门 | GATE CS 1997 | 问题10

本题为计算机科学领域的GATE CS 1997的第10题，考察了计算机网络的相关知识。

题目描述

在一个互联网中，每台主机都有一个唯一的IP地址。假设一个子网的IP地址前缀为223.1.17.0/24，该子网可以容纳最多多少台主机？

解答过程

IP地址前缀

IP地址前缀是用于标识IP地址的网络部分和主机部分的分界线。在IPv4中，IP地址由32位二进制数表示，其中前24位表示网络部分，后8位表示主机部分。IP地址前缀可以通过掩码来表示，掩码是由一串连续的1和0组成的二进制数，其中连续的1表示网络部分，连续的0表示主机部分。例如，IP地址前缀为223.1.17.0/24，其掩码为前24位为1，后8位为0的二进制数：11111111 11111111 11111111 00000000。这意味着该子网的网络部分为223.1.17，主机部分最多可以有2^8=256个。

IP地址分配方式

在IP地址中，主机部分是用来标识网络上的每一台主机的。在TCP/IP协议中，IP地址分配方式有三种，分别是：

• 静态分配：由网络管理员手动指定每台主机的IP地址。
• 动态主机配置协议（DHCP）：由DHCP服务器自动分配IP地址。
• 网络地址转换（NAT）：在路由器上设置NAT地址，将内部网络的IP地址转换为外部网络的IP地址。

子网划分与掩码

在IPv4中，一个IP地址可以代表一个子网或一个主机。当一个IP地址被用来标识子网时，需要将IP地址分成两部分：网络部分和主机部分。网络部分用于标识该子网，主机部分用于标识该子网中的每个主机。

为了实现子网划分，需要将IP地址的掩码修改为拥有更多1的格式，以留更少的空间来定义主机的IP地址。举个例子，假如一组IP地址都在同一个C类子网中，并且需要将该子网划分为4个子网，那么可以将原掩码“255.255.255.0”修改为“255.255.255.192”，即前26位是网络部分，后6位是主机部分。这样，一个IP地址就可以表示网络和主机，主机部分的长度为6位，可以表示64个IP地址。

计算子网能够容纳的最大主机数量

对于本题，已知子网的IP地址前缀为223.1.17.0/24，即网络部分的长度为24位，主机部分的长度为8位。根据以上的知识点，可知该子网最多可以容纳2^8=256台主机。

总结

本题考察了计算机网络的相关知识点，包括IP地址前缀、IP地址分配方式、子网划分与掩码。对于程序员来说，了解和掌握这些知识点是非常重要的，尤其是在进行网络编程和网络架构设计时。在实践中，需要合理地划分子网，以支持更多的主机连接，并保证网络的安全性和稳定性。