IP地址与子网划分

合集 - 网络(9)
1.计算机网络基础及网络参考模型2.进制转换
3.IP地址与子网划分
4.VLAN（虚拟局域网技术）5.网络层协议6.传输层协议7.单臂路由与三层交换机8.数据链路层设备9.网络层协议
收起

IP地址与子网划分

1. IP地址

1.1 为什么用IP地址，不用MAC地址？

因为MAC地址由48位二进制数（12位16进制数）组成，这使得MAC地址太复杂，太难记，太难用了；而IPv4地址由32位二进制数（4位十进制数）组成，相对MAC地址使用更加方便


1.2 IP地址的作用？

IP地址是逻辑地址，MAC地址是物理地址，真实存在的，IP地址是用来确定主机目前在网络中的位置


1.3 IP地址的格式

IP地址是由4个点分十进制数组成，X.X.X.X

每一个十进制由8位二进制数组成，每一个十进制数的范围：0-255

IP地址的范围：0.0.0.0 - 255.255.255.255


1.4 为什么IP地址需要分类？

因为ip地址一共有2^32=42亿9千万≈43亿，如此多的IP地址需要分类才能方便管理，所以IP地址分为A，B，C，D，E五类


1.5 IP地址的分类（有类编址）及组成

IP地址由网络号与主机号组成

IP地址分类 标识号 网络号 主机号
A 0 0XXX XXXX XXXX XXXX.XXXX XXXX.XXXX XXXX
B 10 10XX XXXX.XXXX XXXX XXXX XXXX.XXXX XXXX
C 110 110X XXXX.XXXX XXXX.XXXX XXXX XXXX XXXX
D 1110
E 11110

IP地址分类 网络数 主机数 所有IP地址范围
A 2^(8-1) 2^(32-8) 0.0.0.0 - 127.255.255.255
B 2^(16-2) 2^(32-16) 128.0.0.0 - 191.255.255.255
C 2^(24-3) 2^(32-24) 192.0.0.0 - 223.255.255.255
D 224.0.0.0 - 239.255.255.255
E 240.0.0.0 - 255.255.255.255

A

标识号：0

网络号：默认8位二进制数，它是由1位标识号“0”+7位二进制组成

主机号：24（32-A类网络号）位二进制数组成

网络数：2^(8-1) = 2^7

主机数：2^(32-8) = 2^24

所有IP地址范围：0.0.0.0 - 127.255.255.255（包含公网地址+私网地址+特殊地址）

B

标识号：10

网络号：默认16位二进制数，它是由2位标识号“10”+14位二进制组成

主机号：16（32-B类网络号）位二进制数组成

网络数：2^(16-2) = 2^14

主机数：2^(32-16) = 2^16

所有IP地址范围：128.0.0.0 - 191.255.255.255（包含公网地址+私网地址+特殊地址）

C

标识号：110

网络号：默认24位二进制数，它是由3位标识号“110”+21位二进制组成

主机号：8（32-B类网络号）位二进制数组成

网络数：2^(24-3) = 2^21

主机数：2^(32-24) = 2^8

所有IP地址范围：192.0.0.0 - 223.255.255.255（包含公网地址+私网地址+特殊地址）

D

标识号：1110

所有IP地址范围：224.0.0.0 - 239.255.255.255

用途：用于组播

E

标识号：11110

所有IP地址范围：240.0.0.0 - 255.255.255.255

用途：用于科研


1.6 公网地址与私网地址

公网地址：全球可达，但是需要花钱购买

私网地址：非全球可达，但是免费使用

IP地址分类 私网地址范围
A 10.0.0.0 - 10.255.255.255
B 172.16.0.0 - 172.31.255.255
C 192.168.0.0 - 192.168.255.255

