一種簡單子網劃分方法及教學案例＊

張海絨

(山西工程職業學院，山西 太原 030009)

0 引言

高職院校“計算機網絡技術”課程重點難點較多，理論知識繁瑣抽象，特別是子網劃分部分。針對網絡規劃和管理，子網劃分方案顯的尤為重要[1]。

計算機網絡技術課程教學中，對于子網劃分部分的講解比較復雜，比如二進制與十進制之間的轉換，學生入校之前沒有學過，但這部分知識的掌握是子網劃分學習的前期準備工作。筆者翻閱了很多計算機網絡相關的教材，也查閱了國內外相關的論文資料，還沒有發現一種能夠輕松掌握的子網劃分方法，并能將其應用于當前高職院校零基礎學生的教學工作。筆者在長期的計算機網絡教學過程中，總結出了一套子網劃分簡單易學的方法，便于學生理解和掌握。本文從案例的角度出發，來介紹該子網劃分是如何進行的。

1 案例描述

從一個教學案例的角度出發，某所新建的學校，教室有400 臺計算機，圖書館有180 臺計算機，宿舍里有40 臺計算機，食堂有18 臺計算機。前期的網絡施工布線工作已經基本完成，現在需要為每個部門做IP規劃和子網劃分。分配的IP 地址塊是172.16.0.0/22，需要將其劃分為五個子網，分別為：第一個子網是教室LAN，最多支持400 臺主機；第二個子網是圖書館LAN，最多支持180 臺主機；第三個子網是宿舍LAN，最多支持40 臺主機；第四個子網是食堂LAN，最多支持18臺主機；第五個子網是WAN，采用點對點鏈路。

2 前期知識準備

完成此案例子網規劃與子網劃分的前提是，學生需掌握一定的計算機網絡基礎知識，比如，IP 地址的二進制記法和二進制與十進制之間的轉換等。

目前IP 地址采用的是IPv4 版本，需要32 位的二進制數表示，由于二進制數只適用于計算機識別，為了更加人性化，計算機網絡界采用點分十進制的記法，即192.168.2.1，32 位的二進制位分為四組，每一組換算成十進制，中間用小數點隔開。

學生還需要掌握二進制的數數規則，8 位二進制從00000000 數到11111111，掌握二進制加減法，逢2進1 的方法。熟練的進行二進制十進制之間的轉換，至少需要8 位的二進制數與十進制數之間的轉換，可以采用8421法進行。

所謂8421法，指的是二進制數按位權展開，（這里以8 位二進制位為例），從高位到地位依次是：2726252423222120，依次計算出對應的值為：128 64 32 16 8 4 2 1。例如，這里給出一個8位的二進制數00110011，作出位權對應，如表1所示。將二進制數位為1 的對應的位權值相加即可，也就是32+16+2+1=51，筆者得出8 位二進制數00110011所對應的十進制數為51。相比較于傳統的二-十進制轉換方法，該方法快速簡單，特別適用于網絡工程應用的情況，但是要求學生熟記相應的位權數，也就是128 64 32 16 8 4 2 1。

表1 8421法

3 可變長子網掩碼（VLSM）劃分子網

學術界對于子網劃分有很多種常用的方法，比較常見的一種是可變長子網劃分VLSM 的方法[2]，這里采用VLSM方法解決上述案例。

首先，將點分十進制的IP 地址表示改為二進制的表示形式，因為網絡號為前22 位，前兩個字節可以不用換算成二進制形式，那么，172.16.0.0/22 轉為二進制IP 地址表示為：172.16.000000/00.00000000。子網劃分需要從計算機數最多的子網開始劃分，依次往下，直到劃分完畢[3]。

⑴第一個子網能夠支持400臺主機，采用計算方法2n＞=400,算出n=9，那么至少要空出九位的主機位，所以，就剩下一位來劃分子網，172.16.000000/00.00000000，如下劃線標注的一位來劃分子網，一位的二進制位能劃分兩個子網，一般情況下，我們定義0開始為第一個子網，即172.16.0000000/0.00000000，剩下的一個子網為172.16.0000001/0.00000000。

