【计算机网络】1-15 IP编址，子网掩码计算，子网划分

一、IP地址

（一）什么是IP地址

网络数据传输是根据协议进行的，不同的局域网可能有不同的协议，但要使它们在Internet 上进行通信，就必须遵从统一一的协议,这就是TCP/IP协议。

该协议中要求网上的每台计算机拥有自己唯一的标志，这个标志就称为IP地址。

IP地址位于数据包的IP报头中。

1.1 IPv4

目前Internet上最常使用的IP地址是IPv4，它由32位(bit)二进制组成，IPv4的地址通常使用“点分十进制”的形式来表示，每8位为一组，分为4组，每一组用0~255间的十进制表示，组与组之间以圆点分隔，如：192.168.1.6(11000000.10101000.00000001.00000110)。

(192)₁₀ = (11000000)₂
(168)₁₀ = (10101000)₂

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IPv4地址就标明了网络上某一计算机的位置，在同一个遵守TCP/IP协议的网络中，不应出现两个相同的IP地址。

IP地址不是随意分配的，在需要IP地址时,用户必须向网络中心NIC提出申请。中国最顶级的IP地址管理机构是中国互联网络信息中心CNNIC。

IP地址划分为五类：A、B、C、D、E类,其中分配给网络服务提供商(ISP)和网络用户的是前三类地址，D类地址为多播地址，而E类地址并未使用，各类IP地址结构如下表：

类型	十进制范围	固定最高位	二进制网络位	二进制主机位	每个网络中的主机数
A类	1-126	0	8位	24位	224-2
B类	128-191	10	16位	16位	216-2=65535
C类	192-223	110	24位	8位	28-2=254
D类	224-239	1110	组播
E类	240-255	1111	科研

1.2 IP地址的网络号和主机号

IP地址的组成，由两部分组成：网络地址(网络位)和主机地址(主机位)

（1）128.36.199.3：B类的IP地址，网络号：128.36，主机号：199.3
（2）21.12.240.17：A类的IP地址，网络号：21，主机号：12.240.17
（3）202.3.61.52：C类的IP地址，网络号：202.3.61，主机号：52
（4）192.15.6.74：C类的IP地址，网络号：192.15.6，主机号：4

例题：IP地址的地址空间大小是多少？表示格式是什么以及IP地址的组成

1. IP地址一共分为4块，每一块的大小为8bit(8个0或8个1组成)
   • 当为8个0的时候，转换成十进制数为0
   • 当为8个1的时候，转换成十进制数为255
2. 所以每一块的大小是不可能大于255的
3. 因为每一块的大小为8个bit, 一共有4块，所以IP地址的空间大小为32 bit
4. 因为每一块中是用十进制数来表示的，并且块和块之间用点来分割,所以称为点分十进制格式。

1.2 IPv6

1.3 特殊的IP地址

1. 本地还回地址：检测计算机网卡是否正常。
   1. 当PC(电脑)无法上互联网，可能通过ping 127.0.0.1 这个地址。如果连通表示网卡正常；如果ping不通，说明网卡出现了问题。
   2. 本地还回地址的范围：127.0.0.1~127.255.255.254
   3. A类地址范围是1~126，C类地址范围是128~191，中间正好少一个127。
2. 网络地址：不能分配给任何的主机使用的地址。
   1. 标识：主机位全是0的地址，代表网络地址。
   2. 192.168.1.0它是一个网络地址，网络地址代表网络本身(主机位全0)，是不能分配给任何的主机使用的
3. 广播地址：局域网中的所有设备，都会收到该地址发送的报文。
   1. 标识：主机位全是1的地址255.255.255.255，代表广播地址。
   2. 192.168.1.255它就是一个广播地址(主机位全1)，广播地址也不能分配给任何主机使用，局域网中的所有设备，都会收到该地址发送的报文，广播地址是永远无法ping通的
4. 私有IP地址
   1. 1个A类：10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
   2. 16个B类：172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
   3. 256个C类：192.168.0.0 ~ 192.168.255.255
5. 默认路由0.0.0.0：DHCP客户端向DHCP服务器请求地址时的源地址(IP报头的源地址)