1.7 特殊地址

特殊地址 含义
0.0.0.0 任意地址
255.255.255.255 广播地址
127.0.0.1 - 127.255.255.254 本机回环地址，本机地址，用于测试本机有没有问题
224.0.0.0 - 239.255.255.255 组播地址
224.0.0.1特指所有主机，224.0.0.2特指所有路由器
169.254.X.X ① 微软内网地址
② 当主机使用dhcp协议时，如果没有dhcp服务器给你分配地址，但是主机又必须被分配一个地址，而该电脑又是微软电脑时，所系统自动169.254.X.X网段的地址，表示主机IP配置有问题

2. 子网划分

2.1 子网掩码

为什么需要子网掩码？

确定IP地址的网段，可以判断两个IP地址是否可以通信；可以自由的分配网络位


子网掩码的格式

子网掩码是由32位二进制数组成，高位为连续的1，表示一个IP地址的网络位；低位用连续的0，表示一个IP地址的主机位

A类标准的IP地址：10.0.0.1/8

B类标准的IP地址：172.16.0.1/16

C类标准的IP地址：192.168.0.1/24


例题：主机A的IP地址：192.168.1.1/24，主机B的IP地址：192.168.1.33/27，判断这两台主机是否可以直接通信，如果不能通信，哪台主机有问题

电脑判断两台主机是否通信方式

① 主机A的网段：拿主机A的IP地址和主机A的子网掩码进行与运算，算出主机A的网段

192.168.1.1

∧ 255.255.255.0

——————————

192.168.1.0（主机A网段）


② 主机B的网段：拿主机B的IP地址和主机B的子网掩码进行与运算，算出主机B的网段

192.168.1.33

∧ 255.255.255.224

——————————

192.168.1.32（主机B网段）


③ 主机A向主机B发送信息

​ 192.168.1.33

∧ 255.255.255.0

——————————

​ 192.168.1.0

主机A：192.168.1.0（网段）

与结果：192.168.1.0（网段）

主机A向主机B发送数据，主机A肯定知道主机B的IP地址，所以主机A拿主机B的IP地址与主机A的子网掩码相与运算，与完后的地址跟主机A本身的地址在同一个网段，说明主机A可以向主机B发送数据。


④ 主机B向主机A发送信息

​ 192.168.1.1

∧ 255.255.255.224

——————————

​ 192.168.1.0

主机B：192.168.1.32（网段）

与结果：192.168.1.0（网段）

主机B接受到主机A的数据，说明主机B知道主机A的IP地址。现在主机B向主机A发送数据，主机B会拿主机A的IP地址和主机B本身的子网掩码进行与运算，与完后的地址跟主机B本身的地址不在同一个网段，说明主机B不可以向主机A发送数据，说明主机B出现了问题。


