计算机网络知识——IP地址和子网掩码
一、IP地址
IP地址由网络号和主机号组成。每台连在Internet网上的主机有唯一的IP地址。IP地址采用二进制形式，通常以"点分十进制表示法"表示（8个比特为一段，用十进制整数）。IP地址分为A、B、C、D、E五类，下图所示：（本文介绍的都是版本4的IP地址，称为IPv4.）
A类地址以0开头，第一个字节作为网络号，地址范围为：0.0.0.0~127.255.255.255；
B类地址以10开头，前两个字节作为网络号，地址范围是：128.0.0.0~191.255.255.255;
C类地址以110开头，前三个字节作为网络号，地址范围是：192.0.0.0~223.255.255.255。
D类地址以1110开头，地址范围是224.0.0.0~239.255.255.255，D类地址作为组播地址（一对多的通信）；
E类地址以11110开头，地址范围是240.0.0.0~255.255.255.255，E类地址为保留地址，供以后使用。
注：只有A,B,C有网络号和主机号之分，D类地址和E类地址没有划分网络号和主机号。
1、网络地址
网络地址是主机号全为0的IP地址，网络地址代表整个网段。
2、广播地址
直接广播地址
广播地址与网络地址的主机号正好相反，广播地址中，主机号为全1。当向某个网络的广播地址发送消息时，该网段内的所有主机都能收到该广播消息。广播地址通常称为直接广播地址，是为了区分受限广播地址。
受限广播地址
255.255.255.255该IP地址是受限的广播地址。受限广播地址与一般广播地址（直接广播地址）的区别在于，受限广播地址只能用于本地网络。当用于主机配置过程中IP数据报的目的地址时，主机可能还不知道它所在网络的网络掩码，甚至连它的IP地址也不知道，因此路由器不会转发以受限广播地址为目的地址的数据报；一般广播地址既可在本地广播，也可跨网段广播。例如：主机192.168.1.1/30上的直接广播数据包后，另外一个网段192.168.1.5/30也能收到该数据报；若发送受限广播数据报，则不能收到。
注：一般的广播地址（直接广播地址）能够通过某些路由器（当然不是所有的路由器），而受限的广播地址不能通过路由器
3、组播地址
D类地址就是组播地址。
4、回环地址
A类网络地址127是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，叫做回送地址（loopback address）。无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，协议软件立即返回，不进行任何网络传输。含网络号127的分组不能出现在任何网络上。
5、A、B、C类私有地址
私有地址(private address)也叫专用地址，它们不会在全球使用，只具有本地意义。
A类私有地址：10.0.0.0/8，范围是：10.0.0.0~10.255.255.255
B类私有地址：172.16.0.0/12，范围是：172.16.0.0~172.31.255.255
C类私有地址：192.168.0.0/16，范围是：192.168.0.0~192.168.255.255
6、0.0.0.0地址
常用于寻找自己的IP地址，例如在我们的RARP，BOOTP和DHCP协议中，若某个不知道知IP地址的无盘机想要知道自己的IP地址，它就以255.255.255.255为目的地址，向本地范围（具体而言是被各个路由器屏蔽的范围内）的服务器发送IP请求分组.