1.4 私有IP地址范围（不用于外网）

1. 私有地址是只有在局域网中使用的地址，该地址是不会在任何一台公网上的设备使用的，如果公网上收到一个目的地址为私有地址的数据包，那么公网上的设备会丢弃该数据包
2. 私有地址的出现就是为解决IP地址空间不足的问题
3. 范围:
   ①A类：10.0.0.0~10.255.255.255，路由器255.0.0.0(子网掩码)
   ②B类：172.16.0.0~172.31.255.255，服务器255.240.0.0
   ③C类：192.168.0.0~192.168.255.255，主机(PC)255.255.0.0

（二）什么是子网掩码

子网掩码(subnet masking)的功能是告知主机或路由设备，地址的哪一部分是网络号，包括子网的网络号部分，哪一部分是主机号部分。

子网掩码使用与IP地址相同的编址格式，即4个8位组的32位长格式。

在子网掩码中，网络部分和子网络部分对应的位全为“1”，主机部分对应的位全为“0”

通过将子网掩码与IP地址进行“与”操作，可提供所给定的IP地址所属的网络号(包括子网络号)

子网掩码概念

1、是用来区别IP地址的网络部分和主机部分
2、子网掩码的表示格式是一个IP 地址一样的，点分十进制格式。
3、IP 地址的网络部分，子网掩码用“1”来表示，主机部分子网掩码用“0”来表示

各类地址的默认子网掩码

• IP地址: 10.1.1.1 掩码: 255.0.0.0
• IP地址: 20.1.1.1 掩码: 255.0.0.0
  1、如果两个IP地址的网络位不同，那么就不再用一个网络中，网段中，不再同一个网段中地址是不能互访
  2、如果想要让不同网段的地址互访，那么需要使用路由器，或对该地址进行子网划分
• A类地址默认的子网掩码为: 255.0.0.0/8
• B类地址默认的子网掩码为: 255.255.0.0/16
• C类地址默认的子网掩码为: 255.255.255.0/24
• /指后面多少个1(bit)

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三、子网划分(重点)

（一）子网划分的目的

我们常用的A、B、C三类的地址范围比较大，在我们规划IP时，容易造成IP地址浪费，为了提高IP地址的利用率，将ABC三个类别的地址在利用掩码进行再划分成更细的网段，减少空闲IP的浪费。

（二）子网划分的原理

IP地址由网络位+主机位组成，子网划分就是借用现有网段的主机位的最左边某几位作为子网位，划分出多个子网。

①把原来有类网络IPv4地址中的“网络号”部分向“主机号”部分借位。

②把一部分原来属于“主机号”部分的位变成“网络号”的一部分（通常称之为“子网号”）。

因此IP地址进行转变：网络号+主机号变成网络号+子网号(m)+主机号(n)

划分后子网数量：2^m

划分后每个子网可用主机数：2ⁿ-2（主机号全为0和全为1（指二进制）的ip地址分别为网络地址与广播地址，是不能分配给某个特定的主机使用的）

（三）子网划分的步骤

①确定所需子网数2^m，
②确定每个子网可用主机数2ⁿ-2
③确定需像主机号部分借多少位（m），才能满足需要求
④根据主机数可得知子网地址空间大小2ⁿ
⑤进行地址划分

假设，局域网中计算机A的IP地址为192.168.1.1，子网掩码为255.255.255.0， 如下图所示：

1. 网络地址：IP地址和子网掩码进行与运算，得到192.168.1.0（主机号全为00000000）
2. 主机地址：IP 地址中被连续的0遮住的部分，即00000000.00000000.00000000.00000001, 对应的网络地址：0.0.0.1
3. 广播地址：192.168.1.255（主机号全为11111111）
4. 子网个数：2ⁿ，n的值为子网掩码后面0的个数
5. 该子网最大的主机数：2ⁿ-2
   1. 排除该网络两个特殊地址：网络地址和广播地址
6. 第1个可用地址：网络地址的最后一位十进制数+1
7. 最后1个可用地址：广播地址的最后一位十进制数-1
8. 可用地址范围：第1个可用地址~最后1个可用地址
   

