【TCP/IP】ipV4划分

https://blog.csdn.net/FYR1018/article/details/122362629

一、概念

IP地址(Internet Protocol Address互联网国际地址)是一种在Internet上的给主机编址的方式，IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。

网络地址是互联网上的节点在网络中具有的逻辑地址。

常见的IP地址，分为IPv4与IPv6两大类。IPv4就是有4段数字，每一段最大不超过255。IPv4的范围：0.0.0.0~255.255.255.255。由于互联网的蓬勃发展，IP位址的需求量愈来愈大，全球43亿个IPv4地址已全部分配完毕。为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间。IPv6采用128位地址长度。在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决了地址短缺问题以外，还考虑了在IPv4中解决不了的其它问题。

二、结构

IP地址由网络号与主机号两部分组成，一部分为网络地址，另一部分为主机地址。

IP地址分为5类A、B、C、D、E，

它们适用的类型分别为:

• A类：大型网络、
• B类：中型网络、
• C类：小型网络、
• D类：多目地址、
• E类：备用。

 

网络号的位数直接决定了可以分配的网络数（计算方法2^网络号位数);

主机号的位数则决定了网络中最大的主机数(计算方法2^主机号位数-2)。

然而，由于整个互联网所包含的网络规模可能比较大，也可能比较小，设计者最后聪明的选择了一种灵活的方案：将IP地址空间划分成不同的类别，每一类具有不同的网络号位数和主机号位数。

 

 

IP地址 =  网络部分+主机部分

• 网络部分：用来标识一个网络。代表P地址所属网络
• 主机部分：用来区分一个网络内的不同主机，能唯一标识网段上的某台设备

 

如果没有进行子网划分

A类网络的子网掩码为255.0.0.0

B类网络的子网掩码为255.255.0.0

C类网络的子网掩码为255.255.255.0

缺省情况子网掩码为255.255.255.0

 

IP地址通常分为三类：
A类：IP地址的前8位表示网络号，后24位表示主机号。
其有效范围为：1.0.0.1~126.255.255.254。
B类：IP地址的前16位表示网络号，后16位表示主机号。
其有效范围为：128.0.0.1~191.255.255.254。
C类：IP地址的前24位表示网络号，后8位表示主机号。
其有效范围为：192.0.0.1~222.255.255.254。

 

 

 

2.1、A类地址

一个A类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，A类IP地址就由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”。

A类IP地址中网络的标识长度为8位，主机标识的长度为24位，A类网络地址数量较少，有126个网络，每个网络可以容纳主机数达1600多万台。
A类IP地址 地址范围1.0.0.0到127.255.255.255（二进制表示为：00000001 00000000 00000000 00000000 - 01111110 11111111 11111111 11111111），最后一个是广播地址。A类IP地址的子网掩码为255.0.0.0，每个网络支持的最大主机数为2的24次方-2=16777214台。
上边计算减去2的原因是：

　　①每一个字节都为0的地址（0.0.0.0）对应于当前主机；

　　②IP地址中的每一个字节都为1的IP地址（255．255．255．255）是当前子网的广播地址；

应用：A类地址分配给规模特别大的网络使用。A类网络用第一个字节表示网络本身的地址，后面三个字节作为连接于网络上的主机地址。例如MS和IBM，阿里这样公司的网络。

 

 2.2、B类IP地址

一个B类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前两段号码为网络号码。如果用二进制表示IP地址的话，B类IP地址就由2字节的网络地址和2字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”。B类IP地址中网络的标识长度为16位，主机标识的长度为16位，B类网络地址适用于中等规模的网络，有16384个网络，每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。
B类IP地址地址范围128.0.0.0-191.255.255.255（二进制表示为：10000000 00000000 00000000 00000000----10111111 11111111 11111111 11111111），最后一个是广播地址。B类IP地址的子网掩码为255.255.0.0，每个网络支持的最大主机数为2的16次方-2=65534台。
 

2.3、C类IP地址

一个C类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，C类IP地址就由3字节的网络地址和1字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。C类IP地址中网络的标识长度为24位，主机标识的长度为8位，C类网络地址数量较多，有209万余个网络。适用于小规模的局域网络，每个网络最多只能包含254台计算机。
C类IP地址范围192.0.0.0-223.255.255.255（二进制表示为: 11000000 00000000 00000000 00000000 - 11011111 11111111 11111111 11111111）。C类IP地址的子网掩码为255.255.255.0，每个网络支持的最大主机数为2的8次方-2=254台。

 

2.4、D类IP地址

D类IP地址在历史上被叫做多播地址(multicast address)，即组播地址。在以太网中，多播地址命名了一组应该在这个网络中应用接收到一个分组的站点。多播地址的最高位必须是“1110”，范围从224.0.0.0到239.255.255.255。

D类地址多用于多点广播（Multicast）。

D类IP地址是以“1110”开始的，它是一个保留的地址。

它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播中。多点广播用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。

 

 