⑵第二個子網需要支持180臺主機，根據計算得出需要8位二進制位，所以，在上述剩下的子網的基礎上，即172.16.0000001/0.00000000網絡上繼續劃分，空出8位主機位數，只有一位二進制位來劃分子網，同樣，一位二進制位可以表示兩個子網，為0的子網我們來定義為我們的第二個子網，也就是172.16.00000010/.00000000，其中有下劃線的二進制位用來劃分子網。剩下的一個子網為172.16.00000011/.00000000。

⑶第三個子網需要40 臺主機，首先計算出需要六位主機號，在第⑵步劃分網絡的基礎上，也就是172.16.00000011/.00000000繼續劃分，需要空出6位主機號，剩下二位的二進制位來劃分子網，二位二進制位可以劃分出四個子網，分別為172.16.00000011.00/000000，172.16.00000011.01/000000，172.16.00000011.10/000000，172.16.00000011.11/000000。第三個子網原則上四選一即可，一般我們選擇00子網，也就是172.16.00000011.00/000000。

⑷ 接下來的子網劃分我們按照第⑶步劃分的四個子網順序，應該從172.16.00000011.01/000000網絡的基礎上進行。第四個子網有18 臺主機，計算出需要五位主機號，同樣的空出五位主機號，剩下一位子網號，同樣可以劃分為兩個子網，分別為172.16.00000011.010/00000，和172.16.00000011.011/00000。第四個子網取172.16.00000011.010/00000。剩下的172.16.00000011.011/00000，繼續在此基礎上劃分。

⑸ 第五個子網是WAN 網，需要二個IP 地址，22-2=2，所以主機位數需要二位二進制位，從第⑷步中剩下的子網172.16.00000011.011/00000 繼續劃分，同樣，留出二位主機號，有三位二進制位用于劃分子網，可以分八個子網，分別為172.16.00000011.011000/00，172.16.00000011.011001/00，172.16.00000011.011010/00，172.16.00000011.011011/00，172.16.00000011.011100/00，172.16.00000011.011101/00，172.16.00000011.011110/00，172.16.00000011.011111/00。這里第五個子網選擇172.16.00000011.011000/00。

至此，五個子網已經分配完畢，IP 子網規劃和子網劃分不是唯一的，在此過程中可以任意選擇[4]。該方法首先算出主機號，繼而求出子網號，根據子網號劃分子網，在此基礎上繼續下一個子網劃分，比較繁瑣，在課堂講授過程中，學生容易混淆，特別是高職院校的學生，理解起來相對困難。

4 以主機位數為核心的子網劃分

傳統的子網劃分對于高職院校的學生理解比較困難，筆者提出一種以主機位數為核心的子網劃分方法，大大降低了子網劃分的難度。

劃分子網首先還是從主機臺數最多的子網開始，依次到臺數最少的子網。和傳統的方法一樣，需要將IP 地址的十進制表示換算成相應的二進制表示，172.16.0.0/22 變為二進制表示為（前兩個字節可以不用變）：172.16.00000000.00000000/22。

⑴先劃分400臺主機臺數的子網，同樣需要計算出能夠支持400 臺主機數需要多少位主機號，主機號全0 的IP 地址表示網絡地址，主機號全1 的IP 地址表示廣播地址，所以在計算主機位數時，應該減去2，和VLSM方法一樣，求出主機號位數最少需要9位。

從二進制IP地址最右邊起數出9位作為主機位數，將這9 位主機號從全0 到全1，就是該子網的IP 地址范圍（除去全0和全1）。

172.16.000000/00.00000000……172.16.000000/01.11111111。

接下來需要寫出172.16.000000/01.11111111 相鄰的下一個二進制數，也就是在172.16.000000/01.11111111的基礎上加二進制1，為172.16.00000010.00000000。

