IP地址和子网掩码的关系

1、IP地址和子网掩码的基础知识IP地址的概念1. IP地址组成IP地址源于Internet，是一种层次结构的地址，适合于众多的互联网。Internet中每一台主机至少有一个IP地址，且这个IP地址必须是全网唯一的。一个IP地址标识一个网络和与此网络相连的一台主机。IP地址由4个字节32位二进制数组成，使用点分十进制数表示。4个字节的IP地址分为两个层次部分：网络号（Network ID）和主机号（Host ID）,如202.93.120.44。在网络寻址时只需要网络号，从网络中经过多个网络（网关）最终到达目的网络，用网络号即能判断是否到达目的网络，与主机号无关，主机号用于在目的网络中区分某台主机

2、。一个基本的地址分配原则：要为同一网络的所有主机分配相同的网络标识号，同一网络内不同主机必须分配不同的主机标识号（主机号）以区分主机。不同网络内的每台主机必须有不同的网络标识号。要使自己的主机加入Internet，为了避免IP地址与其他网络相冲突，必须向Internet NIC（网络信息中心）获得IP地址和域名。2. IP地址的类别因特网标准定义了五种类型的IP地址。三种基本种类是A类、B类和C类。如表1-1所示：种类IP地址网络ID主机IDAW.X.Y.ZWX.Y.ZBW.X.Y.ZW.XY.ZCW.X.Y.ZW.X.YZ表1-1 IP地址的八位组 图1-1显示了根据地址种类划分网络ID和主

3、机ID的情况。A类网络地址为主机ID分配了24位，为网络设备提供了更多可用的主机ID；B类网络地址提供的网络ID数与每个网络ID的主机ID数目是一样的，使管理员能够配置大量的网络，但每个网络允许拥有较少的主机数；C类网络地址提供的网络ID较多，但允许每个网络ID拥有的主机数目很少。（1）A类地址：一个字节的网络地址，最高位为0，允许有126个网络，每个网络中用3个字节表示主机地址，能够容纳多达16 777 214个主机ID。其格式如表1-2所示。使用A类地址时可分配的网络ID范围是：1.X.Y.Z126.X.Y.Z。A类地址适合大型网络。网络ID主机ID0 0 8 16 24 32表1-2 A

4、类地址格式（2）B类地址：两个字节网络地址，最高两位为10，接下来的14位为网络地址，允许16 384个网络，每个网络允许65 534台主机，其格式如表1-3所示。使用B类地址时可分配的网络ID范围是：128.0.Y.Z191.255.Y.Z。B类地址适合于中型网络。网络ID主机ID100 8 16 24 32表1-3 B类地址格式 （3）C类地址：最高3位为110，接下来的21位为网络地址，允许有2097152个网络，每个网络主机数为254，其格式如表1-4所示。使用C类地址时可分配的网络ID范围是：192.0.0.Z223.255.255.Z。C类地址适合小型网络。网络ID主机ID1100

5、 8 16 24 32表1-4 C类地址格式（4）D类地址：多地址，实现一点对多点的传送，常用于X.25、帧中继（FR）和ATM等使用点对点协议的网络。这类地址不支持全网广播，需要配置D类地址实现一点对多点的传送。D类地址的前4位为1110，即地址从224.0.0.0到239.255.255.255。，其格式如表1-5所示。多播地址11100 8 16 24 32表1-5 D类地址格式（5）E类地址：用于将来扩展，同时也用于实验目的。它们不能分配给主机。E类地址前五位为11110。其格式如表1-6所示。111100 8 16 24 32表1-6 E类地址格式（6）赋予主机IP地址：表1-7总结

6、了A类、B类、C类网络编址。如表所示，一个IP地址的种类可以从最高三位来判断，用两位就足以区分三个主要类型（A类、B类、C类）。定义网络ID位网络ID范围可定义网络的数目用于主机ID的范围互联网上定义的主机数目A类711261262416 777 214B类1412819116 3841665 534C类211922332097 1528254表1-7 因特网地址的类型起始范围终止范围A类1.0.0.1126.255.255.254B类128.0.0.1191.255.255.254C类192.0.0.1223.255.255.254表1-8主机ID的有效范围（7）私有地址：IP地址按用途分为