2.5、E类IP地址 

以“11110”开始，为将来使用保留。

注：全零"0.0.0.0"地址对应于当前的主机，全1地址（“255.255.255.255”）是当前子网的广播地址。

 

2.6、特殊IP地址

1、 网络地址。网络地址用于表示网络本身。具有正常的网络号部分，而主机部分为全0.比如129.5.0.0就是一个B类的网络地址。每一个字节都为0的地址（“0.0.0.0”）对应于当前主机；
2、广播地址。广播地址用于向网络中的所有设备进行广播。具有正常的网络号部分，而主机号部分为全1。如，129.5.255.255就是一个B类的广播地址。
3、 255.255.255.255称为有限广播地址，用于本网广播。

4、会送地址。网络地址不能以127开头，在地址中127保留给系统作诊断使用，称为会送地址。如，127.0.0.1用于回路测试。也可以代表本机IP地址，用“http://127.0.0.1”就可以测试本机中配置的Web服务器。
5、私有地址。只能在局域网中使用，不能再Internet中使用的ip地址称为私有地址：

• 10.0.0.0~10.255.255.255表示1个A类地址
• 172.16.0.0~172.31.255.255表示16个B类地址
• 192.168.0.0~192.168.255.255表示256个C类地址

6、IP地址中凡是以“11110”开头的E类IP地址都保留用于将来和实验使用。

 

 

 

三、公网和私网IP地址

 

01 公网IP地址

公有地址分配和管理由Inter NIC（Internet Network Information Center 因特网信息中心）负责。
各级ISP使用的公网地址都需要向Inter NIC提出申请，有Inter NIC统一发放，这样就能确保地址块不冲突。

02 私网IP地址

创建IP寻址方案的人也创建了私网IP地址。
在IP地址3种主要类型里，各保留了1个区域作为私有地址，给局域网用，这些地址可以被用于私有网络，在Internet中没有这些IP地址，Internet上的路由器也没有到私有网络的路由表。

• A类：10.0.0.0 255.0.0.0，保留了1个A类网络。
• B类：172.16.0.0 255.255.0.0～172.31.0.0 255.255.0.0，保留了16个B类网络。
• C类：192.168.0.0 255.255.255.0～192.168.255.0 255.255.255.0，保留了256个C类网络。

补充：私网地址访问Internet需要做NAT或PAT网络地址转换。

 

 

四、ip地址划分子网

IP地址划分子网是通过借用IP地址的主机位来充当子网地址，从而将原网络划分为若干个子网的过程。这种划分允许网络管理员根据实际需求，将一个大网络分割成多个较小的、更易于管理的网络段

划分子网时，每个子网的第一个和最后一个IP地址通常不分配给主机使用，以避免网络号和广播地址的冲突

4.0、子网掩码

子网的划分，实际上就是设计子网掩码的过程。子网掩码(subnet mask)又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，它是用来分割子网和区分哪些是同一个网段的，哪些不是同一网段的，通过子网掩码可得知，IP地址的网络位。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。

 

首先我们要了解IP地址：IP地址都是由网络号+主机号组成，IP地址总共是32位二进制数表示，每8位为一节，总共4节，日常使用中每节用一个十进制表示（0-255），其中前面n位表示网络号，后面32-n位表示主机号，n则是由子网掩码来决定。

在子网掩码中用1和0来分别网络号位和主机号位，其中是1的表示是网络位，0表示主机位，前面说的IP中前面的N位表示网络号，后面的32-N位才是主机号，所以子网掩码总是前面一段全是1，后面一段全是0。我们的IP范围就是主机号范围。所有主机号中的最后一个主机号为广播地址。所以，IP地址位数=网络位数+主机位数=32位。子网掩码的位数就是网络的位数。

子网掩码是由4个十进制数组成的数值"中间用"."分隔，如255.255.255.0。若将它写成二进制的形式为：11111111.11111111.11111111.00000000，其中为"1"的位分离出网络ID，为"0"的位分离出主机ID，也就是通过将IP地址与子网掩码进行与逻辑操作，得出网络号。
例如，假设IP地址为192.160.4.1，子网掩码为255.255.255.0，则网络ID为192.160.4.0,主机ID为0.0.0.1。计算机网络ID的不同，则说明他们不在同一个物理子网内，需通过路由器转发才能进行数据交换。子网掩码也是32位二进制数字，在子网掩码中，对应于网络地址的部分用1表示，主机地址部分用0表示。

每类地址具有默认的子网掩码：对于A类为255.0.0.0，对于B类为255.255.0.0，对于C类为255.255.255.0。除了使用上述的表示方法之外，还有使用子网掩码中"1"的位数来表示的，在默认情况下，A类地址为8位，B类地址为16位，C类地址为24位。例如，A类的某个地址为 12.10.10.3/8，这里的最后一个"8"说明该地址的子网掩码为8位，而199.42.26.0/28表示网络199.42.26.0的子网掩码位数有28位。

