IP协议详解之三：IP寻址、子网寻址与子网掩码

一、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。

二、子网寻址与子网掩码

（一）子网寻址
现在所有的主机都要求支持子网编址（RFC 950 [Mogul and Postel 1985]）。不是把I P地址看成由单纯的一个网络号和一个主机号组成，而是把主机号再分成一个子网号和一个主机号。
这样做的原因是因为A类和B类地址为主机号分配了太多的空间，可分别容纳的主机数为
224-2和216-2。事实上，在一个网络中人们并不安排这么多的主机。由于全0或全1的主机号都是无效的（有其他用途），因此我们把总数减去 2。
在I n t e r N I C获得某类I P网络号后，就由当地的系统管理员来进行分配，由他（或她）来决定是否建立子网，以及分配多少比特给子网号和主机号。例如，这里有一个 B类网络地址（1 4 0 . 2 5 2） ，在剩下的16 bit中，8 bit用于子网号，8 bit用于主机号，格式如图所示。这样就允许有2 5 4个子网，每个子网可以有2 5 4台主机。



许多管理员采用自然的划分方法，即把 B类地址中留给主机的16 bit中的前8 bit作为子网
地址，后8 b i t作为主机号。这样用点分十进制方法表示的 I P地址就可以比较容易确定子网号。但是，并不要求A类或B类地址的子网划分都要以字节为划分界限。大多数的子网例子都是B类地址。其实，子网还可用于 C类地址，只是它可用的比特数较少而已。很少出现A类地址的子网例子是因为 A类地址本身就很少（但是，大多数 A类地址都是进行子网划分的） 。
子网对外部路由器来说隐藏了内部网络组织（一个校园或公司内部）的细节。

（二）子网掩码

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（24）。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。

默认分配的子网掩码每段只有255或0
Ａ类的默认子网掩码　255.0.0.0　　　　　一个子网最多可以容纳1677万多台电脑
Ｂ类的默认子网掩码　255.255.0.0　　　　一个子网最多可以容纳6万台电脑
Ｃ类的默认子网掩码　255.255.255.0　　　一个子网最多可以容纳254台电脑

要想在同一网段，只要网络标识相同就可以了，那要怎么看网络标识呢？首先要做的是把每段的IP转换为二进制。（有人说，我不会转换耶，没关系，我们用Windows自带计算器就行。打开计算器，点查看>科学型，输入十进制的数字，再点一下“二进制”这个单选点，就可以切换至二进制了。）

把子网掩码切换至二进制，我们会发现，所有的子网掩码是由一串连续的1和一串连续的0组成的（一共4段，每段8位，一共32位数）。
255.0.0.0　　　11111111.00000000.00000000.00000000
255.255.0.0　　11111111.11111111.00000000.00000000
255.255.255.0　11111111.11111111.11111111.00000000
这是A/B/C三类默认子网掩码的二进制形式，其实，还有好多种子网掩码，只要是一串连续的1和一串连续的0就可以了（每段都是8位）。如 11111111.11111111.11111000.00000000，这也是一段合法的子网掩码。子网掩码决定的是一个子网的计算机数目，计算机公式是2的m次方，其中，我们可以把m看到是后面的多少颗0。如255.255.255.0转换成二进制，那就是 11111111.11111111.11111111.00000000，后面有8颗0，那m就是8，255.255.255.0这个子网掩码可以容纳 2的8次方（台）电脑，也就是256台，但是有两个ＩＰ是不能用的，那就是最后一段不能为0和255，减去这两台，就是254台。我们再来做一个。

255.255.248.0这个子网掩码可以最多容纳多少台电脑？
计算方法：
把将其转换为二进制的四段数字（每段要是8位，如果是0，可以写成8个0，也就是00000000）
11111111.1111111.11111000.00000000
然后，数数后面有几颗0，一共是有11颗，那就是2的11次方，等于2048，这个子网掩码最多可以容纳2048台电脑。

一个子网最多可以容纳多少台电脑你会算了吧，下面我们来个逆向算法的题。

一个公司有530台电脑，组成一个对等局域网，子网掩码设多少最合适？
首先，无疑，530台电脑用Ｂ类ＩＰ最合适（Ａ类不用说了，太多，Ｃ类又不够，肯定是Ｂ类），但是B类默认的子网掩码是255.255.0.0，可以容纳6万台电脑，显然不太合适，那子网掩码设多少合适呢？我们先来列个公式。
2的m次方＝560
首先，我们确定2一定是大于8次方的，因为我们知道2的8次方是256，也就是Ｃ类ＩＰ的最大容纳电脑的数目，我们从9次方一个一个试2的9次方是 512，不到560，2的10次方是1024，看来2的10次方最合适了。子网掩码一共由32位组成，已确定后面10位是0了，那前面的22位就是1，最合适的子网掩码就是：11111111.11111111.11111100.00000000，转换成10进制，那就是255.255.252.0。

