IP地址与子网划分

IP地址是一个32位的二进制地址，被分为4个8位段（八位组）。人们不习惯使用32的二进制地址或8位的二进制八位组，所以IP地址最常用的表达形式是点分十进制形式。

IP地址分类

IP地址中一部分是网络ID，另一部分是主机ID，地址分类系统把IP地址划分为不同的地址类：

A类地址：IP地址的前8位表示网络ID，后24位表示主机ID
B类地址：IP地址的前16位表示网络ID，后16位表示主机ID
C类地址：IP地址的前24位表示网络ID，后8位表示主机ID

使用的位数越多，包含的组合就越多，可知A类地址较少的网络ID，但每个网络都具有大量的可用主机ID。**那计算机或路由器是如何将一个IP地址解释为A类、B类还是C类呢？**其实二进制的前几位就是用来地址分类，如下表：

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注：

D类地址，前4位为1110，用于多播（组播）
E类地址，前5位为11110，实验性质的，不用于生产环境
排除地址指的是私有IP地址，用于本地局域网的IP地址分配

特殊的IP地址

全0主机ID：表示网络本身，如IP地址129.152.0.0是指网络ID为129.152的B类网络
全1主机ID：表示广播地址，如IP地址129.152.255.255是指网络ID为129.152的B类网络的广播地址
十进制127开头的地址：环回地址，用于测试自身TCP/IP软件是否正常，如ping自己127.0.0.1

子网掩码

子网掩码是需要配合IP地址一起使用的，用于指示IP地址的前多少比特是网络ID，后多少比特是主机ID。

A、B、C类地址均有默认的掩码，也称固定掩码：

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子网划分

子网划分是从主机号字段借用若干位比特，把物理网络分解为更小的逻辑实体（称为子网）的一种手段，从而可以更加充分的利用有限的IP地址资源。

将初始网络分段，必须设计一种编址方案，能够识别出大型网络中的每个子网。一台特定主机可以通过以下三项被唯一识别：

网络号唯一地指定主机所在网路（如果网络是公共互联网，网络号就是表示网络的地址，包括了其所有的子网）
子网号唯一的指定了一个子网（初始网络内部的子网），一个子网内部包含若干主机
主机号唯一地指定了子网内的某台主机

子网划分的几个步骤

1、确定需要的子网个数
2、确定一个子网内可能的最多主机数量
3、确定从主机号字段借用的比特数，用于创建子网号字段
4、确定主机号字段需要保留的比特数（不能被子网字段借用的比特数）
5、确定原始网络号字段和主机号字段的比特数
6、检查以确保被借用的比特数没有超过被保留的比特数（即检查子网划分问题是可解的）
7、设置子网号字段的最佳长度，包括为未来增长预留空间
8、创建一个修改（自定义）的子网掩码
9、确定有效的子网号
10、确定每个子网的IP地址有效范围

子网划分举例

问题：有一个C类地址193.200.35.0，分配给某个组织，该组织需要两个子网，每个子网的主机数不会超过30台。

分析：子网数S=2，每个子网内最多的主机数H=30，C类地址的主机位比特T=8

确定子网个数，S=2
确定一个子网内可能的最多主机数量，H=30
求解2^s - 2 >= S的最小整数s，解得s=2，即从主机号字段借用的比特数，用于创建子网号字段
求解2^h - 2 >= H的最小整数h，解得h=5，即主机号字段需要保留的比特数
确定原始网络号字段和主机号字段的比特数，网络号字段为24，主机号字段T=8
因为s + h = 2 +5 =7 < 8，即借用的比特数没有超过被保留的比特数，问题可解
由于7 < 8，并且r = T - s - h = 1，因而可将 r分配给s或h，通常情况下子网的数量相比子网内主机的数量更容易耗尽，因而将r分配给s，即s = s + r = 2 + 1 =3，此时s + h = 3 + = 8 = T
创建一个自定义的子网掩码，默认C类地址的子网掩码为255.255.255.0，需要计算一个新值代替其0字节，计算256 - 2 ^ (8 - s) = 256 - 2 ^ 5 = 256 - 32 = 224（前s位全置为1，也就是前三位全置为1），所以自定义子网掩码为255.255.255.224
确定有效的子网号，运势网络地址为193.200.35.0，将2 ^ (8 - s)= 2 ^ 5 = 32加到其0字节上，得到第一个子网的网络地址为193.200.35.32。继续在此字节上加上2 ^ (8 - s)，直至其等于自定义的子网掩码，具体如下：

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确定每个子网的IP地址有效范围，先计算第一个子网，其地址为193.200.35.33，所以其有效起始地址为193.200.35.33，子网内可以有2^h - 2 = 2^5 - 2 = 30个IP地址，所以结束地址为193.200.35.62，具体如下:

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-6cAKHAPd-1652003268025)(D:\file_place\Typora\常用的指令.assets\v2-d8476983bc0d8639ba6b8de4eb312c93_720w.jpg)]

注：每个子网的有效起始IP为子网地址+1，每个子网的有效结束IP为子网地址+子网内IP总数，也为下一个子网地址-2，中间跳过的一个IP地址为子网的广播地址。

一些题目

给定IP地址167.77.88.99和掩码255.255.255.192，求子网号、广播地址、有效IP地址。

分析：

IP地址---->167.77.88.99–> 10100111.01001101.01011000.01100011

掩码–>255.255.255.192–>11111111.11111111.11111111.11000000

对应位求积--------------------> 10100111.01001101.01011000.01000000–>167.77.88.64（子网号）（就是and）

广播地址(子网主机全1)—> 10100111.01001101.01011000.01111111–>167.77.88.127

有效IP(除去子网本身和广播地址):167.77.88.65~167.77.88.126

一个子网网段地址为5.32.0.0，掩码为255.224.0.0网络，求它允许的最大主机地址。

分析：

网段------->5.32.0.0–>00000101.00100000.00000000.00000000

掩码–>255.254.0.0–>11111111.11100000.00000000.00000000–>主机位为21位（0位）

最大主机地址---------->00000101.00111111.11111111.11111110–>5.63.255.254 （广播地址减一，也就是子网主机全1减一）

188.188.0.111，188.188.5.222，子网掩码都设为255.255.254.0，在同一网段吗？

分析：

IP1---->188.188.0.111–>10111100.10111100.00000000.01101111

IP2---->188.188.5.222–>10111100.10111100.00000101.11011010

掩码–>255.255.254.0–>11111111.11111111.11111110.00000000

IP分别与掩码作求积运算：

10111100.10111100.00000000.00000000

10111100.10111100.00000100.00000000

网络标识不一样，即不在同一网段。

参考：

《TCP/IP入门经典第6版》/ 乔·卡萨德（Joe Casad）

《计算机网络基础教程：基本概念及经典问题解析》/ 纳拉辛哈·卡鲁曼希等

[https://blog.csdn.net/hawht/art]