⑵繼續劃分180 臺主機數的子網：計算支持180臺主機臺數最少需要8 位。從最右邊起數出8 位作為主機位數，從全0到全1，如下所示：

172.16.00000010.00000000……

172.16.00000010.11111111。

3.8 集中消毒餐飲具。指具有消毒服務的條件和能力，能夠為餐飲服務者提供餐飲具集中消毒服務的機構或單位，按照規范流程進行集中清洗消毒，符合相關衛生標準，并提供給餐飲服務者使用的餐具、飲具。

同樣，計算出172.16.00000010.11111111 二進制表示形式的下一個數，即172.16.00000011.00000000。

⑶第三個子網需要40臺主機IP地址，同樣的方法計算出主機位數是6位，那么從172.16.00000011.00000000的最右邊數出6 位，172.16.00000011.00000000，此6 位主機號，從全0到全1，去除主機號全0和全1的即為可以分配的IP地址。范圍是從：

172.16.00000011.00000000……

172.16.00000011.00111111。

需要將末尾二進制IP 地址自動加1，即為172.16.00000011.01000000。

⑷第四個子網有18 臺主機，算出需要的主機位數是5 位，在172.16.00000011.01000000 的最右邊數出5 位主機位，即172.16.00000011.01000000，同樣的方法，這5位主機位從全0到全1，范圍：

172.16.00000011.01000000……

172.16.00000011.01011111。

⑸第五個子網比較特殊，只需要2臺主機IP地址即可，所以計算出需要的主機位數是2。在最后一個二進制IP地址的基礎上同樣從最右邊取2位作為主機號，172.16.00000011.01100000，兩個主機號從全0 到全1，即范圍為：

172.16.00000011.01100000……

172.16.00000011.01100011。

以主機號為核心的子網劃分方法，需要把握三點：①子網劃分時，從主機臺數最多到最少依次進行[5]；②每一個子網劃分完畢需要數出下一個IP 地址的二進制表示數；③計算出需要的最少主機位數，從IP 地址二進制表示的最右邊起數出的主機位數即為主機號，將主機號從全0 數到全1 就是所能分配的IP 地址表示范圍（除過全0和全1）。

掌握這三個要點，子網劃分問題的難題就迎刃而解。

5 兩種方法的具體比較分析

相同點：

⑴兩種方法基本前提都一樣，都需要將十進制的IP地址表示轉換為相應的二進制表示。

⑵都需要從主機數最多到最少依次進行子網劃分。

⑶都需要先計算出至少的主機位數，確定主機號。

不同點：

VLSM 的子網劃分方法是從子網號出發，劃分出相應的子網，從IP 地址的最左邊到右邊進行，而該論文提出的以主機號為核心的子網劃分方法打破了傳統的從子網劃分的角度出發，改為確定主機號，以主機號為核心，從IP 地址的最右邊開始，不需要考慮子網號是如何劃分的，這樣大大減輕了思考的難度，直接做出符合網絡工程實踐要求的結果。

6 實踐教學過程中學生的反饋

筆者在高職院校的實際教學過程中做過一個測試，針對相同的六個計算機網絡專業班的學生，采用可變長子網掩碼劃分的方法講解[6]，學生聽的效果不是太好，課堂反映較差。后來正值疫情期間在線上課，采用以主機號為核心的子網劃分方法，學生聽的效果良好，課后在做項目實訓時，也能夠根據講解的內容獨立完成。如圖1所示。

圖1 以主機為核心的子網劃分講解

7 結束語

筆者曾在本科院校教授以謝希仁教授編著的《計算機網絡》教材為導向的計算機網絡課程，對計算機網絡子網劃分做過深入的研究和探索，但是對于高職院校的學生，更需要的是一種簡單、容易掌握，能夠應用于實踐操作的子網劃分的方法。筆者在多年的計算機網絡教學過程中總結出了一套以主機為核心的子網劃分方法，本文已經做了詳細的闡述，初步應用到教學實踐中，效果良好。

從教學的過程中，筆者深深體會到，解決一個問題，遇到瓶頸期，可以轉換思路。希望在未來的教學生涯中，能夠領悟更多的方法，應用于教學實踐中，造福于我們的學生，為國家為社會培養出更多的能夠適應企業造福于于社會的具有一定的計算機網絡專業素質的合格人才。