面试题：网络编程之特殊场景下的IP地址与子网划分优化

Question

在一个大型企业网络中，有多个VLAN，VLAN 10需要支持1000台主机，VLAN 20需要支持500台主机，VLAN 30需要支持200台主机，VLAN 40需要支持100台主机。假设给定一个IP地址块10.0.0.0/16，如何进行子网划分才能最优地满足需求，同时尽量减少IP地址浪费？请详细阐述划分过程及每个子网的相关信息（网络地址、子网掩码、广播地址、可用IP范围）。

Answer 1

1. 分析VLAN主机需求所需的主机位数：
   • VLAN 10需要支持1000台主机，因为(2^{10}-2 = 1022\gt1000)，所以需要10位主机位。
   • VLAN 20需要支持500台主机，因为(2^{9}-2 = 510\gt500)，所以需要9位主机位。
   • VLAN 30需要支持200台主机，因为(2^{8}-2 = 254\gt200)，所以需要8位主机位。
   • VLAN 40需要支持100台主机，因为(2^{7}-2 = 126\gt100)，所以需要7位主机位。
2. 子网划分过程：
   • 给定的IP地址块是10.0.0.0/16。
   • VLAN 10：
     • 由于需要10位主机位，那么子网掩码就是(32 - 10 = 22)位，即255.255.252.0。
     • 网络地址：10.0.0.0
     • 广播地址：10.0.3.255
     • 可用IP范围：10.0.0.1 - 10.0.3.254
   • VLAN 20：
     • 需要9位主机位，子网掩码是(32 - 9 = 23)位，即255.255.254.0。
     • 网络地址：10.0.4.0
     • 广播地址：10.0.5.255
     • 可用IP范围：10.0.4.1 - 10.0.5.254
   • VLAN 30：
     • 需要8位主机位，子网掩码是(32 - 8 = 24)位，即255.255.255.0。
     • 网络地址：10.0.6.0
     • 广播地址：10.0.6.255
     • 可用IP范围：10.0.6.1 - 10.0.6.254
   • VLAN 40：
     • 需要7位主机位，子网掩码是(32 - 7 = 25)位，即255.255.255.128。
     • 网络地址：10.0.7.0
     • 广播地址：10.0.7.127
     • 可用IP范围：10.0.7.1 - 10.0.7.126
   • 剩余的地址空间（10.0.7.128/25等）可用于未来扩展或其他用途。