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子网掩码的产生

已有 4212 次阅读 2013-10-16 00:01 |个人分类:信息安全|系统分类:科研笔记

   每次查询ip地址时,总是在DOS界面中输入ipconfig,得到了IP Adress。。。但是我们总是能注意到下一行显示的Subnet Mask….,这就是所谓的子网掩码,这个听起来很有科学气质的词语到底是什么,有什么用处,为什么一定要把它与IP地址写到一起,他的产生对计算机网络有何贡献。。。。。。这些都是我好奇的问题。下面,我就一探究竟!

传说在20世纪初,计算机网络的发展面临三大严峻的挑战,其中一个就是“预计到1995年,所有的Bip地址将被分配一空”。这是一个很不幸的消息。消息一出,犹如晴天霹雳一般响彻整个互联网世界,人心惶惶,何去何从?有人认识到,当务之急,是必须找到问题出在哪里?

我们知道,Bip地址可以说是组建中规模网络的极佳选择,特别适合企业组建自己的网段。将一个Bip地址分配给一个企业网,该网络可以容纳(65535-2)台主机,规模适中。相比之下,A类网络可容纳16777216台主机,规模太大,没有几个公司的自组网可以达到这个规模;C类网路可容纳256台主机,弄个网吧还差不多,要是用在企业中,实在是捉襟见肘,网络规模不易扩大,在某种程度上限制了企业的发展。所以说,B类网路,必然最抢手,也最先耗尽。

可是,科学家们发现一个很蛋疼的问题:虽然Bip地址很抢手,但是其利用率实在是低的让人心痛。。。存在着巨大的浪费,巨田表现在以下三个方面:1.有的企业明明就只有100多台电脑,非要先占一个Bip地址,美其名曰未雨绸缪;2.还有的企业好不容易申请到一个Bip进行组网,可是网段内只有260台主机分配了ip地址,就比C类ip多用了一点点,好比一家5口人,想买私家车,买小卧车坐不下,于是就买了一辆公交车,倒是足够宽敞,但是公交车当私家车用,实在太浪费;3.最可恶的情况是,有的企业倒是有几K台主机需要上网,但是每200多台组成一个网段,每个网段都要申请一个B类地址,这一下就需要成百上千个B类地址,但是每个地址的利用率只有200/65535,实在是太低太低了。这就好比,50个人坐车,按理说一辆公交车刚好,但是,乘客要求每5人一组,每组还不能做同一辆车。这就太蛋疼了,所以,只能买十两公交车,每个车上就做5个人。这可真是天理难容了......以上三种情况,以第三种情况浪费最为严重,但却存在最为普遍,无愧为“厕所中最臭最硬的那一颗”。。。

问题的关键找到了,科学家们开始动脑筋,如何彻底铲除这一颗,回复互联网世界的干净与祥和。。。探究企业网的结构我们知道,从资源的角度说,一个Bip完全可以满足该企业所有的主机ip。但是,从网络结构的角度看,由于其所有主机分布在企业内的多个子网中,所以一个B类的网络号当然无法满足这么多的企业子网的需求。

矛盾一旦分析清楚,解决矛盾往往不难。你既然需要子网,那我就在ip地址结构中加入一个子网段(subnet)不就ok了。从此,ip地址从二级一下跨越到了三级的重口阶段。

三级Ip==<network网络号+subnet子网号+host主机号>,结构稍作优化,大问题迎刃而解。一个企业,几千台主机,我就给你分配一个Bip,你说你需要很多个子网,那我就在子网段给你分配很多个子网号。我们知道,路由器转发数据包是通过查询其内部的路由表实现的,而路由表记录的并不是目的主机的ip地址,而仅仅记录的是目的主机所在网段的ip地址,所以说,在旧的二级ip结构中,由于没有子网结构,那么要构成企业内部的子网就必须分配相应个数的ip地址段。但是,新的三级IP结构中,加入了子网段,所以一个企业内部子网的分配就可以在一个ip地址段内实现了,从而节约了大量的ip地址段。这就好比在一辆公交车上做出10个格挡,每5个人进入一个格挡,你们在你们的小天地里尽情的折腾吧,但是,车我只派一辆,而且这一辆还必须给我坐满喽。

      大问题解决了,可是又出现了一个小问题。我们怎么能准确的得到一个目的主机的子网号?大家想一想,不同企业需要的子网数不同,因而在整个32ip地址中分配给子网号段的位数也不尽相同。因此,对于路由器来说,如何准确的得到目的主机所在的子网IP成为一个小问题。

      问题出现了,科学家们开始开动脑筋。。。。。。有人想到,三级ip中前两段网络号+子网号==子网段号。也就是说,ip地址的本质就是3201间隔的数码,子网ip信息就存储在这32位中的前n位中。矛盾点在于n并不是一个不变的数,而是随着企业设定的子网总数不断变化的。矛盾找到了,解决矛盾往往不难。我们知道,二进制数有个特点,就是“任何二进制数和1相与永远等于这个数本身,和0相与永远等于0”,这就简单了,我们再找32位二进制数,其前n位都是1,后余位数都是0。解决矛盾的关键,就在于这个n上。n的大小,也就是连续有几个1,也就是网络号+子网号的长度。从此,每个三级ip地址在配上一个相应的32位从10的数码(用于指明该IP中的子网段的长度)就能够将目的主机所在子网段的信息承载。相应的,我们把这32位从10的数码就叫做“子网掩码”。在计算机网络中,子网掩码永远和ip地址(三级)是配对出现的。

 

      问题1ip地址不够用。

      产生原因:浪费

      矛盾点:扩充子网需要

      解决矛盾:更改结构,使新结构中能够承载子网信息。

 

      问题2:新ip中子网号信息无法直接得到

      原因:不同的子网个数分配的子网号位数不同

      矛盾点:位数信息无法承载

   解决矛盾:创造新结构(子网掩码),承载位数信息




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