地址来表示）？
通过①，可知子网掩码255.255.255.192的SubID所占的HostID为1位，默认情况下C类网络可用的HOSTID数量为2⁸，因此该C类网络的步长为2⁸/2¹=128，该C类网络可以创建的2个合法子网为192.168.10.0（HostID全为0）、192.168.10.128（HostID全为0）；
④、该网络可以创建所有子网中，每个子网的广播地址是多少?
通过③，可以得到该C类网络可以创建的2个合法子网为192.168.10.0和192.168.10.128；步长为128，因此192.168.10.0（HostID全为0）子网的广播地址为192.168.10.127（HostID全为1），192.168.10.128（HostID全为0）子网的广播地址为192.168.10.255（HostID全为1）；
⑤、该网络可以创建的所有子网中，每个子网包含哪些合法注册地址?
子网中的合法的主机地址为每个子网的合法子网地址（③）和每个子网的广播地址之间的数字，如下图所示：

案例2，有一个C类网络为192.168.10.xxx，该C类型的网络所使用的子网掩码为255.255.255.192，求下面5个问题：

①、该网络可以创建多少个子网?
已知C类网络的默认子网掩码为255.255.255.0，当前C类型的网络所使用的子网掩码为255.255.255.192，因此，在子网掩码255.255.255.128中，SubID所占的HostID为2位，该C类型的网络可创建的子网数量为2²=4个；
②、该网络中的每一个子网有多少台主机？
通过①，可知子网掩码255.255.255.128中，SubID所占的HostID为2位，因此还剩6位HostID可使用，因此，该C类型的网络中的每一个子网可用的主机数量为2⁶-2=62台（去掉两个特殊IP地址，HostID=0时的网络地址和HostID全部为1时的直接广播地址）；
③、该网络可以创建哪些合法子网？每个子网的步长是多少？（同下文的合法子网地址，用特殊IP地址中的网络地址来表示）？
通过①，可知子网掩码255.255.255.192的SubID所占的HostID为2位，默认情况下C类网络可用的HOSTID数量为2⁸，因此该C类网络的步长为2⁸/2²=64，该C类网络可以创建的4个合法子网为192.168.10.0（HostID全为0）、192.168.10.64（HostID全为0）、192.168.10.128（HostID全为0）、192.168.10.192（HostID全为0）；
④、该网络可以创建所有子网中，每个子网的广播地址是多少?
通过③，可以得到该C类网络可以创建的4个合法子网为192.168.10.0、192.168.10.64、192.168.10.128、192.168.10.192；步长为64，因此192.168.10.0（HostID全为0）子网的广播地址为192.168.10.63（HostID全为1），192.168.10.64（HostID全为0）子网的广播地址为192.168.10.127（HostID全为1），192.168.10.128（HostID全为0）子网的广播地址为192.168.10.191（HostID全为1），192.168.10.192（HostID全为0）子网的广播地址为192.168.10.255（HostID全为1）；
⑤、该网络可以创建的所有子网中，每个子网包含哪些合法注册地址?
每个子网中的合法的主机地址为每个子网的合法子网地址（③）和每个子网的广播地址（④）之间的数字，如下图所示：

案例3，有一个C类网络为192.168.10.xxx，该C类型的网络所使用的子网掩码为255.255.255.224，求下面5个问题：

①、该网络可以创建多少个子网?
参考案例一、案例二；
②、该网络中的每一个子网有多少台主机？
参考案例一、案例二；
③、该网络可以创建哪些合法子网？每个子网的步长是多少？
参考案例一、案例二；
④、该网络可以创建所有子网中，每个子网的广播地址是多少?
参考案例一、案例二；
⑤、该网络可以创建的所有子网中，每个子网包含哪些合法注册地址?
参考下图