（四）示例

题目1：某公司有4个部门，每个部门拥有50台主机，分配一个C类地址200.161.30.0/24，请问如何进行网络地址规划？

1. 确定子网数：四个部门，2^m≥4，m≥2
2. 确定主机数：50台主机，2ⁿ-2≥30，n≥6
3. C类地址网络号位24位，主机位8位，向第四段主机位借位，由上可知子网位m=2，主机位n=6
4. 子网数为4，子网空间为64，根据原主机位八位，则原网络空间为0-255，共256个，此时我们算出子网空间为64，可得出四个子网范围0-63、64-127、128-191、192-255
5. 4个部门的子网范围：
   第一个子网：200.161.30.0/26-200.161.30.63/26
   第二个子网：200.161.30.64/26-200.161.30.127/26
   第三个子网：200.161.30.128/26-200.161.30.191/26
   第四个子网：200.161.39.192/26-200.161.30.255/26
6. 主机位全为0和1的地址分别为网络地址与广播地址，不能分配给主机使用，则：
   部门1地址范围：200.161.30.1-200.161.30.62/26
   部门2地址范围：200.161.30.65-200.161.30.12/26
   部门3地址范围：200.161.30.129-200.161.30.190/26
   部门4地址范围：200.161.30.193-200.161.30.254/26

题目2：192.168.1.1/24和192.168.2.1/24是否在同一网络中吗?

答:说明他们不是在同一网络中的

• 如何在不改变IP地址的情况下，让他们处于同一网络中，除了用路由器以外，我们可以做的就是对该地址进行子网划分

IP地址：192.168.1.1/24 = 11000000.10101000.00000001.00000000
IP地址：192.168.2.1/24 = 11000000.10101000.00000010.00000000

• 划分后的IP地址和子网掩码为：
  192.168.1.1/22---255.255.252.0
  192.168.2.1/22---255.255.252.0
• 因为C类地址默认的子网掩码为255.255.255.0,但是我们认为的对他子网掩码进行的划分，是他默认的子网掩码变长或者变短了。该技术成为可变长度的子网掩码(VLSM)
• 因为C类地址默认的子网掩码为255.255.255.0,该子网掩码对应的主机个数为2^8-2=254台主机，但是认为把该子网改成了255.255.252.0，这个时候我可以划分的主机个数就变成了2^10-2=1022台主机，范围变大了。这样的划分子网的方式，我们成为超网(CIDR---无类域间路由)

练习题

例题1：192.168.1.0/27可以划分几个子网(网段，网络地址)，每个子网地址是多少？以及每个子网的网络地址和广播地址分别为多少?

IP	00000000
掩码	11100000			子网地址(网段)	广播地址	子网中的主机个数和范围
第1个子网	000	00000000~00011111	0~31	192.168.1.0	192.168.1.31	个数:2^5-2,范围:1-30
第2个子网	001	00100000~00111111	32~63	192.168.1.32	192.168.1.63	个数:2^5-2,范围:33-62
第3个子网	010	01000000~01011111	64~95	192.168.1.64	192.168.1.95	个数:2^5-2,范围:65-94
第4个子网	011	01100000~01111111	96~127	192.168.1.96	192.168.1.127	范围:97-126
第5个子网	100	10000000~10011111	128~159	192.168.1.128	192.168.1.159	范围:129-158
第6个子网	101	10000000~10111111	160~191	192.168.1.160	192.168.1.191	范围:161~190
第7个子网	110	11000000~11011111	192~223	192.168.1.192	192.168.1.223	范围:193~222
第8个子网	111	11100000~11111111	224~255	192.168.1.224	192.168.1.255	范围:225~254

例题2：子网掩码为255.255.0.0，下列哪个IP地址不在同一网段中(C)。

A.172.25.15.201
B.172.25.16.15
C.172.16.25.16
D.172.25.201.150

解析：
B类地址的范围是128~191，172表示是B类地址。

因此选项中的4个地址都是B类地址，因此前2个十进制数相同的ip是在同一网段。

例题3：B类地址子网掩码为255.255.255.248，则每个子网内可用主机地址数为多少？

B类网络的默认子网掩码是255.255.0.0，从IP地址中表示主机号的最高位开始“借位”变为新的子网位，所剩余的部分则仍为主机位。

每个子网的有效主机分别是忽略子网内全0和全1的地址。剩下的就是有效主机地址。

所以子网掩码为255.255.255.248用二进制表示为：11111111.11111111.11111111.11111000，表示，IP地址后三位为主机位，共有2³=8个，同时忽略子网内全0和全1的地址，即剩余6个有效可用主机地址。

简化：
248(10) = (11111000)2
2³-2 = 6

例题4：对于B类IP地址(子网掩码255.255.0.0)，子网掩码为255.255.255.248，则能提供子网数为?

