网络系统设计中IP地址规划研究_涂洪涛

本栏目责任编辑：冯蕾网络通讯及安全
网络系统设计中ＩＰ地址规划研究
涂洪涛
（武汉软件工程职业学院，湖北武汉４３０２０５）
摘要：ＩＰ地址作为一种稀缺的网络资源，如何合理充分的使用是值得研究的问题。

本文从网络系统设计的角度，以子网掩码、网络号的概念、应用、计算等内容对ＩＰ地址规划做了较为详细的叙述。

关键词：ＩＰ地址；网路设计；子网掩码
中图分类号：ＴＰ３０９文献标识码：Ａ文章编号：１００９－３０４４（２００８）０６－１１００７－０３
ＩＰＡｄｄｒｅｓｓＰｌａｎｎｉｎｇＳｔｕｄｙｉｎＮｅｔｗｏｒｋＳｙｓｔｅｍＤｅｓｉｇｎ
ＴＵＨｏｎｇ－ｔａｏ
（ＷｕｈａｎＳｏｆｔｗａｒｅＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｗｕｈａｎ４３０２０５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｋｉｎｄｏｆｓｃａｒｃｅｎｅｔｗｏｒｋｒｅｓｏｕｒｃｅ，ｉｔｉｓｗｏｒｔｈｙｔｏｕｓｅｔｈｅＩＰａｄｄｒｅｓｓｒｅａｓｏｎａｂｌｙａｎｄｆｕｌｌｙ．ＴｈｅｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｉｎｄｅｔａｉｌｔｈｅＩＰａｄｄｒｅｓｓｐｌａｎｆｒｏｍｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ，ｓｕｂｎｅｔｍａｓｋ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｎｅｔｗｏｒｋ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩＰａｄｄｒｅｓｓ；ＮｅｔｗｏｒｋＤｅｓｉｇｎ；Ｓｕｂｎｅｔｍａｓｋ
在基于ＴＣＰ／ＩＰ协议的网络中，ＩＰ地址是用来分配给网络中数据终端设备的网卡、路由器端口的唯一标识。

ＩＰ地址分为两部分，分别为网络标识和主机标识。

同一个物理网络上的所有主机都用同一个网络标识，网络上的一个主机都有一个主机标识与其对应。

只有在一个网络号下的计算机之间才能“直接”通信，不同网络号的计算机要通过网关才能通信。

在网络设计过程中，为了减少网络流量、提高网络性能、简化管理、扩大地理范围，需要把整个网络系统划分为多个子网。

为了把ＩＰ地址中网络标识部分和主机标识部分分开，这样就产生了子网掩码。

子网掩码的可以判断任意两个ＩＰ地址是否属于同一子网络。

在ＩＰ地址规划时，必须完成子网的划分、子网的数量、子网掩码、子网号确定等步骤。

子网的划分，实际上就是设计于网掩码的过程。

在前面网络系统需求分析时，可以得到一个网络系统中需要多少个子网的大概数目。

下一步就是将一个网络划分成多个子网时，确定这些子网的子网掩码、ＩＰ地址段、网络号和主机ＩＰ地址。

１简单网络划分和子网掩码确定
由于网络中包含的计算机有可能不一样多，有的网络可能含有较多的计算机，也有的网络包含较少的计算机，按照网络规模的大小，把３２位地址信息设成三种定位的划分方式，这三种划分方法分别对应于Ａ类、Ｂ类、Ｃ类ＩＰ地址。

１．１Ａ类ＩＰ地址
Ａ类ＩＰ地址是指在ＩＰ地址的四段号码中，第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码。

如果用二进制表示ＩＰ地址的话，Ａ类ＩＰ地址就由１字节的网络地址和３字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“０”。

Ａ类ＩＰ地址中网络的标识长度为７位，主机标识的长度为２４位，Ａ类网络地址数量较少，可以用于主机数达１６００多万台的大型网络。

Ａ类ＩＰ地址的地址范围为０．０．０．０－１２７．２５５．２５５．２５５，缺省的子网掩码是２５５．０．０．０，子网掩码的另一种标注方法是／８。

１．２Ｂ类ＩＰ地址
Ｂ类ＩＰ地址是指在ＩＰ地址的四段号码中，前两段号码为网络号码，Ｂ类ＩＰ地址就由２字节的网络地址和２字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“１０”。

Ｂ类ＩＰ地址中网络的标识长度为１４位，主机标识的长度为１６位，Ｂ类网络地址适用于中等规模规模的网络，每个网络所能容纳的计算机数为６万多台。

Ｂ类ＩＰ地址的地址范围为１２８．０．０．０－１９１．２５５．２５５．２５５，缺省的子网掩码是２５５．２５５．０．０，子网掩码的另一种标注方法是／１６。

收稿日期：２００８－０１－１２
作者简介：涂洪涛（１９７１－），男，湖北武汉人，高级工程师，计算机技术硕士，研究方向：计算机网络。

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１．３Ｃ类ＩＰ地址Ｃ类ＩＰ地址是指在ＩＰ地址的四段号码中，前三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的号码。