7、私有地址和公有地址两种。所谓私有地址就是在A、B、C三类IP地址中保留下来为组织机构内部分配地址时所使用的IP地址。 私有地址主要用于在局域网中进行分配，在Internet上是无效的。这样可以很好的隔离局域网和Internet。私有地址在公网上是不能被识别的，必须通过NAT将内部IP地址转换成公网上可用的IP地址，从而实现内部IP地址与外部公网的通信。公有地址是在广域网上使用的地址，但在局域网中同样也可以使用。RFC 1918定义了3类私有地址段：私有地址范围A类10.0.0.110.255.255.254B类172.16.0.1172.31.255.254C类192.168.0.1192.1

8、68.255.254表1-9 RFC 1918定义的3类私有地址段3. 特殊用途IP地址（1）网络地址：主机号全0。（2）广播地址：主机号全1，含这类IP地址的IP分组被广播到网络上的每一个节点。（3）回送地址：127.0.0.0或127.0.0.1，本地回环（Loopback）测试地址。（4）全0地址：0.0.0.0常用于表示默认网络，在路由表中构造默认路径。4. 子网的划分出于管理、性能和安全方面的考虑，许多单位把单一的网络划分为多个物理网络，并使用路由器把它们连接起来。子网划分（Subnetting）技术能够使单个网络地址横跨几个物理网络，如图1-1所示。互联网中的每个物理网络都被称为子

9、网。图1-1大型网络可被分成多个子网来创建一个互联网络互联网络（internetwork）这个词通常简化为互联网（internet），指由路由器连接的一个或多个网络，它通常是指单位的内部网络。而因特网（Internet，I为大写）这个词，则指连接着世界上数百万台计算机的网络。进行子网划分的原因有很多。其中一个原因是A类网或B类网的地址空间太大，以至于单一的未使用路由的网络中无法使用全部地址。为了有效地使用地址空间，有必要把可用的地址分配给更多较小的网络。随着网络的增长，容纳了更多的主机，因而网络通信变得更为繁忙。就像高峰期的快车道，由于交通过于繁忙而出现堵塞。繁忙的网络通信信号导致冲突、丢失数

10、据包以及重传，因而降低了主机之间的通信效率。路由器像一堵墙把子网隔离开来，这样本地通信就不会转发的其他子网，同一子网中主机之间的广播和通信，只能在它们所属的子网中进行。图1-2 路由器作为子网之间的桥，降低广播通信量对于需要相互通信的不同子网上的主机，可以配置路由器筛选通信，以使需要传送到其他子网上的信息被转发，如图1-3所示。图1-3 路由器使要发送到远程子网主机上的信息被转发出于安全的考虑，单位也可以创建隔离网络的子网。一个部门也许会把信息放在存有敏感信息的网络服务器上，可以配置子网，以阻止来自互联网内部其他子网的通信，如图1-4所示。图1-4 出于安全原因可以隔离子网1) 子网编址理解子

11、网编址最容易的方法是，假设一个网站，其用于分配给它的单个IP网络地址，但这个网站包含两个以上的物理网络，每个物理网络使用可用主机ID的一部分。当一个网络被正确划分为子网时，只有路由器知道有多个物理网络存在，并且知道如何路由它们之间的通信。（1）划分IP地址。IP地址的主机部分则由管理员进一步划分，以标识主机所在的某个子网，如图1-5所示。这就产生了一个层次型的编址方案，它支持互联网中子网间的路由，而且在更高一层，它支持互联网与因特网之间的路由。在互联网中，三部分分为网络ID（Network ID）、子网ID（Subnet ID）及主机ID（Host ID）。网络ID主机ID网络ID子网ID主机

