IPv6 子网划分 第 1/2 部分
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在本文中，我将通过示例来解释 IPv6 子网划分的工作原理。
引言
我们正处于从 IPv4 到 IPv6 寻址结构的过渡阶段，我相信网络工程师应该能够轻松无误地规划他们的 IPv6 寻址/子网划分基础设施。在本文中，我试图通过示例来解释 IPv6 子网划分的工作原理。
我还编写并发布了一个免费的 IPv6 子网划分工具/计算器，同时支持 C# 和 Java JDK 17 应用程序框架。它可以让你规划/划分分配给你所有的 128 位地址。你可以在本文的第二部分找到这些应用程序。
我分发这些应用程序是希望它们能对你的子网计算有所帮助。我将努力持续开发该软件，所以请不要犹豫，就任何错误或新功能建议发表评论/提供信息。
1. IPv6 中的 “/”（斜杠或前缀长度表示法）是如何工作的？
“/” 表示你的子网固定不变的位数。固定不变意味着你无法控制这些位，你不能改变它们（我喜欢称它们为“只看不动的位”）。IPv6 地址为 128 位长，你的网络/组织被分配的地址中，“128 减去 /前缀长度值”的这些位是属于你控制的。你可以用这些位进行子网划分，并将地址分配给你的计算机/汽车/手机/等。
例如，假设你的服务提供商（或 RIPE、ARIN 等）为你分配了前缀 '2001:db8:1234::/48'。在这种情况下，/48 表示从最左边的位到第 48 位（包括第 48 位）是固定的，不能改变（只看不动）。其余的位，即 128-48=80 位，归你控制，用于寻址和子网划分。
因此，“/”前缀长度的重要性在于它指示了你的网络边界。换句话说，你的分配网络从哪个数字开始，到哪个数字结束。
2. 查找我们子网的 IPv6 起始地址和结束地址
如果我们有一个例如 192.168.3.0/24 的子网前缀，那么 24 位是固定的。你不能改变这些位。我们的子网掩码将是 255.255.255.0，我们可以通过使用 32-24=8 位来进行子网划分，同时注意子网地址和广播地址，这就像我们在 IPv4 经验中非常熟悉的那样。
2.1 三个有用的位运算符：& , | , ~
& (AND)、| (OR)、~ (NOT 或位反转器)：我们将使用这三个位运算符进行计算。我认为每个人（至少从大学数字逻辑课程中）都熟悉它们的操作方式。我不会在这里再次详细解释。你可以搜索“位运算符”以获取更多信息。
现在，有了分配给我们的 IPv6 子网前缀，我们如何找到我们的子网以及它的起始和结束地址？我们可以借助这三个逻辑运算符轻松计算它们，如下所示。我将尝试同时在 IPv4 和 IPv6 上演示。
使用 IPv4
如果我们使用'/24'，我们的掩码是什么？记住 CIDR 表示法，它就是 255.255.255.0，也就是从最左边的位到第 24 位（包括第 24 位）的 24 位全部被“设置”或“设置为一”。
查找起始地址是通过将地址与你的掩码“AND”运算，即
(192.168.3.5) & (255.255.255.0) = 192.168.3.0
这是我们的起始地址，或者我们称之为网络地址。
查找结束地址是通过将地址与你的反转掩码（NOT）“OR”运算，即
(192.168.3.5) | ~(255.255.255.0) = 192.168.3.255
这是我们的结束地址，或者我们称之为广播地址。
使用 IPv6
如果我们使用'/48'，我们的掩码是什么？简单来说，它是 ffff:ffff:ffff::，其中从最左边的位到第 48 位（包括第 48 位）的所有 48 位都“设置”或“设置为一”。正如你所见，掩码的求值方式与 IPv4 完全相同。对于我们的 IPv6 子网前缀 '2001:db8:1234::/48'，同样的计算方法也适用。还值得记住的是，我们总是使用“十六进制”而不是十进制数字进行寻址，因为 IPv6 完全基于十六进制数字。所以，
查找起始地址是通过将地址与你的掩码“AND”运算，即
(2001:db8:1234::) & (ffff:ffff:ffff::) = 2001:db8:1234::
查找结束地址是通过将地址与你的反转掩码（NOT）“OR”运算，即
(2001:db8:1234::) | ~(ffff:ffff:ffff::) = 2001:db8:1234:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff
结果是，对于子网前缀 '2001:db8:1234::/48'，我们子网的范围或区间是
IPv6 subnet Start Address> 2001:db8:1234:0:0:0:0:0 (or compressing zeros 2001:db8:1234::)
