網絡基礎-IP分類及子網划分
# 任務背景
由於某些原因，某公司搬遷至新地方，現需要對公司網絡環境重新調整規划，申請了一個B類IP地址:172.25.0.0，
子網掩碼為255.255.224.0。需要根據公司部門和電腦數進行子網划分並分配IP。公司目前有6個部門，最大部門員工數 有28人。
# 任務要求
1.根據申請的IP，划分至少6個子網
2.計算出每個子網的有效IP地址的范圍
# 任務拆解
1.根據申請的IP，分析判斷可以划分幾個子網
2.分析判斷每個子網的有效IP是否可以滿足最大部門員工數
3.根據子網IP給每個主機分配有效的IP
一、認識網絡設備
1. 常見的網絡設備**集線器(HUB)
共享帶寬的設備，采用廣播的形式來傳輸信息，可以實現多台電腦同時使用一個進線接口來上網或組成局
域網 。
HUB不管有多少端口，所有端口都共享一條帶寬，同一時刻只能有兩個端口傳送數據，其它端口只能等 待，傳輸效率低；如果是8口的HUB，那么每個端口得到的帶寬就只有1/8的總帶寬；
交換機
交換機的每一個端口所連接的網絡都是獨立的，也就是獨享帶寬；
並且能夠進行地址學習（源端和目標端的MAC地址），維護一張MAC地址表
隔離沖突域。因為每個端口都有一條獨占的帶寬，當兩個端口工作時不影響其它端口的工作。
路由器
- 一個作用是連接不同的網絡，另一個作用是選擇信息傳送的線路（選路）。
- 選擇通暢快捷的近路，能大大提高通信速度，減輕網絡系統通信負荷，節約網絡系統資源，提高網絡系統 暢通率。
總結：
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單從組建局域網來說，交換機的速度最快，其次是路由器，最后是HUB。而價格是路由器最貴，然后是交換機 和HUB.
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集線器和交換機的作用可以簡單的理解為將一些機器連接起來組成一個局域網；但是兩者在性能上有區別：集線 器采用的式共享帶寬的工作方式，而交換機是獨享帶寬。這樣在機器很多或數據量很大時，兩者將會有比較明 顯的區別;
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路由器的作用在於連接不同的網絡並且找到網絡中數據傳輸最合適的路徑。
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交換機與路由器的區別在於：
交換機屬於OSI第二層即數據鏈路層設備。它根據MAC地址尋址。
路由器屬於OSI第三層即網絡層設備，它根據IP地址進行尋址，通過路由表路由協議產生。
2. 常見的網絡連接介質雙絞線
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雙絞線俗稱網線，每條雙絞線通過兩端安裝的RJ-45連接器（俗稱水晶頭）將各種網絡設備連接起來。 多用於主機到集線器或交換機的連接。
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雙絞線中兩種標准：
568A標准：綠白-1，綠-2，橙白-3，藍-4，藍白-5，橙-6，棕白-7，棕-8
568B標准：橙白-1，橙-2，綠白-3，藍-4，藍白-5，綠-6，棕白-7，棕-8
直通線：雙絞線兩邊是一樣標准，如568B-568B（常用） 交叉線：雙絞線兩邊標准不一樣，如568A-568B
- 網絡設備連接
直通線：交換機到路由器、計算機到交換機、計算機到集線器等不同設備互聯
交叉線：交換機到交換機、交換機到集線器、集線器到集線器、路由器到路由器、計算機到計算機、 計算機到路由器等相同設備互聯
光纖
與其它傳輸介質比較，光纖的電磁絕緣性能好、信號衰小、頻帶寬、傳輸速度快、傳輸距離大。主要用於要求 傳輸距離較長、布線條件特殊的主干網連接。具有不受外界電磁場的影響，無限制的帶寬等特點，可以實現每 秒萬兆位的數據傳送，尺寸小、重量輕，數據可傳送幾百千米，價格昂貴。
二、IP地址基礎知識
1. IP和MAC地址簡介
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以太網上的兩台計算機之所以能夠交換信息就是因為每個設備都有一塊網卡，並且每塊網卡擁有唯一的物理地 址（稱為MAC地址）和唯一的邏輯地址（稱為IP地址）。