12、ID图1-5 IP地址可以进一步划分，以支持子网的划分把IP地址的主机部分划成两部分，就能够建立另外的子网地址。然后，使用IP地址的一部分把子网标识为互联网中唯一的网络。这就是子网划分。网络管理员必须通过给子网中的每台主机指定子网掩码，来确定如何来进行这种划分。子网中的所有主机必须配置相同的子网掩码。子网编址涉及IP地址的认真管理以及正确地定义子网掩码。如何划分主机地址（为子网部分保留的位数），取决于具体需要。如图1-6所示，为子网部分保留的位数越多，可分配的主机的位数就越少，这就意味着在一个子网中可容纳的主机就越少。需要较少的子网且拥有大量主机的网站，应定义使用较少位数划分子网的子网掩码；而

13、需要较多子网且拥有主机较少的网站，应定义使用较多位数划分子网的子网掩码。B类地址网络ID子网ID1254主机ID125410 0 8 16 24 32图1-6 可以指定用于子网划分的位数 （2）子网掩码。子网掩码是一个32位的二进制数，它告诉TCP/IP主机，IP地址的那些位对应于网络地址，哪些位对应于主机地址。TCP/IP协议使用子网掩码判断目标主机地址是位于本网段，还是位于远程子网。屏蔽（Masking）网络地址即可以实现以上判断，屏蔽只是简单地指定网络ID和主机ID的分界点。子网掩码中对应于网络地址的所有位都被设为1，而对应于主机地址的所有位都被设为0。如：A类地址默认子网掩码：255.

14、0.0.0B类地址默认子网掩码：255.255.0.0C类地址默认子网掩码：255.255.255.0TCP/IP比较子网掩码和IP地址时，所进行的运算是“逻辑位与（Logical Bitwise AND）”。下面的例子说明了这种运算是如何进行的。假定一台主机的配置如下（使用二进制数来说明其内部工作原理）：例1 172 25 16 51IP地址1010 11000001 10010001 00000011 0011子网掩码1111 11111111 11110000 00000000 0000网络ID1010 11000001 1001主机ID0001 00000011 0011请注意，子网掩

15、码是如何在第三个八位组之前划分IP地址的。把子网掩码的前面两个八位组的位全部设为1，即可以做到这一点。这个子网掩码导致IP按如下方式理解IP地址： IP地址 172.25.16.51 子网掩码 255.255.0.0 网络ID 172.25 主机ID 16.51若子网掩码是255.255.0.0，则这个B类地址完全属于单个网络。然而，如果这个网络连接到因特网上，则在单个网络上使用宝贵的B类地址太浪费了（主机数：65 535台）。当然，可以把这个地址进行子网划分，使其能用于路由器连接的互联网。现在看看一些实例，以了解如何划分B类地址。例2 172 25 16 51IP地址1010 1100000

16、1 10010001 00000011 0011子网掩码1111 11111111 11111111 11110000 0000网络ID1010 11000001 10010001 0000主机ID0011 0011对于B类地址，第三个八位组通常是主机ID的一部分，但由于有了子网掩码，第三个八位组现在也成了网络ID的一部分，IP地址仍然不变（172.25.16.51）。但是由于子网掩码不同，IP协议“看到”的IP地址是不同的。子网掩码导致IP协议按下列方式解释IP地址： IP地址 172.25.16.51 子网掩码 255.255.255.0 网络ID 172.25.16 主机ID 51子网掩

17、码255.255.255.0能够使B类的网络ID被分配给253个子网（为什么不是255个接下来就有一些规则和解释）。这就使得单一的B类网络地址能够支持包含253个子网的一个大范围互联网。子网划分后，可用的网络从172.25.1.0到172.25.254.0。每个子网可容纳254台主机。下述例子没有在八位组边界上准确地划分子网： 例3 172 25 16 51IP地址1010 11000001 10010001 00000011 0011子网掩码1111 11111111 11111110 00000000 0000网络ID1010 11000001 1001000主机ID1 00000011

18、0011在此例中，第三个八位组被细分，前三位属于网络ID，而剩下的位属于主机ID。如下所示，按八位组划分的IP地址看起来与以前的例子完全相同，然而，主机上运行的IP软件限制了可以在单个物理网络中痛心的地址范围。 IP地址 172.25.16.51 子网掩码 255.255.255.0 网络ID 172.25.0 主机ID 16.51在这个例子中，分配三位用于子网编址，使得网络管理员可以用下面的网络ID配置6个子网： 172.25.32 （1010 1100 0001 1001 0010 0000） 172.25.64 （1010 1100 0001 1001 0100 0000） 172.25