分配和计算子网掩码你会了吧，下面，我们来看看ＩＰ地址的网段。

相信好多人都和偶一样，认为ＩＰ只要前三段相同，就是在同一网段了，其实，不是这样的，同样，我样把ＩＰ的每一段转换为一个二进制数，这里就拿ＩＰ：192.168.0.1，子网掩码：255.255.255.0做实验吧。
192.168.0.1
11000000.10101000.00000000.00000001
（这里说明一下，和子网掩码一样，每段8位，不足8位的，前面加0补齐。）
ＩＰ　　　　11000000.10101000.00000000.00000001
子网掩码　　11111111.11111111.11111111.00000000
在这里，向大家说一下到底怎么样才算同一网段。
要想在同一网段，必需做到网络标识相同，那网络标识怎么算呢？各类ＩＰ的网络标识算法都是不一样的。Ａ类的，只算第一段。Ｂ类，只算第一、二段。Ｃ类，算第一、二、三段。
算法只要把ＩＰ和子网掩码的每位数AND就可以了。
AND方法：0和1＝0　0和0＝0　1和1＝1
如：And　192.168.0.1，255.255.255.0，先转换为二进制，然后AND每一位
ＩＰ　　　　　　11000000.10101000.00000000.00000001
子网掩码　　　　11111111.11111111.11111111.00000000
得出AND结果　 11000000.10101000.00000000.00000000
转换为十进制192.168.0.0，这就是网络标识，
再将子网掩码反取，也就是00000000.00000000.00000000.11111111，与IP　AND
得出结果00000000.00000000.00000000.00000001，转换为10进制，即0.0.0.1，
这0.0.0.1就是主机标识。要想在同一网段，必需做到网络标识一样。

我们再来看看这个改变默认子网掩码的Ｂ类ＩＰ
如ＩＰ：188.188.0.111，188.188.5.222，子网掩码都设为255.255.254.0，在同一网段吗？
先将这些转换成二进制
188.188.0.111　10111100.10111100.00000000.01101111
188.188.5.222　10111100.10111100.00000101.11011010
255.255.254.0　11111111.11111111.11111110.00000000
分别AND，得
10111100.10111100.00000000.00000000
10111100.10111100.00000100.00000000
网络标识不一样，即不在同一网段。
判断是不是在同一网段，你会了吧，下面，我们来点实际的。
一个公司有530台电脑，组成一个对等局域网，子网掩码和ＩＰ设多少最合适？
子网掩码不说了，前面算出结果来了11111111.11111111.11111100.00000000，也就是255.255.252.0
我们现在要确定的是ＩＰ如何分配，首先，选一个Ｂ类ＩＰ段，这里就选188.188.x.x吧
这样，ＩＰ的前两段确定的，关键是要确定第三段，只要网络标识相同就可以了。我们先来确定网络号。（我们把子网掩码中的1和IP中的?对就起来，0和*对应起来，如下：）
255.255.252.0　11111111.11111111.11111100.00000000
188.188.x.x　　10111100.10111100.??????**.********
网络标识　　　10111100.10111100.??????00.00000000
由此可知，?处随便填（只能用0和1填，不一定全是0和1），我们就用全填0吧，*处随便，这样呢，我们的ＩＰ就是
10111100.10111100.000000**.********，一共有530台电脑，ＩＰ的最后一段1～254可以分给254台计算机， 530/254＝2.086，采用进1法，得整数3，这样，我们确定了ＩＰ的第三段要分成三个不同的数字，也就是说，把000000**中的**填三次数字，只能填1和0，而且每次的数字都不一样，至于填什么，就随我们便了，如00000001，00000010，00000011，转换成二进制，分别是 1，2，3，这样，第三段也确定了，这样，就可以把ＩＰ分成188.188.1.y，188.188.2.y，188.188.3.y，y处随便填，只要在1～254范围之内，并且这530台电脑每台和每台的ＩＰ不一样，就可以了。

3、计算子网掩码
（1）利用子网数来计算
在求子网掩码之前必须先搞清楚要划分的子网数目，以及每个子网内的所需主机数目。
1)将子网数目转化为二进制来表示
2)取得该二进制的位数，为 N
3)取得该IP地址的类子网掩码，将其主机地址部分的的前N位置 1 即得出该IP地址划分子网的子网掩码。
如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成27个子网：
1)27=11011
2)该二进制为五位数，N = 5
3)将B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址前5位置 1，得到255.255.248.0，即为划分成 27个子网的B类IP地址 168.195.0.0的子网掩码。
（2）利用主机数来计算
1)将主机数目转化为二进制来表示
2)如果主机数小于或等于254（注意去掉保留的两个IP地址），则取得该主机的二进制位数，为 N，这里肯定 N<8。如果大于254，则 N>8，这就是说主机地址将占据不止8位。
3)使用255.255.255.255来将该类IP地址的主机地址位数全部置1，然后从后向前的将N位全部置为 0，即为子网掩码值。
如欲将B(c)类IP地址168.195.0.0划分成若干子网，每个子网内有主机700台(17)：
1) 700=1010111100
2)该二进制为十位数，N = 10(1001)
3)将该B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址全部置 1，得到255.255.255.255，然后再从后向前将后10位置0，即为：11111111.11111111.11111100.00000000，即255.255.252.0。这就是该欲划分成主机为700台的B类IP地址 168.195.0.0的子网掩码。

※技术小窍门:有关子网和掩码的计算
在进行IP规划时，总是头疼子网和掩码的计算，其主要原因是对十进制和二进制的转换不熟练。现在给一窍门，可以解决这个问题。首先，我们看一个例子： 

一个主机的IP地址是202.112.14.37，掩码是255.255.255.240，要求计算这个主机所在网络的网络地址和广播地址。 

常规办法是把这两个都换算成二进制，然后相与，就可得到网络地址。其实大家只要仔细想想，可以得到一个方法：掩码为255.255.255.240那么可以知道这个掩码所容纳的IP地址有256－240＝16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16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IP地址在这个范围内，因此比37刚刚小的，又是16的倍数的数只有32，所以得出网络地址为202.112.14.32。而广播地址就是下一个网络的网络地址减一。而下一个16的倍数是48，因此可以得到广播地址为202.112.14.47。 

那么，如果给定一IP地址范围，根据每个网络的主机数量，要进行IP地址规划，可以按照同样原则进行计算。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。