ＩＳＳＮ １００９－３０４４ Ｅ—ｍａｉｌ：ｉｎｆｏ＠ＣＣＣＣ．ｎｅｔ．ｃａ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电脑知识与技术 Ｖｏ１．８，Ｎｏ．２２，Ａｕｇｕｓｔ ２０１２． ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｎｚｓ．ｎｅｔ．ｅｎ Ｔｅ１：＋８６—５５１－５６９０９６３ ５６９０９６４ 基于ｌＰ地址的子网划分算法研究 朱小艳，梁胜彬 （河南大学软件学院，河南郑州４５００４６） 摘要：子网划分是解决计算网络地址合理分配以及充分利用的一项技术。利用该技术可以减少网络中广播域。根据子网划分原 理，该文研究了子网划分计算算法，算法用ｃ语言在ＴＣ２．０编译环进行境下编写，实验结果表明，该算法能有效地实现子网划分。 关键词：子网划分；子网掩码；Ｃ语言 中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—３０４４（２０１２）２２—５３２４—０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＩＰ ａｄｄｒｅｓｓ ｓｕｂｎｅ￣ｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ＺＨＵ Ｘｉａｏ—ｙａｈ，ＬＩＡＮＧ Ｓｈｅｎｇ—ｂｉｎ （Ｓｏｆｔｗａｒｅ ＣｏＵｅｇｅ ｏｆ Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００６４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｕｂｎｅｔ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ｓｏｌｖｅｓ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｄｄｒｅｓｓ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｋｅ ｆｕｌｌ ｕｓｅ ｏｆ ｉｔ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｂｒｏａｄｃａｓｔ ｄｏｍａｉｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｔｈｅ ｓｕｂｎｅｔ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｅｄｉｔｅｄ ｉｎ ＴＣ２．０ ｃｏｍｐｉｌｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ Ｃ ｌａｎｇｕａｇｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｓｕｂｎｅｔ ｐａｒｔｉ— ｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂｎｅｔ；ｓｕｂｎｅｔ ｍａｓｋ；Ｃ ｌａｎｇｕａｇｅ 随着互联 的普及和应用，ＩＰ地址资源成为人们考虑的一个重要内容。子网划分是网络工程中必不可少的工作，对网络地址 进行合理划分，能够充分利 和系统管理网络地址。该文所指的子网划分是以ＴＣＰ／ＩＰ网络技术为基础的，实现在第三层协议上，用 于路由器上的地址分配以及虚拟局域网划分。 在子网划分中往往涉及到网络地址的计算，该文所提出的子网划分算法解决了相应的计算问题。该算法针对ＩＰ地址进行子网 划分，对于面向从事网络设计、网络管理和网络维护的用户，能够有效的提高网络工程师的工作效率。 １ ＴＣＰ，ＩＰ子网地址分配概述 １．１ ＴＣＰ，【Ｐ寻址基础 １Ｐ地址是用于ＴＣＰ／ＩＰ协议中网际层对应于ＯＳＩ参考模型第三层（网络层）寻址（又称逻辑地址）。该文主要研究ＩＰｖ４寻址。 ＩＰｖ４地址长度是３２ｂｉｔ，为了便于地址读写，将其分成４个字节（称为８位位组），每个字节之间用句点隔开。将这４组二进制表 示称十进制，这种表示格式称为点分十进制，如：３２ｂｉｔ全１的ＩＰ地址表示为：２５５．２５５．２５５．２５５。 ＩＰ地址有两个组建：网络号和主机号。