如果用二进制表示
ＩＰ地址的话，Ｃ类ＩＰ地址就由３字节的网络地址和１字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“１１０”。

Ｃ类ＩＰ地址中网络的标识长度为２１位，主机标识的长度为８位，Ｃ类网络地址数量较多，适用于小规模的局域网络，每个网络最多只能包含２５４台计算机。

Ｃ类ＩＰ地址的地址范围为１９２．０．０．０－２２３．２５５．２５５．２５５，缺省的子网掩码是２５５．２５５．２５５．０，子网掩码的另一种标注方法是／２４。

２使用ＶＬＳＭ技术进行网络划分
基于Ａ、Ｂ、Ｃ类ＩＰ地址划分网络时，很多时候会碰到这样的情况：使用Ｃ类ＩＰ地址规划网络，每个子网只能包含２５４台主机，当用户每个子网用户数超过这个数量时，Ｃ类ＩＰ地址规划不适用。

于是使用Ｂ类ＩＰ地址规划网络，每个子网可以容纳６万多台主机。

当每个子网的实际主机数量不到６万台的时候，问题就出现了，使用Ｂ类ＩＰ地址规划网络，而每个子网用户数远远不足６万的时候，会造成大量的ＩＰ地址浪费。

在这种情况下，可以运用ＶＬＳＭ技术进行网络设计。

ＶＬＳＭ（ＶａｒｉａｂｌｅＬｅｎｇｔｈＳｕｂｎｅｔＭａｓｋ可变长子网掩码），是一种可以划分不同大小子网的网络分配机制，指一个网络可以配置不同的掩码。

可变长度子网掩码的想法是在每个子网上保留足够的主机数的同时，把一个网分成多个子网时有更大的灵活性。

如果没有ＶＬＳＭ，一个子网掩码只能提供给一个网络。

这样就限制了要求的子网数上的主机数。

ＶＬＳＭ技术对高效分配ＩＰ地址（较少浪费）以及减少路由表大小都起到非常重要的作用。

一个网络只能使用一种子网掩码，这就限制了在给定的子网数目条件下主机的数目。

例如你被分配了一个Ｃ类地址，网络号为１９２．１６８．１０．０，而你现在需要将其划分为三个子网，其中一个子网有１００台主机，其余的两个子网有５０台主机。

一个Ｃ类地址有２５４个可用地址，那么如何选择子网掩码呢？当我们在所有子网中都使用一个子网掩码时这一问题是无法解决的。

２．１子网掩码的计算
使用ＶＬＳＭ技术可以解决上面碰到的这些问题。

使用ＶＬＳＭ进行网络划分时，子网掩码的确定较为复杂。

可根据情况使用不同得方法确定子网掩码。

２．１．１利用子网数来计算子网掩码
具体步骤如下：
①将要划分的子网数目转换为２的ｍ次方。

如：要分８个子网，８＝２３。

如果恰好不是是２的多少次方，则取大为原则，如要划分为６个，则同样要考虑２３。

②将上一步确定的幂ｍ按从高位到地位的顺序占用ＩＰ地址中主机地址ｍ位，并转换为十进制。

如ｍ为３表示主机位中有３位被划为“网络标识号”占用，网络标识号应全为“１”，所以主机号对应的字节段为“１１１０００００”，转换成十进制后为２２４。

③取得完整的子网掩码，如果是Ｃ类网，标准的子网掩码为２５５．２５５．２５５．０，ＶＬＳＭ的子网掩码占用了部分主机位，主机位的十进制为２２４，所以完整的子网掩码为２５５．２５５．２５５．２２４；如果是Ｂ类网，则子网掩码为２５５．２５５．２２４．０；如果是Ａ类网，则子网掩码为２５５．２２４．０．０。

子网个数与占用主机地址位数有如下关系：２ｍ≥ｎ。

其中，ｍ表示占用主机地址的位数；ｎ表示划分的子网个数。

再举一例说明如下：现假如要将一Ｂ类ＩＰ地址１６８．１９５．０．０划分成２７个子网，则它的子网掩码的计算机方法如下（对应上面各基本步骤）：
第１步：首先要划分成２７个子网，“２７”的二进制为“１１０１１”
；第２步：该子网数二进制为五位数，即ｎ＝５，占用主机位５位，对应的十进制数为２４８；
第３步：将该Ｂ类地址的子网掩码２５５．２５５．０．０的主机号前５位全部置“１”
，即可得到２５５．２５５．２４８．０，这就是划分成２７个子网的Ｂ类网络地址１６８．１９５．０．０的子网掩码。

