IP地址与子网划分
一、IP地址(Internet Protocol Address)
1、IP地址的表示
IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字节）。IP地址通常用“点分十进制”表示成（a.b.c.d）的形式，其中，a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数。例：点分十进IP地址（100.4.5.6），实际上是32位二进制数（01100100.00000100.00000101.00000110）。
2、IP地址的组成
IP地址由两部分组成，分别为网络部分（Network）和主机部分（Host）
3、IP地址的分类
最初设计互联网络时，为了便于寻址以及层次化构造网络，每个IP地址包括两个标识码（ID），即网络ID和主机ID。同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络ID，网络上的一个主机（包括网络上工作站，服务器和路由器等）有一个主机ID与其对应。Internet委员会定义了5种IP地址类型以适合不同容量的网络，即A类~E类。
其中A、B、C3类（如下表格）由InternetNIC在全球范围内统一分配，D、E类为特殊地址。
| 类别 | 最大网络数 | IP地址范围 | 单网段最大主机数 |
|---|---|---|---|
| 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类IP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地址范围1.0.0.1到127.255.255.254（二进制表示为：00000001 00000000 00000000 00000001 - 01111111 11111111 11111111 11111110），最后一个是广播地址。
（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128.0.0.1-191.255.255.254（二进制表示为：10000000 00000000 00000000 00000001----10111111 11111111 11111111 11111110）， 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256的2次方-2=65534台。
（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192.0.0.1-223.255.255.254（二进制表示为: 11000000 00000000 00000000 00000001 - 11011111 11111111 11111111 11111110）。
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256-2=254台
（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。
（5）E类IP地址
E类IP地址一般用作科学实验使用。
（6）特殊地址
a.每一个字节都为0的地址（“0.0.0.0”）对应于当前主机；
b.IP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；
c.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。
d.IP地址中不能以十进制“127”作为开头，该类地址中数字127．0．0．1到127．255．255．255用于回路测试，如：127.0.0.1可以代表本机IP地址，ping 127.0.0.1就可以测试本机中配置的Web服务器。
e.网络ID的第一个6位组也不能全置为“0”，全“0”表示本地6网络。
（7）私有地址（Private address）
私有地址（Private address）属于非注册地址，专门为组织机构内部使用。
以下列出留用的内部私有地址
A类 10.0.0.0--10.255.255.255
B类 172.16.0.0--172.31.255.255
C类 192.168.0.0--192.168.255.255
4、子网掩码（Subnet Mask）
（1）子网掩码的作用
子网掩码又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。
子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在广域网上。
（2）子网掩码的表示方式
对应IP地址的网络部分用1表示
对应IP地址的主机部分用0表示
（3）网络地址的计算
IP地址和子网掩码作“逻辑与”运算得到网路地址
①0和任何数相与都等于0
②1和任何数相与度等于任何数本身
例：与
11000000.10101000.00000001.10111101 IP地址
11111111.11111111.11111111.00000000 子网掩码
11000000.00000000.00000001.00000000 二进制网络地址
192 .169 .1 .0 十进制网络地址
（4）不同主机的通信
a.同网段主机之间的通信，将数据直接发送给另一台主机：
源主机的网络地址=目标主机的网络地址
b.不同网段主机之间的通信，将数据发送给网关进行转发
源主机的网络地址≠目标主机的网络地址
（5）默认子网掩码
A类：255.0.0.0
B类：255.255.0.0
C类：255.255.255.0
二、子网划分（subnetting）
1、子网划分的定义
当我们对一个网络进行子网划分时，基本上就是将它分成小的网络。比如，当一组IP地址指定给一个公司时，公司可能将该网络“分割成”小的网络，每个部门一个。这样，技术部门和管理部门都可以有属于它们的小网络。通过划分子网，我们可以按照我们的需要将网络分割成小网络。这样也有助于降低流量和隐藏网络的复杂性。
2、子网划分的原因
①满足不同网络对IP地址的需求
②实现网络的层次性、
③节省IP地址
3、IP地址分类
（1）有类地址
有类网络就是指把IP地址能归结到A类、B类、C类IP。
（2）无类地址
无类网络是一种相对于有类网络的网络，无类网络IP地址的掩码是变长的。在有类网络的基础上，拿出一部分主机ID作为子网ID。
4、子网划分的原理
子网划分是通过借用IP地址的若干位主机位来充当子网地址从而将原网络划分为若干子网而实现的。
5、子网划分的应用
（1）C类地址划分
IP地址经过一次子网划分后，被分成三个部分——网络位、子网位和主机位。
（2）子网号和广播地址
可用主机数为主机数减二，是因为每个子网段中都有子网号和广播地址的存在，它们占据了两个IP地址。
子网段中全部为0的是子网号，全部为1的是广播地址，也可记为每个子网的广播地址是下个子网号-1。
（3）部分子网掩码及相关参数对应表
| 子网掩码 | 子网数 | 主机数 | 可用主机数 |
|---|---|---|---|
| /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）可变长子网掩码（VLSM，Variable Length Subnet Mask）
①VLSM的作用
VLSM允许一个组织在同一个网络地址空间中使用多个子网掩码.利用VLSM可以使管理员"把子网继续划分为子网"，使寻址效率达到最高。
②VLSM的优点
a.更有效的使用IP地址。
如果不使用VLSM,各公司就必须在整个A、B、C、类网络中使用一个单一的子网掩码。
b.使用路由汇总的能力更强。
VLSM通话地址规划中有更多的等级水平，也可以在路由选择中使用汇总更有效地进行路由选择。
6、超网(supernetting)
超网是与子网类似的概念--IP地址根据子网掩码被分为独立的网络地址和主机地址。但是，与子网把大网络分成若干小网络相反，它是把一些小网络组合成一个大网络。
超网创建用来解决路由列表超出现有软件和管理人力的问题以及提供B类网络地址空间耗尽的解决办法。超网允许一个路由列表入口表示一个网络集合，就如一个区域代码表示一个区域的电话号码的集合一样。
7、IP地址规划及应用
（1）IP地址规划原则
①唯一性
②可扩展性
③连续性
④实意性
（2）IP地址规划注意事项
①互联地址
一般为/30网段。
②Loopback地址
一般为/32网段，通常被路由器做标识使用。
③网关地址
基本靠子网号、广播地址旁边，比如192.168.1.0/24，网关可能是192.168.1.1或192.168.1.254。