2.2 划分子网

为什么需要划分子网 ？

因为采用定长子网掩码划分子网会导致两个问题

① 导致划分的IP地址出现冗余，出现IP地址的浪费

② 相同的部门应该接收该部门的消息，结果是相同的部门也会接收到其他部门的消息

所以采用子网划分，在标准的IP地址的基础上， 继续对主机位进行划分，这样做，节约了IP地址，避免浪费；将大网络划分成小网络，减少了广播域，保证了网络的安全


怎么进行子网划分？

采用可变长子网掩码（VLSM）技术，向主机位借位的方式，再划分更小的子网


2.3 如何进行子网划分

例1：有一个IP地址192.168.2.0/24，平均分配给四个部门使用，求四个部门的网络地址，广播地址，可用IP地址范围

① 确定可变长子网掩码位

默认子网掩码：24，默认主机位：8

因为分配给4个部门，所以，向主机借2位，2^2=4

可变长子网掩码：26


② 算出网段，IP地址与可变长子网掩码进行与运算

​ 192.168.2.0

∧ 255.255.255.192

——————————

​ 192.168.2.0（网段）


③ 算出主机数

2(32-26)=26=64


④ 算出每个部门的网络地址，广播地址和可用IP地址范围

部门1

网络地址：192.168.2.0

广播地址：192.168.2.63

可用IP地址范围：192.168.2.1 - 192.168.2.62

部2

网络地址：192.168.2.64

广播地址：192.168.2.127

可用IP地址范围：192.168.2.65 - 192.168.2.126

部门3

网络地址：192.168.2.128

广播地址：192.168.2.191

可用IP地址范围：192.168.2.129 - 192.168.2.190

部门4

网络地址：192.168.2.192

广播地址：192.168.2.255

可用IP地址范围：192.168.2.193 - 192.168.2.254


例2：10.10.10.0/24，平均分成6个部门，求每个部门的网络地址，广播地址，可用IP地址范围

① 确定可变长子网掩码位

默认子网掩码：24，默认主机位：8

因为分配给6个部门，向主机借2位，22=4，不够，所以向借3位，23=8

可变长子网掩码：27


② 算出网段，IP地址与可变长子网掩码进行与运算

​ 10.10.10.0

∧ 255.255.255.224

——————————

​ 10.10.10.0（网段）


③ 算出主机数

2(32-27)=25=32


④ 算出每个部门的网络地址，广播地址和可用IP地址范围

部门1

网络地址：10.10.10.0

广播地址：10.10.10.31

可用IP地址范围：10.10.10.1 - 10.10.10.30

部门2

网络地址：10.10.10.32

广播地址：10.10.10.63

可用IP地址范围：10.10.10.33 - 10.10.10.62

部门3

网络地址：10.10.10.64

广播地址：10.10.10.95

可用IP地址范围：10.10.10.65 - 10.10.10.94

部门4

网络地址：10.10.10.96

广播地址：10.10.10.127

可用IP地址范围：10.10.10.97 - 10.10.10.126

部门5

网络地址：10.10.10.128

广播地址：10.10.10.159

可用IP地址范围：10.10.10.129 - 10.10.10.158

部门6

网络地址：10.10.10.160

广播地址：10.10.10.191

可用IP地址范围：10.10.10.161 - 10.10.10.190


例3：192.168.1.0/24，分配给四个部门：部门一100台、部门二40台、部门三10台、部门四1台服务器，求每个部门的网络地址，主机地址，可用IP地址范围

① 确定可变长子网掩码位

默认子网掩码：24，默认主机位：8

因为分配给4个部门，向主机借2位，2^2=4

可变长子网掩码：26


② 算出网段，IP地址与可变长子网掩码进行与运算

​ 192.168.1.0

∧ 255.255.255.192

——————————

​ 192.168.1.0（网段）


③ 算出主机数

每个网段都必须有一个网络地址、一个广播地址一共2个IP地址

部门1:100+2=102台

部门2:40+2=42台

部门3:10+2=12台

部门4:1+2=3台


④ 算出每个部门的网络地址，广播地址和可用IP地址范围

部门1

网络地址：192.168.1.0

广播地址：192.168.1.101

可用IP地址范围：192.168.1.1 - 192.168.1.100

部门2

网络地址：192.168.1.102

广播地址：192.168.1.143

可用IP地址范围：192.168.1.103 - 192.168.1.142

部门3

网络地址：192.168.1.144

广播地址：192.168.1.155

可用IP地址范围：192.168.1.145 - 192.168.1.154

部门4

网络地址：192.168.1.156

广播地址：192.168.1.158

可用IP地址范围：192.168.1.157


例4：中国移动10.0.0.0/8，位32个省分配各自的子网，求各个省的网络地址，主机地址，可用IP地址范围和可用主机数

① 确定可变长子网掩码位

默认子网掩码：8，默认主机位：24

因为分配给32个省，向主机借5位，2^5=32

可变长子网掩码：13


② 算出网段，IP地址与可变长子网掩码进行与运算

​ 10.0.0.0

∧ 255.248.0.0

——————————

​ 10.0.0.0（网段）


③ 算出每个省的主机数

2(32-13)=219


④ 算出每个省份的网络地址，广播地址和可用IP地址范围（数据量太大，宕机了）

省1

网络地址：

广播地址：

可用IP地址范围：

.....................

省32

网络地址：

广播地址：

可用IP地址范围：

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