 

 

4.1、解决两个问题

• 【充分利用IP地址】
  IP地址是将计算机连接到Internet的网际协议地址，是一个32位的二进制数。IP地址由网络号和主机号组成，在实际应用中IP地址空间的利用率有时很低，例如B类地址中，每个网络可连接的主机数高达65534，这个地址范围很大，这么多的主机在单一的网络下，地址空间在实际应用中利用率很低。通过子网划分可以把这样大的一个网络地址分配给更多较小的网络，能更有效地使用IP地址空间。

• 【限定广播的传播】
  子网划分将原有的同处于同一个网段上的主机分成了不同的网段或子网，同时也将原来的一个广播域划分成了若干个较小的广播域，广播数据包只能在它特定的广播域中传播，划分子网后网络规模小了，网络中的主机数少了，所占用的资源也就少了，这样就大大减少了网络广播风暴所造成的网络拥塞。
• 【更安全的管理网络】
  网络中处于同一个子网内的主机才能直接互通，不同子网之间是不能直接通信的（但可通过路由器或网关进行）。当今，网络安全状况不容乐观，相对较小的网络，安全性也相对较高，尤其对于人事、财务等敏感性部门，也更容易部署特别的安全策略。而相对较大的网络，这些特殊的安全策略的部署可能会影响其他用户的工作。

 

4.2、子网划分几个步骤

1. 确定子网需求。根据网络的实际需求，确定需要划分的子网数量以及每个子网所需的主机数量。
2. 借用主机位。从IP地址的主机位中借用若干位来作为新的子网地址。借用的位数越多，可划分的子网数越多，但每个子网中的可用主机数会相应减少。
3. 设置子网掩码。子网掩码用于区分IP地址中的网络部分和主机部分。在划分子网后，需要更新子网掩码以反映新的子网结构。
4. 分配子网。根据各部门或设备的主机数量需求，将划分好的子网分配给相应的部门或设备。

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：2^n-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）

步骤
（1）确定所需子网数2^m，
（2）确定每个子网可用主机数2^n-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

 

 

1、 在子网划分时，不仅要考虑目前需要，还应该了解将来需要多少子网和主机。子网掩码使用较多的主机位，可以得到更多的子网，节约了IP地址资源，若将来需要更多子网时，不用再重新分配IP地址，但每个子网的主机数量有限；反之，子网掩码使用较少的主机位，每个子网的主机数量允许更大的增长，但可用的子网数量有限。

2、一般来说，一个网络中的节点数太多，网络会因为广播通信而饱和。所以，网络中的主机数量的增长是有限的，也就是说，在条件允许的情况下，应该将更多的主机位用于子网位。

 

 

 

 

4.3、根据IP地址和掩码计算

一个主机的IP地址是172.16.10.1/16，掩码是255.255.0.0，要求计算这个主机所在网络的网络地址和广播地址以及可用地址数。

(1) 根据子网掩码可以分割网络号+主机号

255.255.0.0 转二进制：
11111111 11111111 00000000 00000000
网络号有16位，主机号有16位

(2) 计算网络地址

网络地址就是：把IP地址转成二进制和子网掩码进行与运算

10101100 00010000 00001010 00000001 #IP地址
11111111 11111111 00000000 00000000 #子网掩码
10101100 00010000 00000000 00000000 #网络地址
即：172.16.0.0/16

(3) 计算广播地址

广播地址：网络地址的主机位全部变成1 ，11111111 11111111
即：172.16.255.255/16

(4) 计算地址数

IP的地址数：2^16=65536；
可用的IP地址数：2^16-2=65534

 

4.4、IP地址后边/数字表示的意思

在网络中，‌IP地址由两部分组成：‌网络地址和主机地址。‌斜杠(/)符号用于表示CIDR(Classless Inter-Domain Routing)标记法中的网络前缀长度。‌这个网络前缀长度指的是网络地址中的连续1的位数。‌例如，‌在IP地址224.0.0.0/4中，‌/4表示前4位是网络地址，‌剩余的28位用于主机地址1。‌

此外，‌这个斜杠和数字的组合也被称为可变长子网掩码(/X)，‌其中X代表子网为多少位，‌剩余的位数就是主机号。‌例如，‌B类IP地址172.16.15.1/12中的/12表示子网掩码的位数，‌而剩余的位数则是主机号。‌这种表示法的主要目的是节约IP资源，‌有时分配一个C类IP不够用，‌而分配一个B类IP又浪费，‌因此通过这种形式来分配2。‌

具体来说，‌/X中的数字X表示子网掩码中连续的1的位数。‌例如，‌/24代表的是32位长度的二进制中从左至右有24位是1，‌其余为0，‌即/24 = 11111111.11111111.11111111.00000000 = 255.255.255.03。‌

这种表示法不仅用于说明IP地址的网络部分和主机部分，‌还用于说明网络地址和子网掩码的关系，‌帮助理解和配置复杂的网络环境