3.6 IPv4地址的应用规划

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前言

IPv4地址是互联网协议中用于标识网络中设备的地址，每个IPv4地址由32位二进制数字组成。为了高效地进行网络划分和资源分配，IPv4地址中引入了子网掩码的概念。根据需求，子网掩码可以分为定长子网掩码（FLSM） 和 变长子网掩码（VLSM）。本章详细介绍了定长子网掩码和变长子网掩码的概念、工作原理、实际应用场景，并分析它们各自的优缺点。

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1 定长子网掩码（FLSM）

1.1 定长子网掩码概念

定长子网掩码（FLSM）是一种固定长度的子网划分方式。这种方式中，每个子网的掩码位数是固定的，每个子网的网络地址空间大小是相同的。换句话说，所有子网的可用IP地址数量都是一致的。

假设有一个IP地址空间 192.168.1.0/24，我们希望将其划分成多个子网，每个子网的网络地址范围是连续的、等量的。可以采用定长子网掩码的方式，如 /26、/27 等。

1.2 定长子网掩码工作原理

在定长子网掩码规划中：

1. 给整个IP地址空间分配一个固定的子网掩码长度（如 /26）。
2. 根据该长度进行等量划分，使得每个子网的IP地址范围一样。
3. 每个子网的主机地址空间是相同的，从而实现等量分配。

1.3 优缺点

①优点

• 配置简单：使用相同的掩码可以简化网络规划和配置。
• 易于管理：每个子网大小一致，有利于网络的规划和故障排查。

②缺点

• 浪费IP地址：实际使用场景中，主机数量可能存在差异，固定子网大小可能导致IP地址资源浪费。
• 灵活性不足：无法根据实际需要分配不同大小的IP地址空间。

【示例】
假设我们有一个 192.168.0.0/24 网络，需要划分成多个子网，每个子网有64个IP地址。采用 /26 子网掩码划分：

• 子网掩码为 /26，每个子网可分配的IP地址数量是$$2^{32-26}=2^6=64$$

• 划分出的子网范围如下：

  1. 192.168.0.0/26：范围 192.168.0.0 - 192.168.0.63。
  2. 192.168.0.64/26：范围 192.168.0.64 - 192.168.0.127。
  3. 192.168.0.128/26：范围 192.168.0.128 - 192.168.0.191。
  4. 192.168.0.192/26：范围 192.168.0.192 - 192.168.0.255。

这些子网都具有相同的大小，主机数量相同。

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2 变长子网掩码（VLSM）

2.1 变长子网掩码概念

变长子网掩码（VLSM）是一种灵活的子网划分技术，可以根据实际需求为每个子网分配不同的IP地址空间。与定长子网掩码不同，VLSM 可以根据网络设备或业务需求，动态调整每个子网的掩码长度，从而提高IP地址空间的利用率。

2.2 变长子网掩码工作原理

在使用VLSM进行规划时：

1. 先从IP地址空间中划分出较大的子网。
2. 根据实际的主机需求，按实际需要分配不同长度的子网掩码。
3. 每个子网可以拥有不同数量的主机IP地址。

这种方式利用IP地址空间的弹性划分，从而避免了IP资源浪费。

2.3 优缺点

①优点

• 节约IP地址：根据实际需求分配IP空间，避免不必要的浪费。
• 灵活性高：可以根据不同子网主机数的需求动态分配IP地址空间。
• 更高效的资源利用：大范围和小范围的IP空间可以混合使用，从而提高了IP资源的分配效率。

②缺点

• 配置较复杂：与定长子网掩码相比，VLSM的规划和管理要复杂一些。
• 需要额外的计算：管理员需要事先计算各个子网的IP地址需求，以确保IP空间的分配合理性。

【示例】
假设有网络地址空间 192.168.0.0/24，需要为不同数量的设备分配子网，如下：

1. 一个子网需要30个主机地址。
2. 一个子网需要6个主机地址。
3. 一个子网需要14个主机地址。

我们可以采用 VLSM 按需求进行分配：

1. 为30个主机分配子网掩码 /27：
   $$2^{32-27}=2^5=32$$满足30个主机的需求，子网范围：192.168.0.0/27。

2. 为14个主机分配子网掩码 /28：
   $$2^{32-28}=2^4=16$$满足14个主机的需求，子网范围：192.168.0.32/28。

3. 为6个主机分配子网掩码 /29：
   $$2^{32-29}=2^3=8$$满足6个主机的需求，子网范围：192.168.0.48/29。

通过这种灵活的分配方式，可有效利用了IP地址空间，避免了IP资源浪费。

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3 FLSM 与 VLSM 比较

特性	定长子网掩码 (FLSM)	变长子网掩码 (VLSM)
划分规则	所有子网掩码相同，网络划分相等	子网掩码根据需求灵活分配
资源利用率	可能导致IP地址浪费	更高效地使用IP地址资源
复杂性	配置简单	配置复杂，规划要求高
灵活性	较低	高

【练习1——定长的子网掩码】



以此类推，得到子网划分的全部细节：

【练习2——变长的子网掩码】