子网划分---从两级IP地址到三级IP地址

划分子网

• 在ARPANET的早期，IP地址设计的两级IP不够合理：

1. IP地址空间利用率有时很低 （为什么是有时请往下看）
2. 给每一个物理网络分配与1个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。（我的理解是划分子网后，使用的路由器更多了，单个路由表就不需要那么大了）
3. 两级IP地址不够灵活（假如一个公司已经分配了一个B类网络了，这时候希望让财务部单独用一个网络，如果需要再申请一个B类网络的话需要时间。但如果是划分子网的网络，则可以直接新建一个子网让财务部加入即可）

详细概述：首先，先明白网络广播的基本概念，本网段向本网络的所有节点发送数据包，所有节点都会收到，但往往只有一个节点是需要这个数据包的，因此广播的过程会很浪费的占用一部分网络资源。因此划分子网的一个最为重要意义就在于减少网络广播所带来的负面影响，提高性能的整体性能。因为广播数据包只能在同一网段中传输，网络规模小了，网络中用户数少了，当然所占用的资源也就少了。
其次，这节省了IP地址的资源。这看似于前面介绍的连接主机数减少相矛盾，其实这要看具体的情况来定。对本省规模较大网络（200个用户以上），划分子网后，可用的IP地址数减少了。但如果是那些小型的企业网络来哦说，划分子网后又可以节省大量的IP地址资源。比如现在学校有四个机房，每个机房25台电脑，如果直接分配四个C类地址字段，每个机房一个。虽然这样做理论上没有错，但实际上你一共浪费了（254-25）*4=916个IP地址（全0全1不取,故256-2=254）。如果公用网络都这样分配IP地址，那么IP地址资源早就枯竭了。
另外，不同的子网之间是不能直接通信的，需要借助路由器或网关。而且网络规模小了是相对较安全的，比如财政部门。而且较小的网络也比较容易部署特定的安全政策，而网络规模大了这些政策可能会影响到其他普通用户的工作。还有一个优点就是便于维护，当某个网点要查找故障的时候，网络规模小了，更容易查找到错误网络。
需要注意的一点就是，划分子网也是有一些弊端的，一方面就是：可连接的主机数减少，这对于网络规模小的网点没有影响，但如果网络规模大，他们就必须划分为多个子网，如果它们需要进行频繁的通信的话就需要总是借助路由器或网关，会影响工作效率。另一方面就是：各个相对对立的网点，主机号0和1是不能取的，需要留给网络地址和广播地址。因此每多一个子网，就必须浪费两个IP地址（当然，这问题不大。）。
总结：划分子网并不适用于所有网络，对于各部门间工作相对独立的企业或行业来说，划分子网还是可取的。而对于那些IP资源本来就不是很够，各部门间的联系又非常紧密的则最好不划分子网。

三级IP地址

• 优点：
  1. 节约了IP地址资源，IP地址利用率高。
  2. 网络更加安全且便于维护。（减少网络广播规模。网络规模小维护方便）
  3. 相对于两级IP地址来说更加灵活。（原因见上面财务部的例子）
• 缺点：
  1. 每多一个子网就少两个IP地址（还是那句话，问题不大）
  2. 各个子网间不能之间通信（需要借助路由器或者网关，如果规模大的网络需要频繁通信，且被划分成了多个子网，通信效率会降低）

上面内容主要参考于 https://blog.csdn.net/lycb_gz/article/details/2137852

三级IP地址结构

• 在两级IP地址两个字段的基础上新增一个子网号字段，
• 划分呢子网纯属是一个单位内部的事情，单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。
• 从主机号借用若干个位作为子网号 subnet-id而host-id也就相应减少了若干个位。

数据传输过程

1. 通过网络号 net-id先找到连接在对应网络上的路由器
2. 此路由器再按目的网络号和子网号找到目的子网对应路由器
3. 此路由器再将IP数据包直接交付给目的主机
   

子网掩码

• 自己写的不太好，看看别人的吧，日后有需要再改改自己的文章：

  • https://zhidao.baidu.com/question/1292917.html

  • https://www.cnblogs.com/kangxinxin/p/9917961.html

  • 网上很多人关于子网划分的有一部分讲的不是很清除，比如说在子网划分中，将ip地址划分成4个子网，需要借用2位主机位，还是3位主机位？ 很多人说要借用两个主机位（全0与全1不要），有的人说是要借用3个主机位。 实际上，全0全1不能划分成子网对于十几年前来说是对的。但是现在，一样可以把全0和全1划分成子网，技术已经更新了。

• 从一个IP数据报的首部是无法判断目的网络是否划分子网的

• 子网掩码可以找出IP地址的子网部分

• 子网号”借“主机号多少位由子网掩码决定

  1. 子网掩码长度 = 32位
  2. 某位 = 1：对应IP地址中的网络号或子网号
  3. 某位 = 0：对应IP地址中的主机号

####### 如何由子网掩码判断子网号呢

• 计算方法： 让子网掩码和IP地址进行与运算得到的结果就是网络地址 。 两级IP地址的网络地址就是(<网络号>,<一堆0>)。得到网络号的方式也很简单。判断IP地址是哪一类就可以了。

默认子网掩码

对于最原始的两级IP地址来说，默认子网掩码就是网络号全为1，主机号全为0。如下图所示：

子网掩码存在位置

• 首先先明确一点，IP数据报中是没有子网掩码的。
• 子网掩码存储在路由表中，因此分组转发的过程有些改动。

路由表的查询

两级IP结构，路由器分组转发著需要根据网络号来转发即可。 三级IP地址需要知道网络号和子网号。而子网号是需要由网络号+子网掩码来计算的来的，因此路由表的结构如下(实际结构比这复杂的多)：

网络号	子网掩码	下一跳
192.168.1.1	255.255.192.0	R2
…	…	…

过程： 与两级IP不同的是查找的是子网掩码，并进行了与运算

1. 收到分组，提取目的IP地址D
2. 查找各个相邻的网络的子网掩码和D逐位与运算，看结果是否与相应IP地址匹配。若匹配则将分组直接交付。不匹配则执行3
3. 查找特定主机路由，若符合则交付，否则则执行4
4. 对路由表的每一行顺序查找。 查找不到则执行5
5. 若路由表中有一个默认路由，则交付，否则执行6
6. 报告转发分组出错
   总结：相邻网络–>特定主机路由–>顺序查找–>默认路由—>报告出错。