IP地址的概念

一、IP地址的概念
我们知道因特网是全世界范围内的计算机联为一体而构成的通信网络的总称。

联在某个网络上的两台计算机之间在相互通信时，在它们所传送的数据包里都会含有某些附加信息，这些附加信息就是发送数据的计算机的地址和接受数据的计算机的地址。

象这样，人们为了通信的方便给每一台计算机都事先分配一个类似我们日常生活中的电话号码一样的标识地址，该标识地址就是我们今天所要介绍的IP地址。

根据TCP/IP协议规定，IP地址是由32位二进制数组成，而且在INTERNET范围内是唯一的。

例如，某台联在因特网上的计算机的IP地址为：
11010010 01001001 10001100 00000010
很明显，这些数字对于人来说不太好记忆。

人们为了方便记忆，就将组成计算机的IP 地址的32位二进制分成四段，每段8位，中间用小数点隔开，然后将每八位二进制转换成十进制数，这样上述计算机的IP地址就变成了：210.73.140.2。

二、IP地址的分类
我们说过因特网是把全世界的无数个网络连接起来的一个庞大的网间网，每个网络中的计算机通过其自身的IP地址而被唯一标识的，据此我们也可以设想，在INTERNET上这个庞大的网间网中，每个网络也有自己的标识符。

这与我们日常生活中的电话号码很相像，例如有一个电话号码为0515163，这个号码中的前四位表示该电话是属于哪个地区的，后面的数字表示该地区的某个电话号码。

与上面的例子类似，我们把计算机的IP地址也分成两部分，分别为网络标识和主机标识。

同一个物理网络上的所有主机都用同一个网络标识，IP 地址的4个字节划分为2个部分，一部分用以标明具体的网络段，即网络标识；另一部分用以标明具体的节点，即主机标识，也就是说某个网络中的特定的计算机号码。

例如，盐城市信息网络中心的服务器的IP地址为210.73.140.2，对于该IP地址，我们可以把它分成网络标识和主机标识两部分，这样上述的IP地址就可以写成：
网络标识：210.73.140.0
主机标识：2
合起来写：210.73.140.2
由于网络中包含的计算机有可能不一样多，有的网络可能含有较多的计算机，也有的网络包含较少的计算机，于是人们按照网络规模的大小，把32位地址信息设成三种定位的划分方式，这三种划分方法分别对应于A类、B类、C类IP地址。

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7位，主机标识的长度为24位，A类网络地址数量较少，可以用于主机数达1600多万台的大型网络。

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，剩下的两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，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14位，主机标识的长度为16位，B类网络地址适用于中等规模规模的网络，每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。

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21位，主机标识的长度为8位，C类网络地址数量较多，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。

除了上面三种类型的IP地址外，还有几种特殊类型的IP地址，TCP/IP协议规定，凡IP地址中的第一个字节以“lll0”开始的地址都叫多点广播地址。

因此，任何第一个字节大于223小于240的IP地址是多点广播地址；IP地址中的每一个字节都为0的地址（“0.0.0.0”）对应于当前主机；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；IP地址中凡是以“llll0”的地址都留着将来作为特殊用途使用。

三、IP的寻址规则
1.网络寻址规则
A、网络地址必须唯一。

B、网络标识不能以数字127开头。

在A类地址中，数字127保留给内部回送函数。

C、网络标识的第一个字节不能为255。

数字2５5作为广播地址。

D、网络标识的第一个字节不能为“0”，“0”表示该地址是本地主机，不能传送。

2.主机寻址规则
A、主机标识在同一网络内必须是唯一的。

B、主机标识的各个位不能都为“1”，如果所有位都为“1”，则该机地址是广播地址，而非主机的地址。

C、主机标识的各个位不能都为“0”，如果各个位都为“0”，则表示“只有这个网络”，而这个网络上没有任何主机。

四、IP子网掩码概述
1.子网掩码的概念
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，还是在远程网上。

2.确定子网掩码数
用于子网掩码的位数决定于可能的子网数目和每个子网的主机数目。

在定义子网掩码前，必须弄清楚本来使用的子网数和主机数目。

定义子网掩码的步骤为：
A、确定哪些组地址归我们使用。

比如我们申请到的网络号为“210.73.a.b”，该网络地址为c类IP地址，网络标识为“210.73”，主机标识为“a.b”。

B、根据我们现在所需的子网数以及将来可能扩充到的子网数，用宿主机的一些位来定义子网掩码。

比如我们现在需要12个子网，将来可能需要16个。

用第三个字节的前四位确定子网掩码。

前四位都置为“1”，即第三个字节为“11110000”，这个数我们暂且称作新的二进制子网掩码。

C、把对应初始网络的各个位都置为“1”，即前两个字节都置为“1”，第四个字节都置为“0”，则子网掩码的间断二进制形式为：“11111111.11111111.11110000.00000000”
D、把这个数转化为间断十进制形式为：“255.255.240.0”
这个数为该网络的子网掩码。

3.IP掩码的标注
A、无子网的标注法
对无子网的IP地址，可写成主机号为0的掩码。

如IP地址210.73.140.5，掩码为255.255.255.0，也可以缺省掩码，只写IP地址。

B、有子网的标注法
有子网时，一定要二者配对出现。

以C类地址为例。

1.IP地址中的前3个字节表示网络号，后一个字节既表明子网号，又说明主机号，还说
明两个IP地址是否属于一个网段。

如果属于同一网络区间，这两个地址间的信息交换就不通过路由器。

如果不属同一网络区间，也就是子网号不同，两个地址的信息交换就要通过路由器进行。

例如：对于IP地址为210.73.140.5的主机来说，其主机标识为00000101，对于IP地址为210.73.140.16的主机来说它的主机标识为00010000，以上两个主机标识的前面三位全是000，说明这两个IP地址在同一个网络区域中。

