04. IP子网划分

2023-11-20 22:44:34

能够上网的电子设备都会有IP地址，就跟每个人都有名字一样。IP地址分为IPv4和IPv6，常用IPv4地址连接到互联网。IP是电子设备的名称，三大运营商通过IP将设备与设备连接，人和人连接。
IPv4（Internet protocol version 4）互联协议版本4，版本v4之前就有还有v1、v2、v3，之后还有V5、V6，IPv5已经不适用，替换IPv4的会是IPv6。IPv4地址有32位（每位取值1或0），IPv6地址有128 位（每位取值1或0）。

IP地址是什么？

为了方便记忆，常见的IP地址是十进制表示的，但在计算机内使用的时候是二进制编址。这就带来一个问题：十进制的IP地址怎么转换成二进制，二进制怎么转换成十进制呢？

二进制与十进制互转

IP地址由32位二进制组成，32位二进制按8位为一组，用点分割，俗称点分十进制。8位二进制转换成十进制的取值范围是0~255，所以十进制IP地址的范围是0.0.0.0 ~ 255.255.255.255。

1.二进制(00100111)转换成十进制，可以使用位权展开的方式。从右往左开始，依次是2的0次方，2的1次方，2的2次方……
例：(00100111) = 1 * 2^5 + 1 * 2^2 + 1* 2^1 + 1*2^0 = 39

2.十进制89转换成二进制，可以使用除2取余的方式
例：
把89化为二进制的数
89÷2=44 余1
44÷2=22 余0
22÷2=11 余0
11÷2=5 余1
5÷2=2 余1
2÷2=1 余0
1÷2=0 余1
然后把余数由下往上排序
1011001（2）
这样就把十进制数89化为二进制数1011001

IP地址组成

IP地址由两部分组成，分为网络号和主机号，例如192.168.1.1的网络部分是192.168.1，主机部分是1。多个IP地址的网络部分一样，就说明这些IP地址在同一个网段，意味着在同一间房，互相通信基本靠吼，也就是通过广播。不同网段的好比在不同的房间，正常情况考吼无法通信。

IP地址类型

IPv4类型分为5类，通过从左往右的8位来判断：

Class A：Network HOST HOST HOST

0NNNNNNN Host Host Host

从左往右的第1位为0的地址属于A类地址，所以network部分取值范围是1-126，host部分是0.0.0~255.255.255。

Class B：Network Network HOST HOST

10NNNNNN Network Host Host

从左往右的第1位和第二位是10的地址属于B类地址，所以network部分取值范围是128.0 ~ 191.255，host部分是0.0 ~ 255.255。

Class C：Network Network Network HOST

110NNNNN Network Network Host

从左往右的第1、2、3位是110的地址属于C类地址，所以network部分取值范围是192.0.0 ~ 223.255.255，host部分是0~255。

Class D：多播地址1110MMMM Multicast Group Multicast Group Multicast Group 范围是224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

Class E：科研用,取值范围在240.0.0.0 ~ 255.255.255.255

特殊IP地址

127.0.0.1 ~ 127.255.255.255：用于环回测试，本地连通性测试。用于判断TCP/IP协议有没有正确安装或损坏
0.0.0.0：表示所有网络
255.255.255.255：网段所有节点
主机号全为1：该网段下所有主机的广播地址

公网地址和私网地址

1、公有地址：指以公网连接Internet上的非保留地址。由InterNIC负责分配。公共网络中的计算机和Internet上的其他计算机可以随意地相互访问。

2、私有地址：是在本地局域网上的IP。随着私有IP网络的发展，为节省可分配的注册IP地址，有一组IP地址被拿出来专门用于私有IP网络。在公网上无法识别，内部IP地址必须通过NAT转换成公网上可用的IP地址，才能实现内部IP地址与外部公网的通信。

3、私网地址的范围：

IP地址分为5类，其中A、B、C三类分别保留为专用网络地址，供局域网络使用。私有网络地址不能出现在公共网络上，但只能在内部网络中使用。所有路由器不能发送目标地址为专用网络地址的数据报。

A类地址：10.0.0.0～10.255.255.255

B类地址：172.16.0.0～172.31.255.255

C类地址：192.168.0.0～192.168.255.255

子网划分

为有效的利用ip地址，所以将主机部分又分为子网号和主机号。划分一个主类网段，分割成N个子网网段供网络设备使用。子网划分的好处可以缩短网络流量、优化网络性能、简化管理和更为灵活地形成大覆盖范围的网络。子网划分的核心思想：“借用”主机位来“制造”新的“网络”。

划分子网的方法

所选择的子网掩码将会生产多少个子网？2的x次方（x代表掩码位数）
每个子网能够有多少主机？2的y次方-2（y代表主机位数）
有效子网是？有效子网号=256-10进制的子网掩码（结果叫做block size或base number）
每个子网的广播地址是？广播地址=下一个子网号-1
每个子网的有效主机分别是？忽略子网内全0和全为1的地址剩下的就是有效地址

例如：
C类地址子网划分例子：192.168.10.0/26
子网数2*2=4
每个子网中的可用主机数=2的6次方-2=62
有效子网？block size=256-192=64，所以：

第一个子网为192.168.10.0
第二个子网为192.168.10.64
最后一个子网为192.168.10.192
广播地址：下一个子网-1，所以：
第一个子网的广播地址是192.168.10.63
第二个子网的广播地址是192.168.10.127
第三个子网的广播地址是192.168.10.255
有效主机范围是：
第一个子网的主机地址是192.168.10.1～192.168.10.62；
第二个是192.168.10.65～192.168.10.126；
最后一个是192.168.10.193～192.168.10.254

变长子网掩码（VLSM）是打破传统的以类（class）为标准的地址划分方法，目的是为了缓解ip地址紧缺而产生。使用VLSM可以节约ip地址空间，减少路由表的大小。
无类域间路由（CIDR）CIDR的概念：忽略A、B、C类网络的规则，定义前缀相同的一组网络为一个块，即一条路由条目。（如：199.0.0.0/8）CIDR的优点减少了网络数目，缩小了路由选择表。从网络流量、CPU的内存方面说，开销更低。对网络进行编址时，灵活性更大。

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