网络号对应于网络组件，定义了设备位于网络中的哪个网段；主机组件定义特定网段上 的具体设备。每个网络都又两个保留地址：一个作为网络号，另一个作为定向广播地址（网络中最后一个地址）。 通过网络号将又ＩＰ地址分为Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ、Ｅ四类：Ａ类地址前８位为网络地址，后２４位为主机地址，Ｂ类地址ｌ６位为网络地址，后 １６位为主机地址，Ｃ类地址前２４位为网络地址，后８位为主机地址。网络地址范围如下所示： 种类 Ａ １．０．０．０到１２６．０．０．０有效Ｂ １２８．１．０．０到１９１．２５４．０．０有效 网络地址范围 ０．０．０．０和１２７．０．０．０保留 １２８．０．０．０和１９１．２５５．０．０保留 Ｃ １９２．０．１．０到２２３．２５５．２５４．０有效 １９２．０．０．０和２２３．２５５．２５５．０保留 Ｄ ２２４．０．０．０到２３９．２５５．２５５．２５５ 用于多点广播 Ｅ ２４０．０．０．０到２５５．２５５．２５５．２５４ １．２子网划分原理 保留２５５．２５５．２５５．２５５用于广播 由于Ａ类和Ｂ类网络中拥有大量的主机地址：在一个Ａ类网络中最大主机地址数量为２２４—２，在一个Ｂ类网络中最大主机地址 数量为２１６—２。 然而，在实际应用中一个网段一般为２００至５００台网络设备，所以在此情况下使用这两类地址就会造成严重的地址浪费，从而 需要将所剩余的地址利用划分出其他较小的网络，这些较小的网络通常称为子网。子网的引入就是为了充分的利用网络地址，并 收稿日期：２０１２－０６—１０ 作者简介：朱小艳（１９７７一），女，河南温县人，讲师，硕士，主要研究方向为网络服务质量；梁胜彬（１９８０－），男，河南郑州人，讲师，硕 士，主要研究方向协同设计。 ５３２４…网络通讯厦安全 本栏目责任编辑：冯蕾 第８卷第２２期（２０１２年８月） Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电脑知识与技术 且可以高效的使用每类网络的寻址。 １．３子网掩码 在子网划分时，最初ＲＦＣ９５０定义了子网掩码。与ＩＰ地址类似，子网掩码也长度为３２ｂｉｔ。其功能是标志所划分的子网数量和 每个子网网段所包含的主机地址数量，同时区分了在一个子网中的网络地址、主机地址、定向广播地址。 在二进制中，子网掩码比特位中的１表示网络组件，０表示主机组件，所有的网络组件１都是连续的，并且所有的主机组件０也是 连续的。 在引入子网掩码后，一个ＩＰ地址有三个部分组成：网络组件、主机组件、子网掩码。通常用点分十进制和建网比特数两种方法 来表示子网掩码。以一个Ｃ类网络做为示范上述的两种方法如下： 点分十进制：１９２．１６８．０．１ ２５５．２５５．２５５．０ 建网比特数：１９２．１６８．０．１／２４ ２子网划分算法设计 ２．１子网划分原理 该文设计的算法将子网划分分步完成。首先是划分的网络对象，也就是所给定的网段的ＩＰ地址，同时也是子网划分的起始 地址；其次是网络中最大网段上确实存在或将要存在的主机数量，设为：Ｈｎｕｍ，它决定了每个子网中所容纳主机数量的上确界；最 后是网络中能拥有的最大网段数Ｎｎｕｍ。根据用户给出的这三个条件，该算法将按照解决方案合理划分子网，并且满足用户网络需 求。 ２．２子网划分算法设计 子网划分算法将分为五步完成： 第ｌ步满足解决条件中的主机和网络需求 本步骤所要完成的工作是判断用户所给的条件是否可以给出合理的子网划分解决方案，并得出后续步骤中用到的两个重要参 数：子网掩码中的主机比特数和子网比特数。为了方便起见该文将子网掩码中的子网比特数设为Ｓ；子网掩码中的主机比特数设为 Ｈ；该类别（Ａ／Ｂ／Ｃ）地址中拥有的主机比特总数设为Ｔ。 这一步计算出满足解决条件中的主机和网络需求，通过以下三个公式可以得出： ・ Ｓ ＬｏｇｚＮｎｕｍ （１） 日 Ｌｏｇ２Ｈｎｕｍ＋２） ｆ２１ Ｓ＋日 Ｔ （３） 在公式（１）确定了子网比特数的下界，要满足所划分出来的子网数量要不小于用户设计的网络中的最大子网数量Ｎｎｕｍ，而划分 的子网数量为：２。，不等式两边取对数便得到了公式ｆ１）。 公式（２）确定了主机比特数的下界，由于没划分出的一个子网中都会有两个地址作为保留地址用作子网网号和该子网的定向保 留地址，所以划分的每个子网的主机数量为：２Ｈ－２，要不小于最大网段上的主机数量Ｈｎｕｍ。