计算机网络中的子网划分

在本教程中，我们将学习计算机网络主题中的子网划分。首先，今天我们将要学习的最重要的概念是，在学习计算机网络主题时，子网划分是非常重要的。被称为子网划分的最关键思想有助于减轻或分散网络重负载造成的压力。现在，让我们为大家快速回顾一下子网划分的概念。

现在，让我们了解子网划分的定义。但在深入研究子网划分的概念之前，让我们先了解一下计算机网络中子网划分的概念概述。

子网划分是网络层的一部分。网络层的职责是将接收到的消息分割成单独的组件和活动。网络层可以被称为计算机网络的“心脏”。

概念的基本思想

最初实现 IP（互联网协议）系统时，由于在线用户较少，查找网络并将数据传输到网络要简单得多。如今，随着互联网用户的增加，将数据包发送到网络中的目标机器变得越来越具挑战性。一旦网络足够大以服务于企业，网络性能就成为一个主要问题。

为了在逻辑上（例如防火墙）或物理上（例如更小的广播域）划分较大的网络，组织可以使用 IP 子网。换句话说，路由器根据子网做出路由决策。我们将在本文中进一步了解这些概念。

子网划分简介

子网划分是由两个词组成的，即“Sub”和“Netting”。这里的“Sub”词表示“Substitute”（替代），“Netting”词表示“Network”（网络）。为实现某个功能而创建的替代网络被称为子网划分。

这里，“替代网络”并不意味着创建一个新网络。一个完整的网络被分成小块，每个小块都被分配一个不同的标识。

子网是给被分割的网络块起的名称，也可以称为替代网络，称为子网。子网是 IP（互联网协议）寻址过程中合法的较小部分。

子网划分应以不影响网络的方式进行。这意味着我们可以将网络划分为不同的部分，但所有部分组合在一起时，应执行与分割前相同的任务。

子网划分减少了流量使用不必要路由的需求，从而加快了网络速度。为了帮助解决互联网上 IP 地址短缺的问题，子网应运而生。

子网划分是一种将单个物理网络划分为逻辑子网络（子网）的技术。公司可以通过子网划分扩展其网络，而无需向 ISP 申请新的网络号。子网划分隐藏了网络复杂性，同时有助于减少网络流量。这里，一个独一无二的网络需要为许多本地区域网络（LAN）提供服务。因此，子网划分得到了广泛应用。

你知道这些小小的子网是什么吗？我们都知道，子网划分就是将网络分割成它们。子网是一个较小的网络，也称为子网络。IP 网络通过子网逻辑地划分为多个较小的网络组件。子网用于将一个大网络划分为多个较小的、互连的网络，这有助于减少流量。子网划分减少了流量使用不必要路由的需求，从而加快了网络速度。为了帮助解决互联网上 IP 地址短缺的问题，子网应运而生。

子网划分的目的是创建一个快速、高效、可靠的计算机网络。随着网络的日益庞大和复杂，网络流量必须找到更有效的路由。如果所有网络流量都使用同一路径并同时在系统中移动，就会形成瓶颈和拥塞，导致缓慢且低效的积压。通过设置子网，您可以减少网络流量必须经过的路由器数量。为了使流量在较大的网络中尽可能短的距离内传输，工程师会有效地创建较小的迷你路由。

计算机网络中子网划分的目的

• 提高网络效率

通过消除对额外路由器的需求，子网划分使网络流量更简单。这确保了正在传输的数据能够尽快到达目的地，消除了或避免了任何可能减慢其速度的潜在绕行。

• 提供网络安全

通过隔离或移除易受攻击的网络区域，并增加入侵者在公司网络中移动的难度，子网划分有助于网络管理员降低整个网络的风险。

• IP 地址重定位

每个类别都有有限数量的主机分配；例如，拥有超过 254 个设备的网络需要 B 类分配。假设您是一名网络管理员。现在，您有一个任务，需要为 B 类或 C 类网络在三个不同城市的三个物理网络中分配 150 个主机。如果是这样，我们必须为每个网络申请额外的地址块，或者将一个大网络分割成名为子网的小块，以便我们可以跨多个物理网络使用一个地址块。

我们将在接下来的主题中更深入地学习这个概念。

• 减少网络流量

如果组织的大部分流量需要定期在多个设备之间共享，那么将所有计算机放在同一个子网中可以帮助减少网络流量。没有子网，网络上的所有计算机和服务器都可以看到来自其他所有计算机的数据包。

• 提高网络速度

子网划分过程将主网络划分为较小的子网，而这些较小的、互连的网络的目标是将大网络划分为一组较小的、不那么繁忙的网络。子网划分减少了流量使用不必要路由的需求，从而加快了网络速度。

• IP 地址的划分

通过子网划分，IP 地址被分割成其网络地址和主机地址。

然后可以使用子网掩码方法将分割后的地址进一步划分为单元，并将这些单元分配给不同的网络设备。

在这里，X 表示主机 ID。这是在互联网协议地址中唯一会改变的部分。

现在，我们将了解这些子网如何为不同的设备提供不同的地址，以及计算机网络中的子网划分过程。因此，通过这个例子，我们可以轻松理解子网的工作原理。

我们将学习如何在互联网协议版本 4 (IPv4) 寻址中形成子网。

IPv4 寻址有五个不同的类别。它们是：

• A 类网络
• B 类网络
• C 类网络
• D 类网络
• E 类网络

互联网协议地址（IP 地址）的总数决定了使用一个网络可以形成多少个子网。

• A 类有 24 个主机 ID 位
• B 类有 16 个主机 ID 位
• C 类有 8 个主机 ID 位

可以创建的可用 IP 地址数量是

The total number of IP Addresses creatable = 2 The total number of Host ID Bits - 2.
Class A Network can have 224 - 2
Class B Network can have 216 - 2
Class C Network can have 28 - 2
Class D and Class E do not contribute for IP Address creation.
Class D is used for multicasting purpose
Class E is used for Address Range Calculator