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MAC地址是由生產廠商燒錄好的，一般不能改動，並且全球唯一；IP地址需要綁定在網卡上，並且同一個IP地 址不能綁定在多個網卡上。
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MAC地址和IP地址的區別如下：
MAC地址和IP地址結構長度不一樣。
MAC地址是48位的十六進制數，IPv4地址是32位的二進制數，IPv6地址是128位，通常寫成8組，每 組為四個十六進制數的形式。
0 1 bit 1B=8bit 1KB=1024B 1MB=1024KB1GB=1024MB 1TB 1PB EB
IPv4地址使用"點分十進制"法表示；IPv6地址使用"冒分十六進制"法表示
IPv4地址：192.168.1.1 十進制數
IPv6地址：FE80:0000:0000:0000:AAAA:0000:00C2:0002
MAC地址：00-E1-8C-D8-EC-FE 十六進制
MAC地址和IP地址在OSI模型中尋址層不同
IP地址應用於OSI第三層，即網絡層
MAC地址應用在OSI第二層，即數據鏈路層
MAC地址和IP地址分配方式不一樣
MAC地址分為前24位(稱為組織唯一標志符,是由 1 的注冊管理機構給廠商分配)和后24位(稱為擴展標識符，由廠家自己分配)
IP地址是由網絡拓撲結構決定分配
2.IP地址介紹
為了便於根據IP地址尋找到該地址所代表的主機，這個32位的二進制數被分為2個部分：
192.168.10.1——>網絡號+主機號
網絡ID(網絡號) 和 主機ID(主機號)
網絡號：區分網絡是否在同一區域（網段），說明可以划分為幾個網絡或區域。
主機號：區分同一個網絡中的主機，說明網絡里有多少台主機。
說明：我們現在所說的互聯網就是由兩個或者兩個以上的網絡進行互聯。
3.子網掩碼介紹
思考：
每個IP地址都分割成網絡號和主機號兩部分，目的是便於IP地址的尋址操作；那么IP地址的網絡號和主機號各是多少 位呢？如何確定？
子網掩碼特點：
-
子網掩碼不能單獨存在，它必須結合IP地址一起使用；
-
子網掩碼只有一個作用，就是將某個IP地址划分成網絡地址和主機地址兩部分；用來判斷兩個IP是否在同一網絡
-
子網掩碼是一個32位的二進制數，用"點分十進制"表示；其對應網絡地址的所有位置都為1，對應於主機地址的 所有位置都為0。
IP地址：192.168.1.254
子網掩碼：255.255.255.0
十進制轉換二進制 ：除2取余數，倒敘排列，不夠用0補齊二進制轉換十進制：
11000000=192
192=11000000
168=10101000
1=00000001
254=11111110
255=11111111
4. IP地址分類
| 范圍（公網地址） | 分類 | 私有****IP | 網絡類型 | 備注 |
|---|---|---|---|---|
| 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255 | A類 | 10.0.0.0~10.255.255.255 | 大規模 | |
| 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255 | B類 | 172.16.0.0~172.31.255.255 | 中等規模 | |
| 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255 | C類 | 192.168.0.0~192.168.255.255 | 小規模 | |
| 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 | D類 | 組播地址 | ||
| 240.0.0.0 ~ 247.255.255.255 | E類 | 保留 |
1. A類IP地址由1字節的網絡地址和3字節主機地址組成，網絡地址的最高位必須是"0";
2. 地址的表示范圍為：0.0.0.0~127.255.255.255；默認子網掩碼為：255.0.0.0或/8;
255.0.0.0=11111111.00000000.00000000.00000000
3. 網絡號全為0表示保留不能用;
4. 網絡號全為1的IP:127.x.x.x/8表示保留，用於本機回環測試用。