案例4，有一个C类网络为192.168.10.xxx，该C类型的网络所使用的子网掩码为255.255.255.240，求下面5个问题：

1.3.2、已知某类型的网络地址和子网掩码，求该类型网络的子网划分（B类网络）

案例1，有一个B类网络为172.16.xxx.xxx，该B类型的网络所使用的子网掩码为255.255.128.0，求下面5个问题：

①、该网络可以创建多少个子网?
已知B类网络的默认子网掩码为255.255.0.0，当前B类型的网络所使用的子网掩码为255.255.128.0，因此，在子网掩码255.255.128.0中，SubID所占的HostID为1位，该B类型的网络可创建的子网数量为2¹=2个；
②、该网络中的每一个子网有多少台主机？
通过①，可知在子网掩码255.255.128.0中，SubID所占的HostID为1位，因此还剩15位HostID可使用，因此，该C类型的网络中的每一个子网可用的主机数量为2¹⁵-2=32766台（去掉两个特殊IP地址，HostID=0时的网络地址和HostID全部为1时的直接广播地址）；
③、该网络可以创建哪些合法子网？每个子网的步长是多少？（同下文的合法子网地址，用特殊IP地址中的网络地址来表示）？
通过①，可知子网掩码255.255.128.0的SubID所占的HostID为1位，默认情况下B类网络可用的HOSTID数量为2¹⁶，因此该B类网络的步长为2¹⁶/2¹=32768，该B类网络可以创建的2个合法子网为172.16.0.0（HostID全为0）、172.16.128.0（HostID全为0）（计算公式推导如下：2⁰+2¹+2²+...2¹⁴=2¹⁵-1）；
④、该网络可以创建所有子网中，每个子网的广播地址是多少?
通过③，可以得到该B类网络可以创建的2个合法子网为172.16.0.0和172.16.128.0；步长为32768，因此172.16.0.0（HostID全为0）子网的广播地址为192.168.127.255（HostID全为1），172.16.128.0（HostID全为0）子网的广播地址为172.16.255.255（HostID全为1）；
⑤、该网络可以创建的所有子网中，每个子网包含哪些合法注册地址?
子网中的合法的主机地址为每个子网的合法子网地址（③）和每个子网的广播地址之间的数字，如下图所示：

案例2，有一个B类网络为172.16.xxx.xxx，该B类型的网络所使用的子网掩码为255.255.255.128，求下面5个问题：

①、该网络可以创建多少个子网?
已知B类网络的默认子网掩码为255.255.0.0，当前B类型的网络所使用的子网掩码为255.255.255.128，因此，在子网掩码255.255.255.128中，SubID所占的HostID为9位，该B类型的网络可创建的子网数量为2⁹=512个；
②、该网络中的每一个子网有多少台主机？
通过①，可知在子网掩码255.255.255.128中，SubID所占的HostID为9位，因此还剩7位HostID可使用，因此，该C类型的网络中的每一个子网可用的主机数量为2⁷-2=126台（去掉两个特殊IP地址，HostID=0时的网络地址和HostID全部为1时的直接广播地址）；
③、该网络可以创建哪些合法子网？每个子网的步长是多少？（同下文的合法子网地址，用特殊IP地址中的网络地址来表示）？
通过①，可知子网掩码255.255.255.128的SubID所占的HostID为9位，默认情况下B类网络可用的HOSTID数量为2¹⁶，因此该B类网络的步长为2¹⁶/2⁹=128，该B类网络可以创建的512个合法子网为172.16.0.0（HostID全为0）、172.16.0.128（HostID全为0）、172.16.1.0（HostID全为0）、172.16.1.128（HostID全为0）、......、172.16.254.0（HostID全为0）、172.16.254.128（HostID全为0）、172.16.255.0（HostID全为0）、172.16.255.128（HostID全为0）；
④、该网络可以创建所有子网中，每个子网的广播地址是多少?
此处用另外一种方法，前一个子网的广播地址是后一个子网的合法子网地址-1；
⑤、该网络可以创建的所有子网中，每个子网包含哪些合法注册地址?
子网中的合法的主机地址为每个子网的合法子网地址（③）和每个子网的广播地址之间的数字，如下图所示：

1.3.3、已知某类型的网络地址和子网掩码，求该类型网络的子网划分（A类网络）

原理同1.3.1、已知某类型的网络地址和子网掩码，求该类型网络的子网划分（C类网络），1.3.2、已知某类型的网络地址和子网掩码，求该类型网络的子网划分（B类网络），此处不再展开讨论。

1.3.4、已知IP地址和子网掩码，求子网划分

案例1，已知IP地址=192.168.10.33，所使用的子网掩码为255.255.255.224，求下面5个问题：

③、该IP地址所在的子网号？
因为主机地址192.168.10.33位于子网192.168.10.32和192.168.10.64之间，因此属于子网192.168.10.32；
④、该IP地址所在子网的广播地址？
通过③，可知该IP地址属于子网192.168.10.32，通过②，可知子网的步长为32，因此广播地址为192.168.10.63；
⑤、该IP地址所在子网的合法主机地址范围：
通过③，可知该IP地址所处的子网为192.168.10.32，通过④，可知该子网的广播地址为192.168.10.63，因此，该子网中的30个合法主机的地址范围为192.168.10.33~192.168.10.62；

案例2，已知IP地址=172.16.10.33，所使用的子网掩码为255.255.255.224，求下面5个问题：

①、该IP地址所在的子网，步长为多少？
通过子网掩码255.255.255.224，subID所占的HOSTID可能为19位/11位/3位，因此，可以算出该子网的步长为：2²⁴/2¹⁹ = 2¹⁶/2¹¹ = 2⁸/2³ = 32；
②、该IP地址所在的整个网络中，有哪些合法子网？
通过①，可以得到子网的步长为32，因此，整个网络可以规划的合法子网为如下图所示：

