计算机网络基础——一文详解IPv4与子网划分

灰太狼 2023-09-23 19:58 7阅读 0赞

# IPv4地址概述 #

在因特网中，为了实现计算机之间的相互通信，通常需要为每台计算机分配一个IP地址。在互联网的发展过程中主要有两个版本的互联网协议，分别是IPv4(Internet Protocol version4)和IPv6 (Internet Protocol version 6)

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IPv4的IP地址就是给因特网(Internet))上的每一台主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的**32比特**的标识符，地址总数为**2^32**个。

IPv6的IP地址采用**128比特**地址长度，地址总数为**2^128**个。

IP地址由因特网名字和数字分配机构CANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。我国用户可向亚太网络信息中心APNIC(Asia Pacific Network Information Center)申请lP地址，需要缴费。

由于32比特的IPv4地址不方便阅读、记录以及输入等，因此IPv4地址采用点分十进制表示方法以方便用户使用，例如：192.168.1.100

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# IPv4地址的分类 #

IPv4的IP地址由网络号（指定主机所属的网络）和主机号（指定被寻址的子网中的某个节点）组成，IP地址可以分为A、B、C、D、E五类。  
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## 各类P地址的细节 ##

### A类地址 ###

*  A类地址的取值范围：  
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 *  A类地址可指派的网络数量：因为网络号占8个bit,并且最高位固定为0，网络号有2^7=128中组合，但是因为最小网络号0和最大网络号127不能指派，所以最终A类IP地址能够指派的网络数量为：  
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 *  A类地址每个网络中可以分配的地址数量：因为主机号站24个bit,主机号有2^24种组合，因为全0的网络号和全1的广播地址不能指派，所以需要减2  
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### B类地址 ###

*  B类地址的取值范围：  
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 *  B类地址可指派的网络数量：因为网络号占16个bit,并且最高位固定为10，网络号有2^(16-2)种组合  
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 *  B类地址每个网络中可以分配的地址数量：因为主机号站16个bit,主机号有2^16种组合，因为全0的网络号和全1的广播地址不能指派，所以需要减2  
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### C类地址 ###

*  C类地址的取值范围  
    ![image-1671777711229][]
 *  C类地址可指派的网络数量：因为网络号占24个bit,并且最高位固定为110，网络号有2^(24-3)  
    ![image-1671777725609][]
 *  C类地址每个网络中可以分配的地址数量：因为主机号站8个bit,主机号有2^8种组合，因为全0的网络号和全1的广播地址不能指派，所以需要减2  
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### D类、E类地址 ###

> 科研使用，此处暂不了解

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# 子网的划分 #

## 子网掩码 ##

*  子网掩码(subnet mask)是一个**32位**地址，又叫网络掩码、地址掩码，它用来**指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网**，**以及哪些位标识的是主机**。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码**将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分**。
 *  左边是网络位，用二进制数字“1”表示，1的数目等于网络位的长度；右边是主机位，用二进制数字“0”表示，0的数目等于主机位的长度。这样做的目的是为了让掩码与IP地址做按位与运算时用0遮住原主机数，而不改变原网络段数字，而且很容易通过0的位数确定子网的主机数。  
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 *  子网掩码的两个功能：
    
     *  **屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识**
     *  **将一个大的IP网络划分为若干小的子网络**
 *  子网掩码的工作流程：将32位的子网掩码与IP地址进行二进制形式的按位逻辑“与”运算，得到该IPv4地址所在的网络地址  
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## 子网的划分 ##

子网掩码是在IPv4地址资源紧缺的背景下为了解决IP地址分配而产生的**虚拟IP技术**，通过子网掩码将A、B、C三类地址划分为**若干子网**，从而显著提高了**IP地址的分配效率**，有效解决了IP地址资源紧张的局面。另一方面，在企业内网中为了更好地管理网络，网管人员也利用子网掩码的作用，人为地**将一个较大的企业内部网络划分为更多个小规模的子网**，再利用三层交换机的路由功能实现子网互联，从而有效**解决了网络广播风暴和网络病毒**等诸多网络管理方面的问题。

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**32比特的子网掩码可以表明分类IP地址的主机号部分被借用了几个比特作为子网号。**

### 举例 ###

已知某个网络的地址为218.75.230.0，使用子网掩码255.255.255.128对其进行子网划分，请给出划分细节。

#### 解析流程： ####

从IP地址坐起第一个十进制为218，所以该P地址为C类地址，C类地址的子网掩码默认为：255.255.255.0,而此时给出的子网掩码为255.255.255.128，则说明子网掩码向主机号借用了一个bit作为子网号

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因为子网掩码向主机号借用了一个bit作为子网号，所以可划分出来的子网数量为21=2个。每个子网可分配的地址数量为：2(8-1)-2=126个。因为主机号的最高位被子网掩码借用了，主机号只有7位了，所以最多可分配2^(8-1)=128个地址，但是还需要去掉主机号为全0的网络地址和主机号为全1的广播地址所以还需要减2。  
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#### 详细的子网划分 ####

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## 子网掩码的CIDR斜线记法 ##

**格式：IP地址/n**

> **说明：n表示子网掩码所使用的bit数，表示子网掩码中网络号的长度，通过的个数确定子网的主机数=2^(32-n)-2**

*  例1：192.168.1.100/24，其子网掩码表示为255.255.255.0
 *  例2：172.16.198.12/20，其子网掩码表示为255.255.240.0

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