２．１．２利用主机数来计算子网掩码
利用主机数来计算子网掩码的方法与上面的方法类似，基本步骤如下：
１）将子网中需容纳的主机数转化为二进制；
２）如果主机数小于或等于２５４（去掉保留的两个ＩＰ地址），则统计由“１”
中得到的二进制数的位数，设为Ｎ；如果主机数大于２５４，则Ｎ＞８，也就是说主机地址将超过８位；
３）将子网掩码设为２５５．２５５．２５５．２５５，然后将第二步中得到的主机地址位数按照“
从右向左”的顺序全部置０，最后得到的地址即为子网掩码值。

举例如下：需将一Ｂ类ＩＰ地址的网络１６７．１９４．０．０划分成若干个子网，每个子网内有主机５００台：
第１步：进行数制转换
（５００）１０＝（１１１１１０１００）２；
第２步：确定主机地址位数
由上一步转化的二进制数，有９位，所以Ｎ＝９；
第３步：确定子网掩码
将该Ｂ类地址的子网掩码２５５．２５５．０．０的主机地址全部置１，得到２５５．２５５．２５５．２５５。

然后再从后向前将后９位置０，可得：１００８
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１１１１１１１１．１１１１１１１１．１１１１１１１０．００００００００即２５５．２５５．２５４．０。

这组数值就是划分成主机为５００台的Ｂ类ＩＰ地址１６７．１９４．０．０的子网掩码。

２．２网络号的计算
对于每个网络以及广域连接，必须有唯一的网络号。

２．２．１通过子网掩码计算网络号
子网号与子网掩码的位数相同。

计算步骤如下
①将子网掩码转化位二进制，找出子网掩码中占用主机位表示子网的位，按高到低的顺序使用的位数。

例如，一个Ｂ类ＩＰ地址
Ｗ．Ｘ．０．０，子网掩码为２５５．２５５．２２４．０，第三组十进制数２２４二进制表示为１１１０００００，子网掩码中占用了３个主机位表示子网；
②将最低的一位１转换成十进制，用这个值来定义子网的增量。

上面１１１０００００中，最低位的１是第六位的１，将这个１转化为
十进制数就是３２，所有子网间增量是３２。

或者直接用２５６－２２４，等于３２，所有子网间增量也是３２。

③用这个增量计算从０开始的子网号，子网号每次增加３２，直到２２４－３２＝１９２为止。

这个例子中的子网号分别为ｗ．ｘ．３２．０、ｗ．ｘ．
６４．０、ｗ．ｘ．９６．０……－ｗ．ｘ．１９２．０等。

２．２．２通过主机ＩＰ地址计算网络号
如果知道主机的详细ＩＰ地址，也可以计算出网路号，步骤如下：
①将ＩＰ地址转化为二进制数；
②将子网掩码转化为二进制数；
③两者做逻辑与运算，得出的结果就是该ＩＰ地址所在的网络号。

例：某主机的ＩＰ地址为１９２．１０．１０．１９３／２７，计算其网络号。

第一步：将１９２．１０．１０．１９３转化为二进制数为，
１１００００００．００００１０１０．００００１０１０．１０００００００
第二步：将子网掩码２５５．２５５．２５５．２２４转化为二进制数为，
１１１１１１１１．１１１１１１１１．１１１１１１１１．１１１０００００
第三步：两者做逻辑与运算
１１００００００．００００１０１０．００００１０１０．１０００００００
１１１１１１１１．１１１１１１１１．１１１１１１１１．１１１０００００ＡＮＤ与运算
１１００００００．００００１０１０．００００１０１０．１０００００００１９２．１０．１０．１９２
所以该ＩＰ地址的网路号为１９２．１０．１０．１９２。

３ＩＰ地址分配原则
①唯一性：一个ＩＰ网络中不能有两个主机采用相同的ＩＰ地址；
②简单性：地址分配应简单易于管理，降低网络扩展的复杂性，简化路由表；
③连续性：连续地址在层次结构网络中易于进行路由总结（ＲｏｕｔｅＳｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎ），大大缩减路由表，提高路由算法的效率；
④可扩展性：地址分配在每一层次上都要留有余量，在网络规模扩展时能保证地址的连续性；
⑤灵活性：地址分配应具有灵活性，可借助可变长子网掩码技术（ＶＬＳＭ：Ｖａｒｉａｂｌｅ－ＬｅｎｇｔｈＳｕｂｎｅｔＭａｓｋ），以满足多种路由策略的
优化，充分利用地址空间。

ＩＰ地址是重要的网络资源，在我们的网络中不可缺少。

随着网络的发展，对ＩＰ地址资源的要求会越来越高。

为避免因ＩＰ地址的短缺而影响网络工程建设和互联网业务的发展，我们应该在网络系统设计过程中根据用户需求，充分做好ＩＰ地址的规划。

参考文献：
［１］陈明．网络设计教程［Ｍ］．清华大学出版社．２００４．
［２］孙印杰、刘欲晓、岳冬利等．网路组建与应用教程［Ｍ］．电子工业出版社．２００６．
［３］徐振明、秦智、韩斌．组网工程［Ｍ］．西安电子科技大学出版社．２００６．
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