IPv6 subnet End Address> 2001:db8:1234:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff
另外请记住，IPv6 中没有广播机制，所以我们没有广播地址。
3. 如何使用 IPv6 子网前缀进行子网划分？
我们知道，我们的第一个前缀长度表示固定位，我们可以从（但不包括）前缀长度值开始，向最右边的位（从左到右）借位。
示例
让我们使用子网前缀 '2001:db8:1234::/48'，并借用 2 位进行子网划分。
当进行十六进制到二进制转换时，数字转换的美妙之处就显现出来了。在进行十六进制到二进制或反向转换时，你可以简单直接地将每个十六进制数字转换为二进制形式，而无需关心数字的权重。在十六进制表示法中，每个十六进制数字对应 **4 位**，通常称为“四位组”（nibble）。我们的示例地址展开形式和四位组是
2 0 0 1 : 0 d b 8 : 1 2 3 4 : 0 0 ...(the rest zeros)
0010 0000 0000 0001 : 0000 1101 1011 1000 : 0001 0010 0011 0100 : 0000 0000 ...(the rest zeros)
让我们借用 2 位，即第 49 位和第 50 位
0010 0000 0000 0001 : 0000 1101 1011 1000 : 0001 0010 0011 0100 : 0000 ... （其余全部为零）
通过借用 2 位，我们可以得到 22= 4 个唯一的子网，它们是
0010 0000 0000 0001 : 0000 1101 1011 1000 : 0001 0010 0011 0100 : 0000 ...(the rest zeros)
0010 0000 0000 0001 : 0000 1101 1011 1000 : 0001 0010 0011 0100 : 0100 ...(the rest zeros)
0010 0000 0000 0001 : 0000 1101 1011 1000 : 0001 0010 0011 0100 : 1000 ...(the rest zeros)
0010 0000 0000 0001 : 0000 1101 1011 1000 : 0001 0010 0011 0100 : 1100 ...(the rest zeros)
让我们将这些数字转换回十六进制，看看结果
2001:db8:1234:0000::/50 (First subnet)
2001:db8:1234:4000::/50 (Second subnet)
2001:db8:1234:8000::/50 (Third subnet)
2001:db8:1234:c000::/50 (Fourth subnet)
如果你是一名服务提供商，你可以逐个将这些子网前缀分配给你的客户，前缀长度为'/50'，例如，一个客户是 2001:db8:1234:0000::/50，另一个客户是 2001:db8:1234:4000::/50，依此类推。
现在，你的客户应该知道他们分配的地址空间的结束。此时，请记住查找我们子网的起始和结束地址，并执行计算。
首先，你的客户将拥有'/50'的掩码，这意味着 50 位全部“设置”或全部 50 位都是“一”，这给了我们掩码 'ffff:ffff:ffff:c000::'。现在使用这个掩码，我们可以轻松计算起始-结束地址，即我们子网的范围或区间。我们一个接一个地进行。
1st. Customer subnet Start address=
(2001:db8:1234:0000::) & (ffff:ffff:ffff:c000::) = 2001:db8:1234:0000:0:0:0:0 = 2001:db8:1234::
1st. Customer subnet End address=
(2001:db8:1234:0000::) |~(ffff:ffff:ffff:c000::) = 2001:db8:1234:3fff:ffff:ffff:ffff:ffff
2nd. Customer subnet Start address=
(2001:db8:1234:4000::) & (ffff:ffff:ffff:c000::) =
2001:db8:1234:4000:0:0:0:0 = 2001:db8:1234:4000::
2nd. Customer subnet End address=
(2001:db8:1234:4000::) |~(ffff:ffff:ffff:c000::) = 2001:db8:1234:7fff:ffff:ffff:ffff:ffff
