1、生 命 是 永 恒 不 断 的 创 造 ， 因 为 在 它 内 部 蕴 含 着 过 剩 的 精 力 ， 它 不 断 流 溢 ， 越 出 时 间和 空 间 的 界 限 ， 它 不 停 地 追 求 ， 以 形 形 色 色 的 自 我 表 现 的 形 式 表 现 出 来 。 泰 戈 尔思科认证 CCNA 基础知识之 IP 地址和子网掩码一、为什么要使用 IP 地址？一个 IP 地址是用来标识网络中的一个通信实体，比如一台主机，或者是路由器的某一个端口。而在基于 IP 协议网络中传输的数据包，也都必须使用 IP 地址来进行标识，如同我们写一封信，要标明收信人的通信地址和发信人的地址，而邮政工作人员则通
2、过该地址来决定邮件的去向。 同样的过程也发生在计算机网络里，每个被传输的数据包也要包括的一个源 IP 地址和一个目的 IP 地址，当该数据包在网络中进行传输时，这两个地址要保持不变，以确保网络设备总是能根据确定的 IP 地址，将数据包从源通信实体送往指定的目的通信实体。 目前，IP 地址使用 32 位二进制地址格式，为方便记忆，通常使用以点号划分的十进制来表示，如：202.112.14.1。 一个 IP 地址主要由两部分组成：一部分是用于标识该地址所从属的网络号；另一部分用于指明该网络上某个特定主机的主机号。 为了给不同规模的网络提供必要的灵活性，IP 地址的设计者将 IP 地址空间划分为五个
3、不同的地址类别，如下表所示，其中 A,B,C 三类最为常用： A 类 0 127 0 8 位 24 位 B 类 128191 10 16 位 16 位 C 类 192223 110 24 位 8 位 D 类 224239 1110 组播地址 E 类 240255 1111 保留试验使用 网络号由因特网权力机构分配，目的是为了保证网络地址的全球唯一性。主机地址由各个网络的管理员统一分配。因此，网络地址的唯一性与网络内主机地址的唯一性确保了 IP 地址的全球唯一性。 二、划分子网 为了提高 IP 地址的使用效率，可将一个网络划分为子网：采用借位的方式，从主机位最高位开始借位变为新的子网位，所剩余的
4、部分则仍为主机位。这使得 IP 地址的结构分为三部分：网络位、子网位和主机位。引入子网概念后，网络位加上子网位才能全局唯一地标识一个网络。把所有的网络位用 1 来标识，主机位用 0 来标识，就得到了子网掩码。如下图所示的子网掩码转换为十进制之后为：255.255.255.224 子网编址使得 IP 地址具有一定的内部层次结构，这种层次结构便于 IP 地址分配和管理。 它的使用关键在于选择合适的层次结构-如何既能适应各种现实的物理网络规模，又能充分地利用 IP 地址空间（即：从何处分隔子网号和主机号）。 小窍门-子网的计算 在思科网络技术学院 CCNA 教学和考试当中，不少同学在进行 IP 地址
5、规划时总是很头疼子网和掩码的计算。现在给大家一个小窍门，可以顺利的解决这个问题。首先，我们看一个 CCNA 考试中常见的题型：一个主机的 IP 地址是 202.112.14.137，掩码是 255.255.255.224，要求计算这个主机所在网络的网络地址和广播地址。 常规办法是把这个主机地址和子网掩码都换算成二进制数，两者进行逻辑与运算后即可得到网络地址。其实大家只要仔细想想，可以得到另一个方法：255.255.255.224 的掩码所容纳的 IP 地址有 25622432 个（包括网络地址和广播地址），那么具有这种掩码的网络地址一定是 32 的倍数。而网络地址是子网 IP 地址的开始，广播
6、地址是结束，可使用的主机地址在这个范围内，因此略小于 137 而又是 32 的倍数的只有 128，所以得出网络地址是 202.112.14.128。而广播地址就是下一个网络的网络地址减 1。而下一个 32 的倍数是 160，因此可以得到广播地址为 202.112.14.159。可参照下图来理解本例：CCNA 考试中，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。这也可按上述原则进行计算。比如一个子网有 10 台主机，那么对于这个子网就需要 1011 1 13 个 IP 地址。（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