主机地址，例如?10.73.60.1的主机标识为00000001，210.73.60.252的主机标识为11111100，这两个主机标识的前面三位000与011不同，说明二者在不同的网络区域，要交换信息需要通过路由器。

其子网上主机号各为1和252。

2.掩码的功用是说明有子网和有几个子网，但子网数只能表示为一个范围，不能确切讲具体几个子网，掩码不说明具体子网号，有子网的掩码格式(对C类地址):主机标识前几位为子网号，后面不写主机，全写0。

五、IP的其他事项
1.一般国际互联网信息中心在分配IP地址时是按照网络来分配的，因此只有说到网络地址时才能使用A类、B类、C类的说法；
2.在分配网络地址时，网络标识是固定的，而计算机标识是可以在一定范围内变化的，下面是三类网络地址的组成形式：
A类地址：73.0.0.0
B类地址：160.153.0.0
C类地址：210.73.140.0
上述中的每个0均可以在0~255之间进行变化。

3.因为IP地址的前三位数字已决定了一个IP地址是属于何种类型的网络，所以A类网络地址将无法再分成B类IP地址，B类IP地址也不能再分成C类IP地址。

4.在谈到某一特定的计算机IP地址时不宜使用A类、B类、C类的说法，但可以说主机地址是属于哪一个A类、B类、C类网络了
通过上面的学习，大家对IP地址肯定有了了解。

有了IP地址大家就可以发送电子邮件了，并且可以获得Internet网上的其他信息，例如可以获得Internet上的WWW服务、BBS 服务、FTP服务等等。

详解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128－191 10 16位16位
C类192－223 110 24位8位
D类224－239 1110 组播地址
E类240－255 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256－224＝32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10＋1＋1＋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播地址。

）13小于16（16等于2的4次方），所以主机位为4位。

而256－16＝240，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14＋1＋1＋1 ＝17 ，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1～126范围内称为A类地址；X在128～191范围内称为B类地址；X在192～223范围内称为C类地址。

比如10.202.52.130，因为X为10，在1～126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255.255.255.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
1.Subnet_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。

2.Subnet_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_block－2.
3.IP_block指每个子网可分配的IP地址块大小。

4.IP_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，一个为广播地址），所以它等于IP_block－2，IP_num也用于计算主机块。

5.M指子网掩码。

表示上述变量关系的公式如下：
M=256－IP_block IP_block=256/Subnet_block或Subnet_block=256/IP_block
IP_num=IP_block－2 Subnet_num=Subnet_block－2.
6.2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=16－2=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60×255个（约相当于X.Y.0.1～X.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=256－IP_block=256－64=192，最后由子网掩码格式B类是255.255.M.0得出子网掩码为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8－2=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=256－IP_block=256－16=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，又知有4个子网，4接近2的幂是8（23），所以Subnet_block=8，Subnet_num=8－2=6，IP_block=256/Subnet_block=256/8=32，子网掩码M =256－IP_block=256－32=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32～63、64～95、96～127、128～159、160～191、192～223，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，一个是子网广播地址），所以主机块分别为33～62、65～94、97～126、129～158、161～190及193～222，因此子网掩码为255.255.255.224，主机块共有6段，分别为211.134.12.33～211.134.12.62、211.134.12.65~211.134.12.94、211.134.12.97～211.134.12.126、211.134.12.129～211.134.12.158、211.134.12.161～211.134.12.190及211.134.12.193～211.134.12.222.用户可以任选其中的4段作为4个子网。

总之，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，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：aa
I P 地址192.168.0.1
子网掩码255.255.255.0
AND运算
转化为二进制进行运算：
I P 地址11010000.10101000.00000000.00000001
子网掩码11111111.11111111.11111111.00000000
AND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255.255.255.0
AND运算
转化为二进制进行运算：
I P 地址11010000.10101000.00000000.11111110 子网掩码11111111.11111111.11111111.00000000 AND运算
11000000.10101000.00000000.00000000
转化为十进制后为：
192.168.0.0运算演示之三：
I P 地址192.168.0.4
子网掩码255.255.255.0
ND运算
转化为二进制进行运算：
I P 地址11010000.10101000.00000000.00000100 子网掩码11111111.11111111.11111111.00000000 AND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，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VLSM（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255.255.255.0
50<2的7次方，化为十进制就是64.所以VLSM就是255.255.255.64
例一：IP：192.168.0.1
SubstMask：255.255.255.64
转化为二进制11000000.10101000.00000000.00000001
11111111.11111111.00000000.1000000
AND与运算
11000000.10101000.00000000.00000000
转化为十进制192.168.0.0
例二：192.168.0.50
SubstMask：255.255.255.64
转化为二进制11000000.10101000.00000000.00110010 11111111.11111111.11111111.01000000
AND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：192.168.0.65
SubstMask：255.255.255.64
转化为二进制11000000.10101000.00000000.01000001 11000000.10101000.00000000.01000000
AND与运算
110000000.10101000.00000000.010000000
转化为十进制192.168.0.64。