5. 主機號全為0代表本主機所在的網絡地址;主機號全為1代表該網絡上的所有主機.故不能分配。
113.0.0.0
113.255.255.255
綜上所述:
1. A類地址可用的網絡數為2^7-2=126個；
2. A類地址每個網絡能容納的主機數為2^24-2=16777214（上千萬台）;
3. A類地址一般分配給規模比較大的網絡使用。
1. B類IP地址由2個字節的網絡地址和2個字節的主機地址組成，網絡地址的最高位必須是"10";
2. 地址范圍是128.0.0.0到191.255.255.255；默認子網掩碼為：255.255.0.0或/16;
3. 網絡號全為0一般表示保留（老版教材），現在可以用;
4. 主機號全為0代表本主機所在的網絡地址;主機號全為1代表該網絡上的所有主機.故不能分配。
綜上所述:
1. B類地址可用的網絡數為2^14-1=16383個；
2. B類地址每個網絡能容納的主機數為2^16-2=65534（上萬台）;
3. B類地址一般分配給中型的網絡使用。
1. C類IP地址由3字節的網絡地址和1字節的主機地址組成，網絡地址的最高位必須是"110";
2. 地址范圍是192.0.0.0到223.255.255.255；默認子網掩碼為：255.255.255.0或/24；
3. 網絡號全為0表示一般保留（老版教材），現在可以用;
4. 主機號全為0代表本主機所在的網絡地址;主機號全為1代表該網絡上的所有主機.故不能分配。
綜上所述:
1. C類地址可用的網絡數為2^21-1=2097151個；
2. C類地址每個網絡能容納的主機數為2^8-2=254台;
3. C類地址一般分配給小型的網絡使用。
113.0.0.0 A 255.0.0.0
113.1.1.254 A 255.0.0.0 廣播：113.255.255.255
特殊 IP 說明
| IP****地址 | 說明 | 備注 |
|---|---|---|
| 0.0.0.0 | 表示整個網絡 | 可表示本機源地址，也可表示某個特定主機 |
| 255.255.255.255 | 一個特殊的廣播地址，意味着所有的主機 | x.255.255.255/x.x.255.255/x.x.x.255 |
| 127.x.x.x | 回環測試地址，默認127.0.0.1 | 127.0.0.2 127.1.1.1都可以代表本機回環地址 |
5. 練習
| IP****地址 | 分類 | 網絡地址 |
|---|---|---|
| 10.2.1.1/8 | A類 | 10.0.0.0 |
| 128.63.2.100/16 | B類 | 128.63.0.0 |
| 201.222.5.64/24 | C類 | 201.222.5.0 |
| 192.6.141.2/24 | C類 | 192.6.141.0 |
| 130.113.64.16/16 | B類 | 130.113.0.0 |
三、子網划分
1. 子網划分核心
"借用"主機位來"制造"新的網絡。
IP地址=網絡號+主機號(子網位+主機位)
IP地址=網絡位+子網位+主機位
2. 子網划分方法
IP=網絡號+主機號
|
子網位(n)+主機位(m)
假設子網位為n;主機位為m;則子網數為2^n個，主機數為2^m-2個。
子網掩碼都是由一串連續的0和連續的1組成。這里可以將n看做后面有多少個1，m看做后面有多少個0。 由於主機位全0表示本網絡，全1留作廣播地址，減掉2。
子網掩碼：網絡位為全為1，主機位全為0
3. 舉例說明
根據子網掩碼判斷主機數
子網掩碼為255.255.255.0時，可以容納多個台設備？
分析：
1. 子網掩碼由連續的1和連續0組成；
2. 用於判斷IP地址網絡位+主機位255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.0000000 主機數：2^8-2
255.255.248.0這個子網掩碼可以最多容納多少台電腦？
1. 將子網掩碼轉成二進制數
11111111.11111111.11111000.00000000
2. 判斷有多少個連續的0 主機數：2^11-2=2046
255.255.128.0
11111111.11111111.10000000.00000000
2^15-2
根據主機和子網判斷子網掩碼
有一個B類網絡145.38.0.0需要划分為20個能容納200台主機的子網網絡，子網掩碼設置多少合適？