7、播地址。）13 小于 16（16 等于 2 的 4次方），所以主机位为 4 位。而 25616240 ，所以该子网掩码为 255.255.255.240。 如果一个子网有 14 台主机，不少同学常犯的错误是：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 141 1117 ，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。 三、 IP 地址的局限性 最初的因特网设计者没有预想到网络会有如此快速地发展，因此现在网络面临的问题都可以追溯到因特网发展的早期决策上，IP 地址的分
8、配更能体现这点。 目前使用的 IPv4 地址使用 32 位的地址，即在 IPv4 的地址空间中有 232（4,294,967,296，约为 43 亿）个地址可用。这样的地址空间在因特网早期看来几乎是无限的，于是便将 IP 地址根据申请而按类别分配给某个组织或公司，而很少考虑是否真的需要这么多个地址空间，没有考虑到 IPv4 地址空间最终会被用尽。因此，IPv4 地址是按照网络的大小（所使用的 IP 地址数）来分类的，它的编址方案使用“类“的概念。A、 B、C 三类 IP 地址的定义很容易理解，也很容易划分，但是在实际网络规划中，它们并不利于有效地分配有限的地址空间。对于 A、B 类地址，很少有
9、这么大规模的公司能够使用，而 C 类地址所容纳的主机数又相对太少。所以有类别的 IP 地址并不利于有效地分配有限的地址空间，不适用于网络规划。 在这种情况下，人们开始致力于下一代因特网协议-IPv6 的研究。由于现在 IPv6 的协议并不完善和成熟，需要长期的试验验证，因此，IPv4 到 IPv6 的完全过渡将是一个比较长的过程，在过渡期间我们仍然需要在 IPv4 上实现网络间的互连。而在 90 年代初期引入了变长子网掩码（VLSM）和无类域间路由（CIDR）等机制，作为目前过渡时期提高 IPv4地址空间使用效率的短期解决方案起到了很大的作用。快速计算子网掩码和主机块一、明确概念 在介绍十进制
10、算法前我们先要明确一些概念。 类范围：IP 地址常采用点分十进制表示方法 X.Y.Y.Y，在这里，X 在 1126 范围内称为A 类地址；X 在 128191 范围内称为 B 类地址；X 在 192223 范围内称为 C 类地址。比如 10.202.52.130，因为 X 为 10，在 1126 范围内，所以称为 A 类地址。 类默认子网掩码：A 类为 255.0.0.0; B 类为 255.255.0.0; C 类为 255.255.255.0。当我们要划分子网用到子网掩码 M 时，类子网掩码的格式如下：A 类为 255.M.0.0，B 类为 255.255.M.0，C 类为 255.255
11、.255.M。M 是相应的子网掩码，比如 255.255.255.240。 十进制计算基数是 256（下面，我们所有的十进制计算都要用 256 来进行）。 二、变量说明 1Subnet_block 指可分配子网块大小，表示在某一子网掩码下子网的块数。 2Subnet_num 是可分配子网数，指可分配子网块中要剔除首、尾两块，是某一子网掩码下可分配的实际子网数量。Subnet_num =Subnet_block2。 3IP_block 指每个子网可分配的 IP 地址块大小。 4IP_num 指每个子网实际可分配的 IP 地址数。因为每个子网的首、尾 IP 地址必须保留（一个为网络地址，一个为广播
12、地址），所以它等于 IP_block2，IP_num 也用于计算主机块。 5M 指子网掩码。 表示上述变量关系的公式如下： M=256IP_block IP_block=256/Subnet_block 或 Subnet_block=256/IP_block IP_num=IP_block2 Subnet_num=Subnet_block2。 62 的幂数。大家要熟练掌握 28（256 ）以内的 2 的幂代表的十进制数（如 128=27、64=26 等），这样可以使我们立即推算出 Subnet_block 和 IP_block 的数目。 三、举例说明 现在，通过举一些实际例子，大家可以对子网掩
