《计算机网络》课程 实验七 子网划分和子网掩码 一、为什么要划分子网 在 20 世纪 70 年代初期，建立 Internet 的工程师们并未意识到计算机和通信在未来的 迅猛发展。局域网和个人电脑的发明对未来的网络产生了巨大的冲击。开发者们依据他们当 时的环境，并根据那时对网络的理解建立了逻辑地址分配策略。他们知道要有一个逻辑地址 管理策略，并认为 32 位的地址已足够使用。为了给不同规模的网络提供必要的灵活性，IP 地址的设计者将 IP 地址空间划分为五个不同的地址类别，如下表所示，其中 A,B,C 三类最 为常用： IP 地址 第一字节 二进制 二进制 二进制 类型 十进制范围 固定最高位 网络位 主机位 A 类 0－127 B 类 128－191 0 10 8 位 24 位 16 位 16 位 C 类 192－223 110 24 位 8 位 D 类 224－239 E 类 240－255 1110 1111 组播地址 保留试验使用 从当时的情况来看，32 位的地址空间确实足够大，能够提供 232（4,294,967,296，约 为 43 亿）个独立的地址。这样的地址空间在因特网早期看来几乎是无限的，于是便将 IP 地址根据申请而按类别分配给某个组织或公司，而很少考虑是否真的需要这么多个地址空 间，没有考虑到 IPv4 地址空间最终会被用尽。但是在实际网络规划中，它们并不利于有效 地分配有限的地址空间。对于 A、B 类地址，很少有这么大规模的公司能够使用，而 C 类 地址所容纳的主机数又相对太少。所以有类别的 IP 地址并不利于有效地分配有限的地址空 间，不适用于网络规划。 二、如何划分子网 为了提高 IP 地址的使用效率，引入了子网的概念。将一个网络划分为子网：采用借位 的方式，从主机位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。这使得 IP 地址的结构分为三级地址结构：网络位、子网位和主机位。这种层次结构便于 IP 地址分配 和管理。它的使用关键在于选择合适的层次结构--如何既能适应各种现实的物理网络规模， 又能充分地利用 IP 地址空间（即：从何处分隔子网号和主机号）。 三、子网掩码的作用 简单地来说，掩码用于说明子网域在一个 IP 地址中的位置。子网掩码主要用于说明如 何进行子网的划分。掩码是由 32 位组成的，很像 IP 地址。对于三类 IP 地址来说，有一些 1 

《计算机网络》课程 自然的或缺省的固定掩码。 四、如何来确定子网地址 如果此时有一个 I P 地址和子网掩码，就能够确定设备所在的子网。子网掩码和 IP 地 址一样长，用 32bit 组成，其中的 1 表示在 IP 地址中对应的网络号和子网号对应比特，0 表示在 IP 地址中的主机号对应的比特。将子网掩码与 IP 地址逐位相“与”，得全 0 部分为 主机号，前面非 0 部分为网络号。 要划分子网就需要计算子网掩码和分配相应的主机块，尽管采用二进制计算可以得出结 论，但采用十进制计算方法看起来要比二进制方法简单许多，经过一番观察和总结，我终于 得出了子网掩码及主机块的十进制算法。 首先要明确一些概念： 类范围：IP 地址常采用点分十进制表示方法 X.Y.Y.Y，在这里 X=1--126 时称为 A 类地址; X=128--191 时称为 B 类地址; X=192--223 时称为 C 类地址; 如 10.202.52.130 因为 X=10 在 1--126 范围内所以称为 A 类地址 类默认子网掩码：A 类为 255.0.0.0 B 类为 255.255.0.0 C 类为 255.255.255.0 当我们要划分子网用到子网掩码 M 时，类子网掩码的格式应为 A 类为 255.M.0.0 B 类为 255.255.M.0 C 类为 255.255.255.M M 是相应的子网掩码如：255.255.255.240 十进制计算基数：256，等一下我们所有的十进制计算都要用 256 来进行。 几个公式变量的说明： Subnet_block：可分配子网块大小，指在某一子网掩码下的子网的块数。 Subnet_num：实际可分配子网数，指可分配子网块中要剔除首、尾两块，这是某一子 网掩码下可分配的实际子网数量，它等于 Subnet_block-2。 IP_block：每个子网可分配的 IP 地址块大小。 IP_num：每个子网实际可分配的 IP 地址数，因为每个子网的首、尾 IP 地址必须保留 （一个为网络地址，一个为广播地址），所以它等于 IP_block-2，IP_num 也用于计算主机 段 M：子网掩码(net mask)。 它们之间的公式如下： M=256-IP_block IP_block=256/Subnet_block，反之 Subnet_block=256/IP_block IP_num=IP_block-2 Subnet_num=Subnet_block-2 2 的冥数：要熟练掌握 2^8（256）以内的 2 的冥代表的十进制数，如 128=2^7、64=2^6…， 这可使我们立即推算出 Subnet_block 和 IP_block 数。 现在我们举一些例子: 一、 已知所需子网数 12，求实际子网数 解 ： 这 里 实 际 子 网 数 指 Subnet_num ， 由 于 12 最 接 近 2 的 冥 为 16 （ 2^4 ）， 即 2 

