【网络基础】子网划分、基于子网掩码的分组转发

为什么需要子网划分？

1、我们知道，Internet组织机构定义了五种IP地址用于主机的有A、B、C三类地址。其中A类网络有126个，每个A类网络可能有

16 777 214台主机，它们处于同一广播域。而在同一广播域中有这么多结点是不可能的，网络会因为广播通信而饱和，结果造成16 777 214个地址大部分没有分配出去，形成了浪费。

2、随着互连网应用的不断扩大，IP地址资源越来越少。为了实现更小的广播域并更好地利用主机地址中的每一位，可以把基于类的IP网络进一步分成更小的网络，每个子网由路由器界定并分配一个新的子网网络地址,子网地址是借用基于类的网络地址的主机部分创建的。划分子网后，通过使用掩码，把子网隐藏起来，使得从外部看网络没有变化，这就是子网掩码。 

子网掩码概念：

子网掩码是一个32位的2进制数，其对应网络地址的所有位都置为1，对应于主机地址的所有位都置为0。

由此可知，

A类网络的缺省的子网掩码是255.0.0.0，

B类网络的缺省的子网掩码是255.255.0.0，

C类网络的缺省的子网掩码是255.255.255.0。

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。子网掩码常用点分十进制表示，

我们还可以用网络前缀法表示子网掩码，即“/<网络地址位数>”。

如138.96.0.0/16表示B类网络138.96.0.0的子网掩码为255.255.0.0。

基于子网掩码的分组转发规则：

　上一篇我们学习了“路由表，分组转发算法”知道了路由转发分组的规则。

但是当引入了子网掩码概念之后，路由表相应的内容就需要增加“子网掩码”这一项。如下：

子网掩码告知路由器，地址的哪一部分是网络地址，哪一部分是主机地址，使路由器正确判断任意IP地址是否是本网段的，从而正确地进行路由。

当进行子网划分之后，新的分组转发规则如下：（结合上面的路由表图分析）

(1) 从收到的分组的首部提取目的 IP 地址D。

(2) 先用各网络的子网掩码和D 逐位相“与”，看是否和

     相应的网络地址匹配。若匹配，则将分组直接交付。

     否则就是间接交付，执行(3)。

(3) 若路由表中有目的地址为D 的特定主机路由，则将

     分组传送给指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。

(4) 对路由表中的每一行的子网掩码和D 逐位相“与”，

     若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送

     给该行指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。

(5) 若路由表中有一个默认路由，则将分组传送给路由表

     中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。

(6) 报告转发分组出错。

对以上6条总结如下：直接交付 ≥ 特定路由 ≥匹配路由 ≥ 默认路由

基于子网掩码的分组转发规则的一个实例：

(1) 从收到的分组的首部提取目的 IP 地址 D。

D：128.30.33.138

(2) 先用各网络的子网掩码和 D 逐位相“与”。

255.255.255.128转化为2进制为：

255.255.255.10000000(前3个255表示为2进制时是全1，在此就简写)

而目的地址D表示为2进制为：

128.30.33.10001010 (当子网掩码前3位均为255时，无论目的地址前3位是什么，都不改变。)

二者&（与）的结果为：

128.30.33.10000000

写成十进制为：

128.30.33.128

很明显 128.30.33.128 ≠ 128.30.33.0

故不是直接交付（接口0与主机不在同一子网内）

(3) 判断路由表中是否有目的地址为 D 的特定主机路由

没有。

(4) 对路由表中的每一行的子网掩码和 D 逐位相“与”，若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送给该行指明的下一跳路由器；

由（2）可知，当子网掩码为255.255.255.128时，目的地址与子网掩码与的结果是：

128.30.33.128 == 接口1的网络地址。 故转发分组到接口1对应的路由器.

本文由Cout_Sev 搜集整理并修改

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