子網路切割與 VLSM

為什麼要把網段切小

假設學校分給系館一段 192.168.10.0/24，共 256 個位址。全部放在同一個網段裡當然可以，但有幾個問題：

• 廣播會傳到每一台：ARP、DHCP 這些廣播在同一個網段內人人都收到，網段越大越吵。
• 難以分開管理：系辦、實驗室、教室的設備混在一起，防火牆規則（第 23 課）沒辦法依單位設定。
• 出問題時範圍大：一台設備設錯或中毒，影響整個網段。

所以通常會把一段位址再切成幾個子網路（subnet），每個單位一個，中間用路由器（或第 4 課的 VLAN 加路由）隔開。 切割的方法是從主機部分借位元給網路部分：前綴越長，子網路越多、每個越小。

等分切割：借幾個位元

從主機部分借 k 個位元，就切成 2^k 個大小相同的子網路：

192.168.10.0/24 切成 4 個 /26：

每個子網路的網路位址都是 64 的倍數，這是位元運算自然的結果：借來的 2 個位元依序是 00、01、10、11。

等分切割簡單，但每個單位拿到的大小都一樣。系辦要 50 台，一個 /26（62）剛好；兩台路由器之間的連線只要 2 個位址，也得用掉一整個 /26，浪費 60 個。

VLSM：依需求切出大小不同的子網路

VLSM（Variable Length Subnet Mask，可變長度子網路遮罩）讓同一段位址裡的子網路用不同的前綴長度。步驟：

1. 列出每個單位需要的主機數，由大到小排序。
2. 每個單位找「容得下的最長前綴」：可用主機數 2^n − 2 ≥ 需求。
3. 從位址空間的開頭依序分配，每一塊都要從自己大小的整數倍開始。

以系館為例：

一共用掉 64＋32＋16＋4 ＝ 116 個位址，還剩 140 個可以留給以後。

為什麼要由大到小：大的區塊對齊要求比較嚴（/26 只能從 0、64、128、192 開始）。如果先放小的，例如先把 /30 放在 .0， /26 就不能從 .4 開始，只能跳到 .64，中間 .4～.63 就被切碎了。先放大的，後面小的區塊總能剛好接上，不留空隙。

不能重疊：兩個子網路如果有共同的位址，路由器收到給那個位址的封包時，會不知道該送去哪一個子網路。

路由彙總：把連續的網段合成一條

切割是把大的網段分成小的；路由彙總（route summarization，也叫 supernetting）反過來，把幾個連續的網段寫成一條較短前綴的路由。

研究大樓的路由器 R2 後面有四個網段：10.1.0.0/24、10.1.1.0/24、10.1.2.0/24、10.1.3.0/24。把第 3 段寫成二進位：

10.1.0.0   → 00001010.00000001.000000|00.00000000
10.1.1.0   → 00001010.00000001.000000|01.00000000
10.1.2.0   → 00001010.00000001.000000|10.00000000
10.1.3.0   → 00001010.00000001.000000|11.00000000

直線左邊的 22 個位元完全相同，所以四條路由可以合成 10.1.0.0/22。校園其他路由器只要記這一條，路由表比較小， R2 後面某個網段的線路有變化時，其他路由器也不必跟著更新。

彙總要注意兩件事：

• 彙總的範圍要剛好：寫成 10.1.0.0/16 也涵蓋這四個網段，但同時涵蓋了 10.1.4.0～10.1.255.255，那些位址如果在別的地方，封包會被送錯。
• 網段不連續時會多包：10.2.1.0/24 與 10.2.2.0/24 的共同前綴只有 22 位元，彙總成 10.2.0.0/22 會連 10.2.0.0/24 和 10.2.3.0/24 一起包進來。 如果那兩段不在這個方向，就不要彙總，或另外加更精確的路由（第 9 課的最長前綴比對會選精確的那一條）。

規劃位址時把同一棟樓、同一個區域的網段排在連續的範圍，就是為了之後方便彙總。

重點整理

• 等分切割：從主機部分借 k 個位元，得到 2^k 個子網路，前綴加 k，每個子網路的大小減半 k 次。
• VLSM：依需求用不同的前綴長度；每個單位用容得下的最長前綴，由大到小從位址空間開頭依序分配。
• 子網路必須從自己大小的整數倍開始，而且不能重疊。
• 路由彙總：找出幾個連續網段共同的開頭位元，合成一條較短前綴的路由；範圍要剛好，太寬會把封包送錯，甚至形成迴圈。

到這裡你已經會規劃位址了。下一課回到封包本身：同一個網段裡，電腦怎麼用 ARP 從 IP 位址問到對方的 MAC 位址，跨網段時為什麼要把封包交給預設閘道。