《计算机网络》课程 Subnet_block=16，那么 Subnet_num=16-2=14，故实际子网数为 14。 二、 已知一个 B 类子网每个子网主机数要达到 60x255(约相当于 X.Y.0.1--X.Y.59.254 的数量)个，求子网掩码。 解：1、60 接近 2 的冥为 64（2^6），即，IP_block=64 2、子网掩码 M=256-IP_block =256-64=192 3、子网掩码格式 B 类是：255.255.M.0. 所以子网掩码为：255.255.192.0 三、 如果所需子网数为 7，求子网掩码 解：1、7 最接近 2 的冥为 8，但 8 个 Subnet_block 因为要保留首、尾 2 个子网块，即 8-2=6<7,并不能达到所需子网数，所以应取 2 的冥为 16，即 Subnet_block=16 2、IP_block=256/Subnet_block=256/16=16 3、子网掩码 M=256-IP_block=256-16=240。 四、 已知网络地址为 211.134.12.0，要有 4 个子网，求子网掩码及主机段。 解：1、211.y.y.y 是一个 C 类网，子网掩码格式为 255.255.255.M 2、4 个子网，4 接近 2 的冥是 8（2^3），所以 Subnet_block=8 Subnet_num=8-2=6 3、IP_block=256/Subnet_block=256/8=32 4、子网掩码 M=256-IP_block=256-32=224 5、所以子网掩码表示为 255.255.255.224 6、因为子网块（Subnet_block）的首、尾两块不能使用，所以可分配 6 个子网块 （Subnet_num），每块 32 个可分配主机块（IP_block） 即：32-63、64-95、96-127、128-159、160-191、192-223 首块（0-31）和尾块（224-255）不能使用 7、每个子网块中的可分配主机块又有首、尾两个不能使用（一个是子网网络地址，一 个 是子网广播地址），所以主机段分别为： 33-62、65-94、97-126、129-158、161-190、193-222 8、所以子网掩码为 255.255.255.224 主机段共 6 段为：211.134.12.33--211.134.12.62 211.134.12.65--211.134.12.94 211.134.12.97--211.134.12.126 211.134.12.129--211.134.12.158 211.134.12.161--211.134.12.190 211.134.12.193--211.134.12.222 可以任选其中的 4 段作为 4 个子网。 总之，只要理解了公式中的逻辑关系，就能很快计算出子网掩码，从而得出可分配的主 机段，参加 MCSE 和 CCNA 考试的时候使用这种方法可以顺利地通过相关试题的考试，而 不用象记 9×9 乘法口诀表一样去背什么二进制掩码表了。 实验目的 1．掌握子网划分的方法和子网掩码的设置 2．理解 IP 协议与 MAC 地址的关系 3．熟悉 ARP 命令的使用：arp [–d], [-a] 3 

实验步骤： 实验 1： 子网划分后的实验拓扑图 《计算机网络》课程 PC7 验证网卡 子网4 PC8 验证网卡 PC6 验证网卡 子网3 子网1 子网2 PC1 验证网卡 PC2 验证网卡 PC3 验证网卡 PC4 验证网卡 PC5 验证网卡 1） 两人一组，设置两台主机的 IP 地址与子网掩码： A: 10.2.2.x B: 10.2.3.y 2）两台主机均不设置缺省网关。 3）用 arp -d 命令清除两台主机上的 ARP 表，然后在 A 与 B 上分别用 ping 命令与对方 255.255.254.0 255.255.254.0 (x = 座位号) (y = 座位号) 通信，观察并记录结果，并分析原因。 4）在两台 PC 上分别执行 arp -a 命令，观察并记录结果，并分析原因。 提示：由于主机将各自通信目标的 IP 地址与自己的子网掩码相"与"后，发现目标主机 与自己均位于同一网段（10.2.2.0），因此通过 ARP 协议获得对方的 MAC 地址，从而实现 在同一网段内网络设备间的双向通信。 实验 2． 1）将 A 的子网掩码改为：255.255.255.0，其他设置保持不变。 2）在两台 PC 上分别执行 arp -d 命令清除两台主机上的 ARP 表。然后在 A 上"ping"B， 观察并记录结果。 3）在两台 PC 上分别执行 arp -a 命令，观察并记录结果，并分析原因。 提示：A 将目标设备的 IP 地址（10.2.3.3）和自己的子网掩码（255.255.255.0）相"与 "得 10.2.3.0，和自己不在同一网段（A 所在网段为：10.2.2.0），则 A 必须将该 IP 分组首先 发向缺省网关。 4 

《计算机网络》课程 实验 3 1）按照实验 2 的配置，接着在 B 上"ping"A，观察并记录结果，并分析原因。 2）在 B 上执行 arp -a 命令，观察并记录结果，并分析原因。 提示：B 将目标设备的 IP 地址（10.2.2.2）和自己的子网掩码（255.255.254.0）相"与 "，发现目标主机与自己均位于同一网段（10.2.2.0），因此，B 通过 ARP 协议获得 A 的 MAC 地址，并可以正确地向 A 发送 Echo Request 报文。但由于 A 不能向 B 正确地发回 Echo Reply 报文，故 B 上显示 ping 的结果为"请求超时"。 在该实验操作中，通过观察 A 与 B 的 ARP 表的变化，可以验证：在一次 ARP 的请求 与响应过程中，通信双方就可以获知对方的 MAC 地址与 IP 地址的对应关系，并保存在各 自的 ARP 表中。 实验报告 1．分别叙述各实验的记录结果并分析其原因。 2．在 B 类网络中，能使用掩码 255.255.255.139 吗？为什么？ 3．说出地址和子网掩码的不同？ 5