③、该IP地址所在的子网号？
因为主机地址172.16.10.33位于子网172.16.10.32和172.16.10.64之间，因此属于子网172.16.10.32；
④、该IP地址所在子网的广播地址？
通过③，可知该IP地址属于子网172.16.10.32，通过②，可知子网的步长为32，因此广播地址为172.16.10.63；
⑤、该IP地址所在子网的合法主机地址范围：
通过③，可知该IP地址所处的子网为172.16.10.32，通过④，可知该子网的广播地址为172.16.10.63，因此，该子网中的30个合法主机的地址范围为172.16.10.33~172.16.10.62；

案例3，已知IP地址=172.16.66.10，所使用的子网掩码为255.255.192.0，求下面5个问题：

①、该IP地址所在的子网，步长为多少？
通过子网掩码255.255.255.224，subID所占的HOSTID可能为10位/2位，因此，可以算出该子网的步长为：2²⁴/2¹⁰ = 2¹⁶/2² = 2¹⁴。这里也可以只考虑第三个字节，而不是考虑第三个字节+第四个字节，单独看第三个字节的步长为2⁸/2² = 2⁶ = 64；
②、该IP地址所在的整个网络中，有哪些合法子网？
通过①，可以得到子网的步长为2¹⁴，单独看第三个字节的步长为2⁶，因此，整个网络可以规划的合法子网为如下图所示：

③、该IP地址所在的子网号？
因为主机地址172.16.66.10位于子网172.16.64.0和172.16.128.0之间，因此属于子网172.16.64.0；
④、该IP地址所在子网的广播地址？
此处用另外一种方法，前一个子网的广播地址是后一个子网的合法子网地址-1，广播地址为172.16.127.255
⑤、该IP地址所在子网的合法主机地址范围：
通过③，可知该IP地址所处的子网为172.16.64.0，通过④，可知该子网的广播地址为172.16.127.255，因此，该子网中的2¹⁴-2个合法主机的地址范围为172.16.64.1~172.16.127.254；

二、无类地址间路由（CIDR，Classless InterDomain Routing)）

通过有类IP地址的划分规则，可以将IPV4的所有地址类型划分为A类~E类，但是这种划分规则有2个问题：①、IPV4地址空间的分配效率不高；②、网络设备对于有类IP地址的路由效率比较低；为了解决这2个问题，网络层设计了一种CIDR路由聚合的技术，CIDR路由聚合技术的主要内容有以下3点：
①、消除的 A 类、B 类、C 类地址中NetID和SubID之间的划分界限，将NetID和SubID统一划分为Network Prefix，即NetID+SubID = Network Prefix，打破了有类地址划分中NetID+HostID的分布规则，导致在非公有网络域中，原本有类地址中的一个C类地址，可以使用任意长度的子网掩码，比如②中的200.23.16.0属于C类地址，但是可以使用的子网掩码为255.255.254.0；
②、融合了子网地址与子网掩码，格式为a.b.c.d/x，其中x为前缀长度，如下图所示：

反过来，如果IP地址为201.2.3.64，子网掩码为255.255.255.192，那么用CIDR表示为201.2.3.64/26。CIDR值与子网掩码的具体关系，如下图所示：

其中/8-/15只能用于A类网络（注意，此处网络表示的是公有域，公有域仍然要对IP地址进行有类划分），/16-/23可用于A类和B类网络，而/24-/30可用于A类、B类和C类网络，因此，A类网络划分时的灵活性更大。
③、表示方式更加简洁；
使用CIDR路由聚合的技术，可以解决上文提到的有类IP地址的划分中的2个问题，解决思路如下：
①、CIDR路由聚合的技术可以将多个小的子网（注意是子网，不是子网IP，但可以用网络地址来表示）聚合为一个较大的子网（supernetting），如下图所示：

②、通过最长前缀匹配优先的原则，将IP分组发送给更合适的网络设备，例如，原本的网络中200.23.16.0/23~200.23.30.0/23的连续地址都在同一个区域中，并通过该区域网络设备的路由表来匹配转发，如下图：

由于一些原因，其中一个200.23.18.0/23的IP被划分到了另外一个区域中，此时，原区域中网络设备的路由表可以不改变，只需要向现区域网络设备的路由表添加200.23.18.0/23即可，仍然符合最长前缀匹配优先原则，如下图：

2.1、CIDR技术中的子网划分案例

与有类IP地址的子网划分相同，只是CIDR的表示方法不同，不再详细描述。

posted @ 2026-05-19 11:25 Carey_ccl 阅读(23) 评论(0) 收藏举报

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