随着网络应用的深入，IPv4 采用的32 位IP 地址的设计限制了地址空间的总容量，出现了IP地址紧缺的现象，而IPv6（采用128 位IP 地址）还不能够很快地进入使用，需要采取一些措施避免IP 地址的浪费。这些措施主要包括子网划分、变长子网掩码（VLSM）及构造超网等技术。
（1）子网划分与子网掩码
为了解决网络地址不足的问题，可以在一个网络地址内再划分出若干个网络。在一个网络内划分出的网络称为子网。子网划分的主要思路是：将分类IP 地址中主机号所占用的二进制位取出一部分作为子网号，利用主机号部分继续划分子网。当然，一个网络划分为若干个网络后，每一个网络能容纳的主机个数必然减少。
若采用子网划分的方式使用IP 地址，则路由器在收到一个分组后需要得到目的主机的网络号及子网号。如何从数据存储的角度解决这个问题呢？为此，人们提出了子网掩码（Mask）。TCP/IP 体系规定，子网掩码是一个32 位二进制数，由一串“1”后随一串连续的“0”组成。其中“1”对应IP 地址的网络号和子网号字段，“0”对应IP 地址的主机号字段。
有了子网掩码后，就可以依据主机的IP 地址及子网掩码，得出网络号和子网号了。人们在制订子网掩码时，充分利用了二进制数逻辑“与”运算的两个特性：任何一个数与“1”进行逻辑与运算，结果都是这个数本身；任何一个数与“0”进行逻辑与运算，结果都是“0”。子网掩码的用法如图6.6所示。
在图6.6 中，IP 地址的前两个部分为网络号，第三个部分的前6 位二进制数用来作为子网号，其他部分作为主机号。这样，IP 地址与子网掩码按二进制进行逻辑与运算的结果，就是这个IP 地址的网络号和子网号。
图6.6 子网掩码的使用
【例6.3】某个主机的IP 地址为140.137.37.25，子网掩码为255.255.224.0。请问，此主机所在的网络地址是多少？
【解析】根据主机IP 地址与子网掩码的逻辑与运算规则：
图6.7 网络地址计算过程
得出主机对应的网络地址为140.137.32.0。
子网掩码是一个网络或子网的重要属性。互联网规定：所有的网络都必须有一个子网掩码，同时在路由器的路由表中也必须设有“子网掩码”这项。路由器在相互交换信息时，也必须包含“子网掩码”这项信息。如果一个网络不划分子网，则子网掩码为默认子网掩码。默认子网掩码“1”的位置与IP 地址中网络号字段相对应。因此，各类网络的默认子网掩码如下：
A 类地址的默认子网掩码：255.0.0.0
B 类地址的默认子网掩码：255.255.0.0
C 类地址的默认子网掩码：255.255.255.0
划分子网增加了网络设计的灵活性，但它是以减少主机数为代价的。同时，已知主机的IP 地址，必须结合子网掩码才能方便地看出子网号和主机号，增加了数据处理的复杂性。
（2）变长子网
子网划分的最初目的是将传统的分类网络划分为几个规模相同的子网，即每个子网包含相同数目的主机。例如，一个B 类网络，当取出主机字段的前4 位作为子网号，则产生了16 个规模相同的子网。事实上，子网划分只是一种通用的利用主机号字段划分子网的方法，不一定要求子网的规模相同。例如，一个单位中的各个网络包含不同数量的主机，如果能创建不同规模的子网，就可以避免IP 地址浪费的问题。对于划分不同规模的子网（变长子网划分）问题，可使用变长子网掩码VLSM（Variable Length Subnet Mask）技术加以解决。
VLSM 是一种产生不同大小子网的网络分配机制，它用在IP 地址后面加上“/网络及子网编码位数”的方法来表示主机所在网络的网络号。例如，“202.117.68.0/18”表示前18 位是网络号和子网号，主机号14 位。VLSM 能够多次划分子网，即划分完子网后继续根据需要划分子网，进而划分出不同规模的子网，提高IP 地址资源的利用率。
在网络管理工作中，需要根据网络的分布和连接情况及申请到的IP 地址，合理地规划子网，正确地分配IP 地址和子网掩码，这便是网络地址规划问题。虽然在一个不与互联网连接的内网中，可以任意使用IP 地址，但分配规则是不能改变的。在网络地址规划中要对每一个网络指定唯一的网络号，网络内部的主机也要科学分配，这样搭建的网络才能通畅地工作。(www.chuimin.cn)
一般情况下，网络地址规划可以从子网中主机数最多的那个子网开始，依次进行子网划分。其步骤为：首先，要确定需要多少个网络号；其次，在所有网络中确定需要主机数最多的那个子网，确定主机号位数、子网号位数及其子网掩码；最后，使用上述确定的子网掩码后，继续进行子网划分，直到所有子网划分完毕为止。
下面以一个例子来说明网络地址规划的方法。
【例6.4】某公司有四个部门，需要在内部C 类地址（202.117.144.0）的基础上建立四个子网，其中部门甲有100 台主机，部门乙有20 台主机，部门丙和部门丁则各有10 台主机。给出采用VLSM 划分子网的过程。
【解析】根据题意，此公司有四个部门，因此，需要划分四个子网。采用VLSM 划分子网的过程如下：
