IP地址與子網划分
一、IP地址(Internet Protocol Address)
1、IP地址的表示
IP地址是一個32位的二進制數，通常被分割為4個“8位二進制數”（也就是4個字節）。IP地址通常用“點分十進制”表示成（a.b.c.d）的形式，其中，a,b,c,d都是0~255之間的十進制整數。例：點分十進IP地址（100.4.5.6），實際上是32位二進制數（01100100.00000100.00000101.00000110）。
2、IP地址的組成
IP地址由兩部分組成，分別為網絡部分（Network）和主機部分（Host）
3、IP地址的分類
最初設計互聯網絡時，為了便於尋址以及層次化構造網絡，每個IP地址包括兩個標識碼（ID），即網絡ID和主機ID。同一個物理網絡上的所有主機都使用同一個網絡ID，網絡上的一個主機（包括網絡上工作站，服務器和路由器等）有一個主機ID與其對應。Internet委員會定義了5種IP地址類型以適合不同容量的網絡，即A類~E類。
其中A、B、C3類（如下表格）由InternetNIC在全球范圍內統一分配，D、E類為特殊地址。
| 類別 | 最大網絡數 | IP地址范圍 | 單網段最大主機數 |
|---|---|---|---|
| A | 126（2^7-2） | 1.0.0.1-127.255.255.254 | 16777214 |
| B | 16384（2^14） | 128.0.0.1-191.255.255.254 | 65534 |
| C | 2097152（2^21） | 192.0.0.1-223.255.255.254 | 254 |
（1）A類IP地址
一個A類IP地址是指， 在IP地址的四段號碼中，第一段號碼為網絡號碼，剩下的三段號碼為本地計算機的號碼。如果用二進制表示IP地址的話，A類IP地址就由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”。A類IP地址中網絡的標識長度為8位，主機標識的長度為24位，A類網絡地址數量較少，有126個網絡，每個網絡可以容納主機數達1600多萬台。
A類IP地址范圍1.0.0.1到127.255.255.254（二進制表示為：00000001 00000000 00000000 00000001 - 01111111 11111111 11111111 11111110），最后一個是廣播地址。
（2）B類IP地址
一個B類IP地址是指，在IP地址的四段號碼中，前兩段號碼為網絡號碼。如果用二進制表示IP地址的話，B類IP地址就由2字節的網絡地址和2字節主機地址組成，網絡地址的最高位必須是“10”。B類IP地址中網絡的標識長度為16位，主機標識的長度為16位，B類網絡地址適用於中等規模的網絡，有16384個網絡，每個網絡所能容納的計算機數為6萬多台。
B類IP地址地址范圍128.0.0.1-191.255.255.254（二進制表示為：10000000 00000000 00000000 00000001----10111111 11111111 11111111 11111110）， 最后一個是廣播地址。
B類IP地址的子網掩碼為255.255.0.0，每個網絡支持的最大主機數為256的2次方-2=65534台。
（3）C類IP地址
一個C類IP地址是指，在IP地址的四段號碼中，前三段號碼為網絡號碼，剩下的一段號碼為本地計算機的號碼。如果用二進制表示IP地址的話，C類IP地址就由3字節的網絡地址和1字節主機地址組成，網絡地址的最高位必須是“110”。C類IP地址中網絡的標識長度為24位，主機標識的長度為8位，C類網絡地址數量較多，有209萬余個網絡。適用於小規模的局域網絡，每個網絡最多只能包含254台計算機。
C類IP地址范圍192.0.0.1-223.255.255.254（二進制表示為: 11000000 00000000 00000000 00000001 - 11011111 11111111 11111111 11111110）。
C類IP地址的子網掩碼為255.255.255.0，每個網絡支持的最大主機數為256-2=254台
（4）D類IP地址
D類IP地址在歷史上被叫做多播地址(multicast address)，即組播地址。在以太網中，多播地址命名了一組應該在這個網絡中應用接收到一個分組的站點。多播地址的最高位必須是“1110”，范圍從224.0.0.0到239.255.255.255。
（5）E類IP地址
E類IP地址一般用作科學實驗使用。
（6）特殊地址
a.每一個字節都為0的地址（“0.0.0.0”）對應於當前主機；
b.IP地址中的每一個字節都為1的IP地址（“255．255．255．255”）是當前子網的廣播地址；
c.IP地址中凡是以“11110”開頭的E類IP地址都保留用於將來和實驗使用。
d.IP地址中不能以十進制“127”作為開頭，該類地址中數字127．0．0．1到127．255．255．255用於回路測試，如：127.0.0.1可以代表本機IP地址，ping 127.0.0.1就可以測試本機中配置的Web服務器。