同理，不等式两边取对数可得公式（２）。 每一类ＩＰ地址中最大主机比特数是一定的，如：Ａ类为２４ｂｉｔ、Ｂ类为１６ｂｉｔ、Ｃ类为８ｂｉｔ。ｓ是从这些最大子网比特位中所占用的 比特位用于子网划分的，所以公式ｆ３）显然成立。 第２步确定子网掩码 在确定子网掩码时，首先应该先对用户所要计算的对象网络地址判定类别，不同类别的建网比特数是不同的：Ａ类是８个、Ｂ类 是ｌ６个、Ｃ类是２４个。 设子网掩码的建网比特数表示为：Ｚ。则ｚ的值为网络比特数与ｓ之和，计算公式如下： Ａ类：Ｚ＝８＋Ｓ； Ｂ类：ｚ＝１６＋Ｓ； ｃ类： ｚ＝２４＋ ； 子网掩码是由连续的１和０组成，所以只需计算出子网掩码最后一个非零８位位组的值即可，该值设为Ｆ。计算公式为：Ｆ：２ｓ 第３步确定网络地址 本步骤目的是要根据上一步计算出的子网掩码来确定划分出的子网的网络地址。 进行子网划分后，每个子网网段都含有相同数量的地址（包括保留地址），程序已经知道了所要划分的ＩＰ地址，也就是第一个子 网的网络地址，如果计算出没个子网中地址的数量（以后称增量，设为：Ｉ），便可依次推知个子网的网络地址。 计算该增量需要用到子网掩码，计算公式为： ，＝２５６一Ｆ 该公式是计算某子网划分后每个子网中的地址总数的简便方法，但是没个子网网段中有效地址数为：Ｊ一２。计算每个子网的 网络地址时只需对给定的地址相应的８位位组（十进制形式，设为：Ｐ，，ｉ表示第ｉ个子网）进行以Ｉ递增操作：Ｐ ＝Ｐ ＋，；直到： Ｐ ＋， ２５５；停止，则所有子网的网络地址便计算得出。 第４步确定定向广播地址 经过第３步计算出所有子网之后，只需将每个子网的网络号减ｌ便得到了前一个子网的定向广播地址。 第５步确定主机地址 网络地址和定向广播地址之间的所有地址都是主机地址。除去网络地址和定向广播地址，没个自网的主机地址数为： 本栏目责任编辑：冯蕾 网络强讯及安全…５３２５ Ｃｏｍｐｕ￣ｒ Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电脑知识与技术 ２ ～２ 第８卷第２２期（２０１２年８月） 网络号加１，为第一个主机地址，依次按增量递增，直到达到所求主机地址个数。 ２。３实例检验 在这里给定一个Ｃ类网络，其网络ｉｐ地址为：１９２．１６８．１．０，设该网络中有４个网段，即Ｎｎｕｍ＝４，网络中最大网段有５０主机，即 Ｈｎｕｍ＝５０。 运行程序，按照上述条件验证算法。首先计算出满足要求的子网掩码为：２５５．２５５．２５５．１９２。接着得到所划分出的４－４＂－网段的网 络地址： 第一个网段１９２．１６８．１．０ 第二个网段１９２．１６８．１．６４ 第三个网段１９２．１６８．１．１２８ 第四个网段１９２．１６８．１．１９２ 最后确定出主机组件和定向广播组件 网络地址 １９２．１６８．１．０ １９２．１６８．１．６４ 主机地址 １９２．１６８．１．０至１９２．１６８．１．６２ １９２．１６８．１．６４至１９２．１６８．１．１２６ 定向广播地址 １９２．１６８．１．６３ １９２．１６８．１．１２７ １９２．１６８．１．１２８ １９２．１６８．１．１９２ １９２．１６８：１．１２８至１９２．１６８．１．１９０ １９２．１６８．１．１９２至１９２．１６８．１．２５４ １９２．１６８．１．１９１ １９２．１６８．１．２５５ ３结束语 子网划分是网络工程中必不可少的工作，基于对实际网络中子网划分的分析，该文所提出了一种子网划分计算算法，本算法可 用ＴＣ编译器编写，操作简单，实用性强，为网络工程师提供了简单易用的计算方法。 参考文献： 【１】谭浩强．Ｃ语言程序设计【Ｍ】．北京：清华大学出版社，２００７． 【２］严蔚敏．数据结构【Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００６． 【３］Ｒｉｃｈａｒｄ Ｄｅａ１．ＣＣＮＡ学习指南［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００９． ［４】谢希仁．计算机网络［Ｍ】．５版．北京：电子工业出版社，２００８． （上接第５３２３页） 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