19、.96 （1010 1100 0001 1001 0110 0000） 172.25.128 （1010 1100 0001 1001 1000 0000） 172.25.160 （1010 1100 0001 1001 1010 0000） 172.25.192 （1010 1100 0001 1001 1100 0000）每个子网有13位可用于主机编址。（3）子网划分规则。RFC 950是定义子网编址的规范，其中有两条规则适用于网络ID的子网部分： 由于按照惯例，全为0的网络ID代表“本网络”，所以网络ID的子网部分则不能全为0，因为那就表示“本子网”。 由于全为1的网络ID是一个广播地址

20、，所以网络ID的子网部分不能全为1，因为全为1的地址用于向子网广播。这些规则限制了能创建的子网种类。在上面的例子中，请注意以下的两个子网从可用子网中忽略了：172.25.0 （1010 1100 0001 1001 0000 0000）子网部分全为0172.25.224 （1010 1100 0001 1001 1110 0000）子网部分全为15. 子网划分实例讲解需要进行子网规划一般两种情况：一、 给定一个网络，整网络地址可知，需要将其划分为若干个小的子网。二、 全新网络，自由设计，需要自己指定整网络地址。后者多了一个根据主机数目确定主网络地址的过程，其他都一样。我们先来讨论第一种情况：例

21、：学院新建4个机房，每个机房有25台机器，给定一个网络地址空间：192.168.10.0，现在需要将其划分为4个子网。分析：192.168.10.0是一个标准的C类IP地址，默认子网掩码为255.255.255.0要划分为4个子网必须要向最后的八位主机号借位，那借几位呢？我们来看要求：4个机房，每个机房25台机器，那就是需要4个子网，每个子网下面最少25台主机。考虑到扩展性，一般机房能够容纳的机器数量是固定的，建设好之后向机房增加机器的情况很少，增加新机房（新子网）情况较多。注明：当然对于我们这题，考虑主机和子网最后的结果都是相同的，但如果要组建较大规模网络的时候，这点要特别注意）我们依据子网

22、内最大主机数来确定借几位。使用公式2n2>=最大主机数 2n2>=25 252>=25所以主机位数n为：5相对应的子网需要借3位确定了子网部分，后面的就简单了，前面的网络部分不变看最后的这八位。得到6个可用的子网地址：全部转换成点分十进制表示这就得出了所有子网的网络地址，那个子网的主机地址呢？注意：在一个网络中主机地址全为0的IP是网络地址，全为1的是网络广播地址，不可用。所以我们的子网地址和子网主机地址如下：接下来我们再来讨论第二种情况：全新的网络，需要自己来指定整网络地址，这就需要先考虑选择A类、B类或C类IP地址的问题，就像上例中的网络地址空间：192.168.10.0

23、不给定，任由自己选择，那有的同学可能会说，直接选择A类地址有24位的主机位来随便借位。这当然可以，但那就会浪费太多的地址了，在局域网中当然可由你随便设置，但在广域网里可没有那么多的地址给你分配，所以从开始就应该养成好的习惯。那如何选择呢？和划分子网的时候一样，通过公式计算（2n2），我们知道划分子网越多浪费的地址就越多。还记得上面我们每个子网内都有两个IP不能用吗？（主机位全为0或全为1）每次划分子网一般都有两个子网的地址要浪费掉（子网部分全为0或全为1）所以，我们需要建设一个拥有4个子网，每个子网有25台主机的网络，那我们一共需要（4+2）X（25+2）个IP数的网络来划分。（4+2）X（25+2）162一个C类网络可以拥有254的主机地址，所以我们选择C类地址来作为整个网络的网络号。如果我们现在有6个机房，每个机房有50台主机呢？（6+2）x（50+2）416显然我们就要用到B类地址的网络了。后面划分子网的步骤和上面一样，这里就不多说了。注意：