2^n=子網數=20
2^m-2=主機數=200
子網掩碼=n個連續的1和m個連續的0 11111111.11111111.11111000.00000000
分析：
1. B類網絡 255.255.0.0 /16
2. 網絡數大於等於20個子網；主機數大於等於200個主機網絡數：
11111111.11111111.11111000.00000000=255.255.248.0
2^n>=20 n=5,m=11
主機數：
11111111.11111111.11111111.00000000=255.255.255.0
2^m-2>=200 m=8,n=8
根據IP和子網掩碼判斷子網數
已知192.168.0.0/255.255.255.128網絡，請問最多可以划分幾個子網，每個子網范圍分別是多少？
思路：
1.根據IP分類和子網掩碼判斷出向主機號借了幾位（子網位）
2.根據所借的子網位數算出子網數和主機IP范圍
步驟：
1. 子網掩碼轉成二進制
C類默認： 11111111.11111111.11111111.00000000
實際掩碼：11111111.11111111.11111111.10000000
結果：對比判斷，當前IP向主機位借了1位；當前IP最多可以划分2^1個子網
2.判斷每個子網的IP范圍x=0
192.168.0.0-------
192.168.0.0~192.168.0.127
有 效 的 IP 范 圍 ： 192.168.0.1~192.168.0.126/255.255.255.128 廣播地址：192.168.0.127
4. 練習
某公司申請到了一個C類網絡，但需要接9個子公司，最大的一個子公司有12台計算機，每個子公司都在同一個網段中，則子 網掩碼應設為多少合適？
C類掩碼：255.255.255.0
子網數：至少是9個主機數量：至少12台
11111111.11111111.11111111.11110000=255.255.255.240
2^n>=9 n=4,m=4
2^m-2>=12 m=4,n=4
C類地址，主機位為8位2^4 > 9
2^4 > 12
所以借用的子網位為4，主機位剩余4位，總共有16個子網，每個子網不超過16個主機， 所以掩碼為28（24+4）位，即：255.255.255.240
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分析：
1. 申請的B類網絡，172.25.0.0 默認：255.255.0.0 實際：255.255.224.0
A類 網絡位.主機位.主機位.主機位
B類 網絡位.網絡位.主機位.主機位
C類 網絡位.網絡位.網絡位.主機位
通過以上分析得出，該網絡向主機位借位。
2. 根據實際子網掩碼255.255.224.0可以分析出向主機位借了幾位
255.255.224.0轉成二進制
11111111.11111111.11100000.00000000
結果算出借了3位
3. 如何判斷是否滿足公司需求？
IP=網絡位+主機位（子網位n+主機位m）
划分的子網數：2^n=2^3=8 > 6 所以滿足需求 主機數：2^m-2=2^13-2>28 所以滿足需求
結論：該IP完全滿足公司的需求
4. 判斷出每個網絡的有效IP地址
如果像主機位借1位的話：x=0 x=1 可以分出2個子網
如果像主機位借2位的話：x=00 x=01 x=10 x=11 可以分出4個子網
如果像主機位借3位的話：x=000 x=001 x=010 x=011 x=100 x=101 x=110 x=111 可以分出8個子網
5. 算出每個子網的IP范圍
172.25.0.0 255.255.224.0 11111111.11111111.11100000.00000000
x=000
172.25.x/-----.--------
172.25.0.0~172.25.31.255 有效IP：172.25.0.1~172.25.31.254 x=001
172.25.x/-----.--------
172.25.00100000.00000000
172.25.00111111.11111111
172.25.32.0~172.25.63.255 有效IP：172.25.32.1~172.25.63.254
依次類推
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