3rd. Customer subnet Start address=
(2001:db8:1234:8000::) & (ffff:ffff:ffff:c000::) =
2001:db8:1234:8000:0:0:0:0 = 2001:db8:1234:8000::
3rd. Customer subnet End address=
(2001:db8:1234:8000::) |~(ffff:ffff:ffff:c000::) = 2001:db8:1234:bfff:ffff:ffff:ffff:ffff
4th. Customer subnet Start address=
(2001:db8:1234:c000::) & (ffff:ffff:ffff:c000::) =
2001:db8:1234:c000:0:0:0:0= 2001:db8:1234:c000::
4th. Customer subnet End address=
(2001:db8:1234:c000::) |~(ffff:ffff:ffff:c000::) = 2001:db8:1234:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff
请注意，每个子网前缀也可以再次用于进行子网划分。例如，第四个客户可以使用子网前缀 '2001:db8:1234:d000::/50' 来再次进行子网划分，通过从 /50 借用位到 /54，当然这取决于他们的需求。
4. 父（或根）前缀的概念
当你向你的服务提供商（或 RIPE、ARIN、APNIC、LACNIC 等）申请 IPv6 前缀范围时，他们会为你分配一个'/xy'前缀长度的前缀。例如，假设 '2001:db8:1234::/48' 已分配给你的网络基础设施。在这种情况下，'2001:db8:1234::/48' 将是你的父（或根）前缀，因为你所有的子分配都必须在你的父前缀下创建。这类似于树数据结构的父（根）节点——同样用于我们的互联网 DNS 系统。
此外，当你创建新的子网前缀时，每个子网前缀也可以称为“父（或根）”。我们可以说这类似于我们在 IPv4 中使用的子网的“网络地址”。但请记住，我们在 IPv6 中没有网络或广播地址机制。
让我们举个例子：假设你拥有前缀 '2001:db8:1234:4000::/50' 并通过借用 2 位（与上面的子网划分示例类似）创建了 4 个新的子前缀，它们是
p0> 2001:db8:1234:4000::/52
p1> 2001:db8:1234:5000::/52
p2> 2001:db8:1234:6000::/52
p3> 2001:db8:1234:7000::/52
在这里，我们可以说 '2001:db8:1234:4000::/50' 是上面四个前缀的父级。
(Parent or root prefix)
2001:db8:1234:4000::/50 (Child prefixes)
\__ 2001:db8:1234:4000::/52
|_ 2001:db8:1234:5000::/52
|_ 2001:db8:1234:6000::/52
|_ 2001:db8:1234:7000::/52
请注意，每个子前缀也可能是一个父前缀。当你使用该应用程序时，前缀（第一个轨道条）的值将定义父前缀。如果你使用该应用程序中的数据库，父前缀将作为相等的“前缀”和“父前缀”值自动插入数据库。
摘要
为了找到你子网的起始地址和结束地址，你只需要知道 IPv6 地址和前缀长度值。记住这些位运算（也适用于 IPv4）
(IPv6 Address) & (/prefix-length mask) is equal to (IPv6 subnet Start address)
(IPv6 Address) | ~(/prefix-length mask) is equal to (IPv6 subnet End address)
（请点击链接查看本文第二部分：IPv6 子网划分 第 2/2 部分[^] ）
历史
- 2013 年 9 月 28 日：v1.0
- 2014 年 1 月 26 日，v1.1：一些打字更正
- 2017 年 11 月 13 日，v2.0：Java 应用程序基于 JavaFX
- 2019 年 10 月 23 日：C# v4.0（基于 .NET 4.7.2）和 JavaFX v3.3
- 2020 年 1 月 6 日：C# v4.1（基于 .NET 4.8 并提供 IPv4 模式）
- 2022 年 6 月 9 日：C# v5.0 和 Java v4.0 基于 Java JDK 17（不使用 JavaFX）