13、码和主机块的十进制算法有深刻的了解。 1已知所需子网数 12，求实际子网数。 这里实际子网数指 Subnet_num，由于 12 最接近 2 的幂为 16（24），即 Subnet_block=16，那么 Subnet_num=162=14，故实际子网数为 14。 2已知一个 B 类子网的每个子网主机数要达到 60255 个(约相当于 X.Y.0.1X.Y.59.254 的数量) ，求子网掩码。 首先，60 接近 2 的幂为 64（26），即 IP_block=64; 其次，子网掩码 M=256IP_block=25664=192 ，最后由子网掩码格式 B 类是 255.255.M.0 得出子
14、网掩码为 255.255.192.0。 3如果所需子网数为 7，求子网掩码。 7 最接近 2 的幂为 8，但 8 个 Subnet_block 因为要保留首、尾 2 个子网块，即 82=6 7，并不能达到所需子网数，所以应取 2 的幂为 16，即 Subnet_block=16。因为 IP_block=256/Subnet_block=256/16=16，所以子网掩码 M=256IP_block=25616=240 。 4已知网络地址为 211.134.12.0，要有 4 个子网，求子网掩码及主机块。 由于 211.Y.Y.Y 是一个 C 类网，子网掩码格式为 255.255.255.M，又知
15、有 4 个子网，4 接近 2 的幂是 8（23），所以 Subnet_block=8，Subnet_num=82=6，IP_block=256/Subnet_block=256/8=32，子网掩码 M=256IP_block=25632=224 ，故子网掩码表示为 255.255.255.224。又因为子网块的首、尾两块不能使用，所以可分配 6 个子网，每个子网有 32 个可分配主机块，即 3263、6495、96127 、128159、160 191、192223，其中首块（0 31）和尾块（224 255）不能使用。 由于每个子网块中的可分配主机块又有首、尾两个不能使用（一个是子网网络地址
16、，一个是子网广播地址），所以主机块分别为 3362、6594 、97126、129158 、161190 及 193 222，因此子网掩码为 255.255.255.224，主机块共有 6 段，分别为 211.134.12.33211.134.12.62 、 211.134.12.65211.134.12.94、211.134.12.97211.134.12.126、211.134.12.129211.134.12.158、211.134.12.161 211.134.12.190 及 211.134.12.193211.134.12.222。用户可以任选其中的 4 段作为 4 个子网。 总之
17、，只要理解了公式中的逻辑关系，就能很快计算出子网掩码，并得出可分配的主机块。子网掩码的主要功能是告知网络设备，一个特定的 IP 地址的哪一部分是包含网络地址与子网地址，哪一部分是主机地址。网络的路由设备只要识别出目的地址的网络号与子网号即可作出路由寻址决策，IP 地址的主机部分不参与路由器的路由寻址操作，只用于在网段中唯一标识一个网络设备的接口。本来，如果网络系统中只使用 A、B、C 这三种主类地址，而不对这三种主类地址作子网划分或者进行主类地址的汇总，则网络设备根据 IP地址的第一个字节的数值范围即可判断它属于 A、B 、C 中的哪一个主类网，进而可确定该 IP 地址的网络部分和主机部分，不
18、需要子网掩码的辅助。但为了使系统在对 A、B、C 这三种主类网进行了子网的划分，或者采用无类别的域间选路技术（Classless Inter-Domain Routing，CIDR）对网段进行汇总的情况下，也能对 IP 地址的网络及子网部分与主机部分作正确的区分，就必须依赖于子网掩码的帮助。子网掩码使用与 IP 相同的编址格式，子网掩码为 1 的部分对应于 IP 地址的网络与子网部分，子网掩码为 0 的部分对应于 IP 地址的主机部分。将子网掩码和 IP 地址作“与“操作后，IP 地址的主机部分将被丢弃，剩余的是网络地址和子网地址。例如，一个 IP 分组的目的 IP 地址为： 10.2.2.1
