1 概述

IP 子网划分：实际上就是设计 子网掩码 的过程。
原因：由于在五类的IP地址中，网络号与主机号的的位数并不一致，就造成了要么是网络号太多，要么是主机号太多。为了解决这些问题，就需要划分子网。

1.1 划分目的

① 充分利用IP地址。IP地址是将计算机连接到Internet的网际协议地址，是一个32位的二进制数。IP地址由网络号和主机号组成，在实际应用中IP地址空间的利用率有时很低，例如B类地址中，每个网络可连接的主机数高达65534，这个地址范围很大，这么多的主机在单一的网络下，地址空间在实际应用中利用率很低。通过子网划分可以把这样大的一个网络地址分配给更多较小的网络，能更有效地使用IP地址空间。
② 限定广播的传播。子网划分将原有的同处于同一个网段上的主机分成了不同的网段或子网，同时也将原来的一个广播域划分成了若干个较小的广播域，广播数据包只能在它特定的广播域中传播，划分子网后网络规模小了，网络中的主机数少了，所占用的资源也就少了，这样就大大减少了网络广播风暴所造成的网络拥塞。
③ 更安全的管理网络。网络中处于同一个子网内的主机才能直接互通，不同子网之间是不能直接通信的（但可通过路由器或网关进行）。当今，网络安全状况不容乐观，相对较小的网络，安全性也相对较高，尤其对于人事、财务等敏感性部门，也更容易部署特别的安全策略。而相对较大的网络，这些特殊的安全策略的部署可能会影响其他用户的工作。

1.2 划分原则

① 借位。从IP地址中表示主机号的最高位开始“借位”变为新的子网位，所剩余的部分则仍为主机位。还有要明白的是：子网划分是借助于取走主机位，把这个取走的部分作为子网位。因此这个意味着划分越多的子网，主机将越少。
② 确定子网掩码。在子网掩码中将表示网络号的所有位设为 1，表示主机号的所有位设为 0。
③ 熟记2的幂及默认子网掩码。常用 $2^5 = 32，2^{10} = 1024$ ；A 类网络的默认子网掩码是：255.0.0.0，B 类网络的默认子网掩码是：255.255.0.0，C 类网络的默认子网掩码是：255.255.255.0。（A类：/8，B类：/16，C类：/24）
④ 确定子网网络号（或主机号）。将所选择的子网掩码和IP地址按位进行逻辑“与”运算，得到IP地址的网络地址，剩下的部分就是主机地址，从而区分出任意IP地址中的网络地址和主机地址。（与运算：有 0 为 0 ，全 1 为 1）
⑤ 确定每个子网能容纳的有效主机数。 $2^n - 2$ （n：主机位，排除 2 个特殊的：主机号全 0 表示网络号，主机号全 1 表示广播地址）

1.3 子网掩码

在这里插入图片描述

组成：子网掩码和 IP 地址一样，是一个 32 位的 2 进制数。
作用：将 IP 地址划分成 网络地址 和 主机地址 两部分。子网掩码不能单独存在，它必须结合 IP 地址一起使用
原理：将 子网掩码 和 IP地址 按位进行 逻辑"与" 运算，得到IP地址的 网络号，余下部分就是 主机号（与：有 1 为 1，全 0 为 0）
两种表示形式
- 点分十进制：255.255.0.0
- CIDR网络前缀：ip地址/子网掩码，如：138.96.0.0/16
- 说明：255 = 1111 1111（255.255 就是 16 个连续的 1），CIDR：Classless Inter-Domain Routing，无类别域间路由

2 IP 子网划分示例

以 C 类网络子网划分示例
- ① 等分为两个子网。将 192.168.0.0/24 这个网络等分成 2 个子网，并写出每个子网的地址信息？（分析：该网络的子网掩码为 /24，要划分为 2 个子网，要借用主机位 1 位作为子网位。因为二进制数 0 和 1 按一位排列组合，所有如下图：0 是 A 子网，1 是 B 子网）
- 最终结果
  - A 子网的网络地址：192.168.0.0/25，可用地址：192.168.0.1 ~ 192.168.0.126，广播地址：192.168.0.127
  - B 子网的网络地址：192.168.0.128/25，可用地址：192.168.0.129 ~ 192.168.0.254，广播地址：192.168.0.255

② 等分为 4 个子网。同样将 192.168.0.0/24 这个网络等分成 4 个子网。
分析：要想分成 4 个子网，需要将子网掩码向右移动两位，对于二进制数 0 和 1 有以下四种，00 是 A子网，01 是 B子网，10 是 C 子网，11 是 D子网，其他操作同上）。划分其它子网，以此类推。

3 网工软考真题

3.1 判断网络号和主机号

【2022下半年 - 上午 - 51】在 IPv4 地址 192.168.1.0/24 中，表示主机的二进制位数是( )位
A.8
B.16
C.24
D.32

参考答案：A
/24：表示网络号有 24 位，则主机号有：32 - 24 = 8 位

3.2 计算可容纳的主机数

【2022下半年 - 上午 - 52,53,54】某公司部门1到部门4的主机数量需求分别是4，10、12、15，网工小李要对这4个部门的IP地址进行规划。以下选项中，(52)可作为网络号使用，其对应的子网掩码是(53)，该网络号和子网掩码可用于(54)的地址部署。
(53) A.192.168.28.10
　　B.192.168.28.20
　　C.192.168.28.30
　　D.192.168.28.40
(54) A.255.255.255.192
　　B.255.255.255.224
　　C.255.255.255.240
　　D.255.255.255.248
(55) A.部门1
　　B.部门2
　　C.部门3
　　D.部门4

参考答案：52-D，53-D，54-A
可容纳有效主机位数 = $2^n - 2$ （排除 2 个特殊情况，主机位全0=网络号，全1=广播地址）
将IP地址转换为二进制：
192.168.28.10=192.168.00011100.00001010 若为网络号，容纳 2^1-2=0 个主机，不满足
192.168.28.20=192.168.00011100.00010100 若为网络号，容纳 2^2-2=2 个主机，不满足
192.168.27.30=192.168.00011011.00011110 若为网络号，容纳 2^1-2=0 个主机，不满足
192.168.27.40=192.168.00011011.00101000 若为网络号，容纳 2^3-2=6 个主机，部门1可用
子网掩码：11111111.1111111.11111111.11111000 = 255.255.255.248

【2022下半年 - 下午 - 1.1】该企业办公网络采用172.16.1.0/24地址段，部门终端数量如表1-1所示，请将网络地址规划补充完整。

部门	终端数量	IP地址范围	子网掩码
行政部	28	172.16.1.1~172.16.1.30	(1)
市场部	42	(2)	255.255.255.192
财务部	20	(3)	255.255.255.224
业务部	120	172.16.1.129~172.16.1.254	(4)

参考答案：
(1) 255.255.255.224
(2) 172.16.1.65 ~ 172.16.1.126
(3) 172.16.1.33 ~ 172.16.1.62
(4) 255.255.255.128
解析：
① 按主机需求量排序，先满足需求多的，再满足需求少的
② 1 个 /24 可以划分为 2 个 /25，1 个 /25 可以划分为 2 个 /26，以此类推
分析：
120 需要 $2^7 = 128$ ，7 个主机位 => /25 = 255.255.255.128
42 需要 $2^6 = 64$ ，6 个主机位 => /26 = 255.255.255.192
28 和 20 需要 $2^6 = 32$ ，5 个主机位 => /27 = 255.255.255.224