它们为将来的目的而保存。

子网划分

由于 IP 地址浪费的问题，我们已经进入了主题——子网划分。通过从较大网络内的地址的主机 ID 部分获取位，子网划分可以创建较小的网络（子网络；子网）。借助这些借来的位，我们可以构建具有较小总体规模的更多网络。

子网是从主机 ID 中获取的位创建的。

为了理解这个概念，让我们以一个 C 类网络为例。

我们的目标是创建一个网络。每个网络的容量必须是三十（30）台设备。我们有三种类型的 C 类网络，基于 IPv4 寻址。

每个 C 类网络可以提供二百五十四（254）个互联网协议地址。

我们需要的每台设备的容量远小于我们需要的容量。

所以，现在我们根据需求来划分这四个网络。让我们看看这个划分是如何发生的。

我们有四个 C 类网络，其虚构的互联网协议（IP）地址如下：

1. 网络 1：255.147.1.0
2. 网络 2：255.147.2.0
3. 网络 3：255.147.3.0
4. 网络 4：255.147.4.0

我们知道每个网络单独可以产生 254 个 IP 地址。这意味着四个网络可以产生 254 * 4 = 1016（一千零一十六）个互联网协议地址。但我们只需要每个网络三十个互联网协议地址。这意味着我们只需要一百二十（120）个 IP 地址。

这意味着 1016 - 120 = 896

创建的八百九十六个地址被浪费了。因此，我们需要明智地使用主机 ID 位。

所以，通过一些计算，我们会发现如果我们从每个网络中取 5 位，我们就能从每个网络中得到 30 个 IP 地址。

IP 地址数量的公式是：

The total number of IP Addresses creatable = 2 The total number of Host ID Bits - 2.

所以，现在我们将考虑 5 个主机 ID 位。

25 - 2 = 30 Internet Protocol Addresses from each Network.

因此，通过考虑，我们可以从每个 C 类网络中创建 30 个可用的 IP 地址。

所以，现在我们还有 3 个主机 ID 位剩余未用。我们也有不同的方法来使用这些剩余的位。

其他方法是：

1. 这些剩余的主机 ID 位可用于在将来需要时增加可创建的 IP 地址的容量。
2. 我们还可以使用这三个主机 ID 位从每个网络创建六个新的子网。

第一种方法通常被选择，因为创建两个不同的子网会导致 IP 地址的浪费。让我用上面的例子来解释这个问题。

示例

子网在计算机网络中的工作原理

如我们所知，子网划分将网络划分为小的子网。虽然每个子网允许连接到它的设备之间进行通信，但子网通过路由器连接在一起。所使用的网络技术和连接需求决定了子网的大小。每个组织负责选择其生成的子网的数量和大小，但要受限于其可用的地址空间。

• 为了构建子网，我们通常会检查主机 ID 的 MSB（最高有效位）位，如果发现错误，我们会进行修正。为了创建两个网络子网，我们在下表中固定了其中一个主机位的 MSB（最高有效位）。我们无法更改网络位，因为这样做会改变整个网络。

我们需要一个子网掩码来识别子网，它通过将“1”替换为每个网络 ID 位以及我们为创建子网而预留的主机 ID 位数量来创建。来自互联网的数据包旨在通过子网掩码转发到指定的子网网络。

子网掩码还指定了地址的哪个部分应该用作子网 ID。为了将子网掩码应用于整个网络地址，将使用二进制 AND 运算。在执行 AND 运算时，假定如果两个输入都为“真”，则结果将为“真”。如果不是，则呈现“假”。这只有在两个位都为 1 时才可能。

由此产生子网 ID。路由器使用子网 ID 在子网络之间选择最佳路由。

• IP 地址由两个部分组成：网络前缀（有时称为网络 ID）和主机 ID。根据地址是 A 类、B 类还是 C 类，必须分离网络前缀或主机 ID。下图显示了一个 B 类 IPv4 地址 172.16.37.5。网络前缀是 172.16.0.0，主机 ID 是 37.5。

• 如果我们希望生成不同长度的子网，则使用置换来确定用于形成子网的位数。这种子网划分称为可变长度子网掩码（VLSM）。
• 在分配了用于表示子网的位数后，通过将主机 ID 的所有剩余位设置为 1 来计算子网的广播地址。消息使用广播地址发送到所有网络主机。

子网划分的优点

• 子网划分用于减少互联网协议（IP）地址范围的存在。
• 子网有助于阻止设备或小工具占用整个网络，只允许主机控制哪些用户可以访问重要信息。简单来说，我们可以说网络是安全的，这仅仅是因为子网划分的概念。
• 通过消除重复的流量错误，子网划分概念提高了整个网络的性能。
• 如前所述，我们可以使用子网划分的概念将整个大网络转换为较小的网络。

子网划分的缺点

• 如果子网数量增加，则路由器数量也必须随着子网数量的增加而增加。这是因为每个子网都有自己的子网掩码、广播地址和网络地址。
• 如前所述，如果我们创建许多子网，由于主机 ID 位数的浪费，许多 IP 地址会被浪费。
• 子网划分会增加整个网络的成本，这需要购买昂贵的内部路由器、交换机、集线器和桥接器等设备。
• 子网划分增加了网络的复杂性。子网网络必须由熟练的网络管理员进行管理。

以上就是关于计算机网络主题中的子网划分概念。