19、，若子网掩码为：255.255.255.0，与之作“与“运算得：10.2.2.0，则网络设备认为该 IP 地址的网络号与子网号为：10.2.2.0。子网掩码是用来判断任意两台计算机的 IP 地址是否属于同一子网络的根据。最为简单的理解就是两台计算机各自的 IP 地址与子网掩码进行 AND 运算后，如果得出的结果是相同的，则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的，可以进行直接的通讯。就这么简单。请看以下示例：运算演示之一：aaI P 地址 192.168.0.1子网掩码 255.255.255.0AND 运算转化为二进制进行运算：I P 地址 11010000.10101000.00000000
20、.00000001子网掩码 11111111.11111111.11111111.00000000AND 运算11000000.10101000.00000000.00000000转化为十进制后为：192.168.0.0运算演示之二：I P 地址 192.168.0.254子网掩码 255.255.255.0AND 运算转化为二进制进行运算：I P 地址 11010000.10101000.00000000.11111110子网掩码 11111111.11111111.11111111.00000000AND 运算11000000.10101000.00000000.00000000转化为十进
21、制后为：192.168.0.0运算演示之三：I P 地址 192.168.0.4子网掩码 255.255.255.0ND 运算转化为二进制进行运算：I P 地址 11010000.10101000.00000000.00000100子网掩码 11111111.11111111.11111111.00000000AND 运算11000000.10101000.00000000.00000000转化为十进制后为：192.168.0.0通过以上对三组计算机 IP 地址与子网掩码的 AND 运算后，我们可以看到它运算结果是一样的。均为 192.168.0.0所以计算机就会把这三台计算机视为是同一子网络
22、，然后进行通讯的。我现在单位使用的代理服务器，内部网络就是这样规划的。也许你又要问，这样的子网掩码究竟有多少了 IP 地址可以用呢？你可以这样算。根据上面我们可以看出，局域网内部的 ip 地址是我们自己规定的（当然和其他的 ip 地址是一样的），这个是由子网掩码决定的通过对 255.255.255.0 的分析。可得出：前三位 IP 码由分配下来的数字就只能固定为 192.168.0 所以就只剩下了最后的一位了，那么显而易见了，ip 地址只能有（2 的 8 次方-1），即 256-1=255 一般末位为 0 或者是 255 的都有其特殊的作用。但是这样划分但浪费地址了，所以后来又引出一种叫 VL
23、SM(可变长掩码)的新算法。如果共有 50 台机器 ，那一定是用 C 类地址。但是如果用 C 类的话每一个网段可以用到 253 台主机而你现在只有 50 台，这样的话不是要浪费 200 台了吗？但是如果用了 VLSM 就不同了请看。如果是静态掩码的话 C 类地址因该是 255.255.255.0502 的 7 次方，化为十进制就是 64。所以 VLSM 就是 255.255.255.64例一:IP:192.168.0.1SubstMask：255.255.255.64转化为二进制 11000000.10101000.00000000.0000000111111111.11111111.0000
24、0000.1000000AND 与运算11000000.10101000.00000000.00000000转化为十进制 192.168.0.0例二:192.168.0.50SubstMask：255.255.255.64转化为二进制 11000000.10101000.00000000.0011001011111111.11111111.11111111.01000000AND 与运算11000000.10101000.00000000.00000000转化为十进制 192.168.0.0以上二个地址在同一网段再看:例三：IP:192.168.0.65SubstMask:255.255.255.64转化为二进制 11000000.10101000.00000000.0100000111000000.10101000.00000000.01000000AND 与运算110000000.10101000.00000000.010000000转化为十进制 192.168.0.64