255(10) = (11111111)2，8个1
248(10) = (11111000)2，5个1，3个0
2⁽³⁾-2 = 6

例题5：三个网段192.168.1.0/24，192.168.2.0/24，192.168.3.0/24能够汇聚成下面哪个网段(D)

A.192.168.1.0/22
B.192.168.2.0/22
C.192.168.3.0/22
D.192.168.0.0/22

例题6：IP地址219.25.23.56的缺省子网掩码有(24)位

C类地址范围是192-223，219.25.23.56是C类地址，所以子网掩码有24位。

例题7：192.168.1.0/24使用掩码255.255.255.240划分子网，其可用子网数为()，每个子网内可用主机地址数为()

使用掩码255.255.255.240 将 IP 地址 192.168.1.0/24 划分为多个子网，需要将 24 位主机位中的 4 位借出，得到子网掩码为255.255.255.240，也就是/28。

255(10) = (11111111)2
255(10) = (11111111)2
255(10) = (11111111)2
240(10) = (11110000)2，有4个0

所以：
可用子网数有2⁴=16，
可用主机数2⁴-2=14

例题8：对于子网掩码为255.255.252.0的B类网络地址，能够创建多少个子网？

子网掩码为255.255.252.0，(252)10 = (11111100)2，有6个1，2个0。

这个子网掩码一共有16(两个255)+6=22个连续的1，所以它的网络位是22

主机数是先求主机位，32(主机位默认位数)-22(网络位)=10，2¹⁰-2（最小和最大地址不要）=1022

根据这个子网掩码，这个应该是个C类网络地址

因为C类默认的子网掩码是255.255.255.0 有24个1
B类是255.255.0.0 依次类推
子网数为：2^{（网络位差值）}，网络位差值：24(默认网络位)-22(网络位)=2
我们的网络位只有22，所以比起默认少了2个
所以子网数为：2²=4

例题9：一个B类网的子网掩码是255.255.240.0，试问在其中每一个子网上的主机数最多是多少？

子网掩码255.255.240.0转换为二进制数，也就是11111111.11111111.11110000.00000000。

在IP地址中，与子网掩码中为1的对应的位表示的是子网的地址，也就是网络号。子网掩码为0对应的位表示的是主机的地址，也就是子网或者说是子网域。所以只需要计算最大主机数中子网掩码中为0的有多少位，然后减去网络地址和广播地址这两个特殊地址，通过2^n-2就能得出每一个子网上的最大主机数是多少。

在本题中子网掩码为0的有12个位，也就是每个子网中最大主机数应该为2的12次方再减去一个2，等于4094。所以在B类地址中，每一个子网上的主机数最多有4094个

扩展资料:
对于一个B类网络，前16个位，也就是高端的16位形成网络号，后16个位，也就是低端16位是子网或者可以说是主机域。在子网掩码的后16个位中，最高的有效位是1111，因此剩下的12位（第3字节后4位和第4字节整段）用于主机号。

因此，存在着每个子网中最大主机数为2¹²=4096个主机地址，但由于全0和全1是网络地址和主机地址，需要减去，因此在B类地址中，每一个子网的主机数应该是4096-2=4094个。

四、已知IP地址和子网掩码，求网络地址和广播地址？

例题1：IP地址为128.36.199.3/20(子网掩码：255.255.240.0)，求网络地址和广播地址？

1. 网络地址：IP地址与子网掩码进行与运算得到网络地址
2. 广播地址：网络地址后面全变1为广播地址。

类型	十进制	二进制
IP地址	128.36.199.3	10000000.00100100.11000111.00000011
子网掩码	255.255.240.0	11111111.11111111.11110000.00000000
网络地址	128.36.192.0	10000000.00100100.11000000.00000000
广播地址	128.36.207.255	10000000.00100100.11001111.11111111
第1个可用	128.36.192.1
最后可用	128.36.207.254
可用地址	212-2=4094

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