二、子网掩码
1、什么是子网掩码
子网掩码的作用是和IP地址与运算后得出网络地址，可以判断两个IP地址是否同属于一个子网的，也是32位二进制地址，其中1代表该位为网络位，0代表的位为主机位。它和IP地址一样也是使用点式十进制来表示的。如果两个IP地址在子网掩码的按位与的计算下所得结果相同，即表明它们共属于同一子网中。
在计算子网掩码时，我们要注意IP地址中的保留的两个地址（网络地址和广播地址），它们是指主机地址全为“ 0”或“ 1”时的IP地址，它们代表着本网络地址和广播地址，不能被计算在内。
2、标准子网掩码
Ａ类的默认子网掩码 255.0.0.0 11111111.00000000.00000000.00000000 一个子网最多可以容纳1677万多台电脑
Ｂ类的默认子网掩码 255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000 一个子网最多可以容纳6万台电脑
Ｃ类的默认子网掩码 255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.00000000 一个子网最多可以容纳254台电脑（256-2）
3、 特殊的子网掩码
标准子网掩码出现的都是255和0的组合，在实际的应用中还有下面的子网掩码
255·128·0·0
255·192·0·0
。。。。。。
255·255·192·0
255·255·240·0
。。。。。。
255·255·255·248
255·255·255·252
这些子网掩码又是什么意思呢？这些子网掩码的出现是为了把一个网络划分成多个网段。
如下所示：192·168·0·1和192·168·0·200如果是默认掩码255.255.255.0两个地址就是一个网络的，如果掩码变为255.255.255.192这样各地址就不属于一个网络了。下面的子网划分将作详细介绍。
4、子网掩码的计算
对于无须再划分成子网的IP地址来说，其子网掩码非常简单，即按照其定义即可写出：如某B类IP地址为 10.12.3.0，无须再分割子网，则该IP地址的子网掩码255.255.0.0。如果它是一个C类地址，则其子网掩码为 255.255.255.0。其它类推，如下计算示例：
标准子掩码的计算
1）有一个C类地址为： 192．9．200．13 其缺省的子网掩码为： 255．255．255．0 则它的网络号和主机号可按如下方法得到：
①将IP地址192．9．200．13转换为二进制 11000000 00001001 11001000 00001101
②将子网掩码255．255．255．0转换为二进制 11111111 11111111 11111111 00000000
③将两个二进制数逻辑与（&）运算后得出的结果即为网络部分
11000000 00001001 11001000 00001101
& 11111111 11111111 11111111 00000000
结果为：11000000 00001001 11001000 00000000 即192.9.200.0， 即网络号为192．9．200．0
④子网掩码取反后与IP地址逻辑与（&）后得到的结果即为主机部分
11000000 00001001 11001000 00001101
& 00000000 00000000 00000000 11111111
结果为：00000000 00000000 00000000 00001101 即0.0.0.13， 即主机号为13（0.0.0.13）
2）计算IP地址为：202.99.160.50子网掩码是255.255.255.0的网络地址步骤如下：
①将IP地址和子网掩码分别换算成二进制
202.99.160.50 换算成二进制为 11001010.01100011.10100000.00110010
255.255.255.0 换算成二进制为 11111111.11111111.11111111.00000000
②将二者进行与运算 11001010.01100011.10100000.00000000
③将运算结果换算成十进制，这就是网络地址。 即202.99.160.0
通过计算IP地址的网络地址可以判断两个IP地址是否属于同一网段。
如：1号机的IP地址：192. 168. 0. 1 11000000.10101000.00000000.00000001
2号机的IP地址：192. 168. 0. 200 11111111.11111111.11111111.11001000
子网掩码：255. 255. 255. 192 11111111.11111111.11111111.11000000
1号机的网络地址：192. 168. 0. 0
2号机的网络地址：192. 168. 0. 192 因此两台机不属于同一网段