e.網絡ID的第一個6位組也不能全置為“0”，全“0”表示本地6網絡。
（7）私有地址（Private address）
私有地址（Private address）屬於非注冊地址，專門為組織機構內部使用。
以下列出留用的內部私有地址
A類 10.0.0.0--10.255.255.255
B類 172.16.0.0--172.31.255.255
C類 192.168.0.0--192.168.255.255
4、子網掩碼（Subnet Mask）
（1）子網掩碼的作用
子網掩碼又叫網絡掩碼、地址掩碼、子網絡遮罩，它是一種用來指明一個IP地址的哪些位標識的是主機所在的子網，以及哪些位標識的是主機的位掩碼。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。
子網掩碼是一個32位地址，用於屏蔽IP地址的一部分以區別網絡標識和主機標識，並說明該IP地址是在局域網上，還是在廣域網上。
（2）子網掩碼的表示方式
對應IP地址的網絡部分用1表示
對應IP地址的主機部分用0表示
（3）網絡地址的計算
IP地址和子網掩碼作“邏輯與”運算得到網路地址
①0和任何數相與都等於0
②1和任何數相與度等於任何數本身
例：與
11000000.10101000.00000001.10111101 IP地址
11111111.11111111.11111111.00000000 子網掩碼
11000000.00000000.00000001.00000000 二進制網絡地址
192 .169 .1 .0 十進制網絡地址
（4）不同主機的通信
a.同網段主機之間的通信，將數據直接發送給另一台主機：
源主機的網絡地址=目標主機的網絡地址
b.不同網段主機之間的通信，將數據發送給網關進行轉發
源主機的網絡地址≠目標主機的網絡地址
（5）默認子網掩碼
A類：255.0.0.0
B類：255.255.0.0
C類：255.255.255.0
二、子網划分（subnetting）
1、子網划分的定義
當我們對一個網絡進行子網划分時，基本上就是將它分成小的網絡。比如，當一組IP地址指定給一個公司時，公司可能將該網絡“分割成”小的網絡，每個部門一個。這樣，技術部門和管理部門都可以有屬於它們的小網絡。通過划分子網，我們可以按照我們的需要將網絡分割成小網絡。這樣也有助於降低流量和隱藏網絡的復雜性。
2、子網划分的原因
①滿足不同網絡對IP地址的需求
②實現網絡的層次性、
③節省IP地址
3、IP地址分類
（1）有類地址
有類網絡就是指把IP地址能歸結到A類、B類、C類IP。
（2）無類地址
無類網絡是一種相對於有類網絡的網絡，無類網絡IP地址的掩碼是變長的。在有類網絡的基礎上，拿出一部分主機ID作為子網ID。
4、子網划分的原理
子網划分是通過借用IP地址的若干位主機位來充當子網地址從而將原網絡划分為若干子網而實現的。
5、子網划分的應用
（1）C類地址划分
IP地址經過一次子網划分后，被分成三個部分——網絡位、子網位和主機位。
（2）子網號和廣播地址
可用主機數為主機數減二，是因為每個子網段中都有子網號和廣播地址的存在，它們占據了兩個IP地址。
子網段中全部為0的是子網號，全部為1的是廣播地址，也可記為每個子網的廣播地址是下個子網號-1。
（3）部分子網掩碼及相關參數對應表
| 子網掩碼 | 子網數 | 主機數 | 可用主機數 |
|---|---|---|---|
| /25 | 2 | 128 | 126 |
| /26 | 4 | 64 | 62 |
| /27 | 8 | 32 | 30 |
| /28 | 16 | 16 | 14 |
| /29 | 32 | 8 | 6 |
| /30 | 64 | 4 | 2 |
（4）可變長子網掩碼（VLSM，Variable Length Subnet Mask）
①VLSM的作用
VLSM允許一個組織在同一個網絡地址空間中使用多個子網掩碼.利用VLSM可以使管理員"把子網繼續划分為子網"，使尋址效率達到最高。
②VLSM的優點
a.更有效的使用IP地址。
如果不使用VLSM,各公司就必須在整個A、B、C、類網絡中使用一個單一的子網掩碼。
b.使用路由匯總的能力更強。
VLSM通話地址規划中有更多的等級水平，也可以在路由選擇中使用匯總更有效地進行路由選擇。
6、超網(supernetting)
超網是與子網類似的概念--IP地址根據子網掩碼被分為獨立的網絡地址和主機地址。但是，與子網把大網絡分成若干小網絡相反，它是把一些小網絡組合成一個大網絡。
超網創建用來解決路由列表超出現有軟件和管理人力的問題以及提供B類網絡地址空間耗盡的解決辦法。超網允許一個路由列表入口表示一個網絡集合，就如一個區域代碼表示一個區域的電話號碼的集合一樣。
7、IP地址規划及應用
（1）IP地址規划原則
①唯一性
②可擴展性
③連續性
④實意性
（2）IP地址規划注意事項
①互聯地址
一般為/30網段。
②Loopback地址
一般為/32網段，通常被路由器做標識使用。
③網關地址
基本靠子網號、廣播地址旁邊，比如192.168.1.0/24，網關可能是192.168.1.1或192.168.1.254。