①首先，找到需要主机数最多的那个网络——部门甲，确定此部门需要100 台主机。由于26 ＜100 ＜27，因此至少需要7 位主机号，剩下的25 位为网络号和子网号。将原来的C 类地址（202.117.144.0），用主机号字段的1 位进行子网划分，产生两个子网，即202.117.144.0/25和202.117.144.128/25。拟选择202.117.144.0/25 作为部门甲的子网，另一个子网作为其他部门的子网继续进行划分。
②对于部门乙，需要20 台主机。对子网网络202.117.144.128/25，再使用主机号字段的2 位（2 位作子网号，5 位作主机号）进行子网划分，可以得到四个子网。拟选择202.117.144.160/27 作为部门乙的子网，202.117.144.192/27 作为部门丙和部门丁的子网继续进行划分。
③对于部门丙和部门丁，均需要10 台主机。对子网网络202.117.144.192/27，再使用主机号字段的1 位（1 位作子网号，4 位作主机号）继续进行子网划分，可以得到2 个网络202.117.144.192/28 和202.117.144.208/28，分别对应部门丙和部门丁。
综上所述，公司四个部门采用VLSM 进行子网划分的结果为：
部门甲：202.117.144.0/25
部门乙：202.117.144.160/27
部门丙：202.117.144.192/28
部门丁：202.117.144.208/28
（3）CIDR 与构造超网
划分子网的方式在一定程度上缓解了IP 地址不足的问题，而VLSM 也符合用户对IP 地址实际使用的需要，但这些措施并没有从根本上解决问题。至1992年，B 类IP 地址已经分配过半，而互联网主干上路由表的表项数量还在急速增加。为此，人们在VLSM 基础上，研究出了无分类路由选择协议CIDR（Classless Inter Domain Routing）；也就是说，CIDR 是人们为了应对VLSM 及路由器表项数量增加问题而产生的一种路由技术。
CIDR 的主要有如下两个特点：
①CIDR 消除了传统的A 类、B 类和C 类地址以及划分子网的概念，因而能更加有效地分配IPv4 的地址空间。它将32 位的IP 地址划分为网络前缀和主机号两个部分，并采用类似于VLSM 的斜线记法对网络号进行标识。
②CIDR 将网络前缀都相同的连续IP 地址组成一个“CIDR 地址块”。CIDR 地址块用它的起始地址和块中地址来表示。例如，202.114.71.131/26 表示某个CIDR 地址块中的一个地址，这个地址用二进制表示为：
11001010 01110010 01000111 10000011
这个地址块共有26 即64 个地址，最小地址为202.114.71.128（11001010 01110010 01000111 10000000），最大地址为202.114.71.191（11001010 01110010 01000111 10111111）。通常，可用地址块中的最小地址和网络前缀的位数来指明这个地址块。例如，上面的地址块可以记为202.114.71.128/25。在不需要指明地址块的起始地址时，也可以将这个地址块简称为“/25 地址块”。
使用CIDR 后，一个地址块可包含多个地址，一个大的地址块也可以包含多个较小的地址块。这样，路由器的路由表可以用地址块来表示，将多个较小的地址块合并在一个较大的地址块中，这种方式称为路由聚合。路由聚合既有利于缩短路由表，也可以减少查找路由表所花费的时间，从而提高互联网的性能。路由聚合也称为构造超网。实际上，构造超网的目的就是将现有的IP 地址块合并成较大的、具有更多主机的地址块，从而缩短路由表的表项。
需要指出的是，IP 地址的使用方式与路由器中路由表表项的结构及转发分组流程密切相关。例如，若使用分类的IP 地址，路由表表项的内容只需要“网络号”及“下一跳地址”即可。若采用的是划分子网下的IP 地址使用方式，则路由表表项的内容便需要“网络号”“子网掩码”及“下一跳地址”。若使用CIDR 构建超网，则路由器及路由选择协议还必须支持CIDR 下的IP 地址使用方式才可以。
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图8-7 子网IP地址结构一个网络可以划分成多少个子网，由子网地址位数决定。划分子网进一步减少了可用的IP地址数量，这是因为主机地址的一部分被拿走用于识别子网和进行子网内广播。子网掩码用32位二进制数表示，常用点分十进制数格式来书写。例如，一个C类地址取主机号的两位为子网号，则掩码为11111111.11111111.11111111.11000000，子网可以产生64个可能的主机地址，但实际上只有62个地址是可用的，另外两个地址，一个用于识别子网自身，另一个用于子网的广播。......
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