3）广播地址：网络地址中用于表示主机号的位（对应子网掩码中为0的位）全部变成1。
4）地址范围：网络地址+1即为第一个主机地址
广播地址-1即为最后一个主机地址，因此地址范围是： 网络地址+1 至 广播地址-1 (即除去主机号全为0和全为1的两个地址）
5）主机数：n = 表示主机号的位数（子网掩码中为0的位数），主机数 = 2 ^ n - 2
网络地址和广播地址不能作为主机的IP地址，所以减去2
特殊子网掩码
对于需要将一个网络划分多个子网的网络来说，其网络号需要利用高位主机位来实现划分子网（具体需要占用多少位需根据划分的子网段个数决定，剩下的位数依然用于表示主机号），其子网掩码就变得特殊。
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利用子网数来计算
在求子网掩码之前必须先搞清楚要划分的子网数目，以及每个子网内的所需主机数目。
欲将B类IP地址168.195.0.0划分成27个子网，如何设置子网掩码？
① 将子网数目转化为二进制来表示：27=11011；
② 取得该二进制的位数，为N；N = 5，（27需要5位二进制数才能表示）
③ 取该类IP地址的标准子网掩码，将其主机号部分的前N位置1，即得出该IP地址划分子网的子网掩码。
将B类地址的子网掩码255. 255. 0. 0的主机号前5位置 1，得到 255. 255. 248. 0
- 利用主机数来计算
欲将B类IP地址168.195.0.0划分成若干子网，每个子网内有主机700台，计算子网掩码。
① 将主机数目转化为二进制来表示：700=1010111100；（2^10 > 700+2）
② 如果主机数小于或等于254（注意去掉保留的两个IP地址），则取得该主机的二进制位数，为N，这里肯定 N<8。如果大于254，则 N>8，这就是说主机地址将占据不止8位；该二进制为十位数，N=10；
③取该类IP地址的标准子网掩码，将其主机号位数全部置1，然后从后向前的将N位全部置为 0，即为子网掩码值。
将该B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址全部置1，得到255. 255. 255. 255，然后再从后向前将后 10位置0,即为：11111111.11111111.11111100.00000000，即255. 255. 252. 0。这就是该欲划分成主机为700台的B类IP地址 168. 195. 0. 0的子网掩码。
- 还有一种题型，要你根据每个网络的主机数量进行子网地址的规划和计算子网掩码。这也可按主机数来计算。
1）一个子网有10台主机，如何那么对于这个子网需要的IP地址是：10＋1＋1＋1＝13
注意：加的第一个1是指这个网络连接时所需的网关地址，接着的两个1分别是指网络地址和广播地址。
因为13小于16（16等于2的4次方），所以主机位为4位。而256－16＝240，所以该子网掩码为255. 255. 255. 240。
如果一个子网有14台主机，不少人常犯的错误是：依然分配具有16个地址空间的子网，而忘记了给网关分配地址。这样就错误了，因为14＋1＋1＋1＝17，17大于16，所以我们只能分配具有32个地址（32等于2的5次方）空间的子网。这时子网掩码为：255.255.255.224。
2）一个公司有530台电脑，组成一个对等局域网，子网掩码和IP设多少最合适？
① 2^10 >530+2，因此IP地址的后10位为主机号位，即32位子网掩码的后10位全部为0，即255. 255. 252. 0
②IP的分配，首先选一个B类IP，这里选172. 172. x. x，
③确定网络地址：
IP地址： 172. 172. aaaaaakk. nnnnnnnn
子网掩码：255. 255. 11111100. 00000000
网络地址：172. 172. aaaaaakk. 00000000
网络地址=IP地址 & 子网掩码，其中IP地址中a和1按位与必定为a，n和0按位与必定为0，是固定不变的，因此可以随便填0或1，此处填0，即a = 0；n是表示主机号的位，也可以随便填0或1，只需确保最终每个IP地址的主机号不同就可以，k同样也是如此。
IP的最后一段8位就可以表示254台主机（1~254），530/254 = 3（采用进位后整数）。因此，kk处00,01,10,11，四选三即可。
最后IP地址为：172.172.1.x , 172.172.2.x , 172.172.3.x
说明：理论上说，我们确定了IP地址的前两段即可，后两段可以随便填写，因为16位足够用来表示530台主机的IP地址。甚至我们可以选取A类子网掩码255. 0. 0. 0，后24位能表示的主机号远远超过了530。正因为如此，无疑是大海捞针，如果同时局域网访问量过频繁、过大，会影响效率的，所以，最好设置符合自己的ＩＰ和子网掩码，尽量缩小表示主机号的范围。
