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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：TP309.5文献标识码：A文章编号：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。
1.1 A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。
1.2 B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。
1.3 C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(Variable Length Subnet Mask 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：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
11111111.11111111.11111111.11100000 AND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。
3 IP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(Route Summarization)，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-Length Subnet Mask)，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.
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。
关键词：IP地址；网路设计；子网掩码
中图分类号：TP309.5文献标识码：A文章编号：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。
1.1 A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。
1.2 B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。
1.3 C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(Variable Length Subnet Mask 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：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
11111111.11111111.11111111.11100000 AND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。
3 IP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(Route Summarization)，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-Length Subnet Mask)，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.
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。