计算机网络基础 (五)--- 网络层 -IP 地址的子网划分

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发布于: 2020 年 07 月 17 日
文章内容概览
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前边的文章中介绍到
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IP地址长度为32位，常分成4个8位
IP地址常用点分十进制来表示（0~255.0~255.0~255.0~255）
32位的IP地址一共可以表示42亿个IP，如果没有一个合理的分配IP的方式，整个分配是非常麻烦的。因此需要对IP地址进行一个合理的规划和分配
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分类的IP地址将一个IP地址分为两个部分，分别是网络号和*主机号*。这两部分加起来是32位。根据网络号和主机号长度的不同，又可以将IP地址分为以下几类：
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分为A、B、C这三类之后，就可以更好的去分配这42亿的IP地址了
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A类地址的网络号为8位，且首位是0
B类地址的网络号为16位，并且前两位是10
C地址的网络号为24位，并且前三位是110
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知道了每一类的IP地址网络号和主机号的位数，就可以计算出最小网络号、最大网络号以及最小主机号和最大主机号。但是这里边有一些特殊的主机号是需要排除的
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特殊的主机号﻿
主机号全是0，表示当前的网络段，不可分配为特定主机（如：1.0.0.0）
主机号全是1，表示广播地址，向当前网络段所有主机发消息，也不可以分配给特定的主机（如：1.255.255.255）
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特殊的网络号﻿
A类地址网络段全为0(0000000)表示特殊网络，这个网络段是不能直接使用的
A类地址网络段后7位全为1(01111111)表示回环地址，不能直接使用
B类地址网络段全为0(10000000.0000000:128.0)是不可使用的
C类地址网络段全为0(192.0.0)是不可使用的
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知道了特殊主机号和特殊网络号之后，就可以对上边的表进行更加准确的描述
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通过这个就可以简单的进行判断一个IP地址是哪一类的地址了
125.125.3.60 转化为2进制是  01111101  因为首位是0，所以是A类IP地址
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163.70.31.23 转化为2进制是  10100011  前两位是10，所以是B类IP地址
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210.36.127.11 转化为2进制是 11010010  前三位是110，所以是C类IP地址
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回环地址127.0.0.1，通常被称为本地回环地址（Loopback Address），不属于任何一个有类别的地址。它代表设备的本地虚拟接口，所以默认被看做是永远不会宕掉的接口。在Windows操作系统中也有相似的定义，所以通常在安装网卡前就可以ping通这个本地回环地址。一般都会用来检查本地网络协议、基本数据接口等是否正常
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下边其实还有两个分类的IP地址，D类和E类，因为他们一般是特殊使用的，所以不做具体了解
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划分子网在了解划分子网之前，先看一个问题：某公司拥有100名员工，每人配备一台计算机，请问该公司应该申请哪种网段？
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看一下上边IP地址分类的表格
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可以看出，申请C类是最节约IP地址的，因为C类所拥有的主机号最多254个，所以应该申请C类的
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那么此时假设该公司有256名员工，每人配备一台计算机，请问该公司应该申请哪种网段？
这时就发现，申请C类地址已经不够用了。所以，至少应该申请B类地址才能满足该公司的需求。但是B最多可拥有2的16次方减2个主机号，这里只使用了256个，这就造成了很大的地址空间浪费。因为总共有42亿个IP地址，如果每个公司都这样去浪费，那么IP将会不够用。因此在IP分类的基础上，提出了子网划分的概念
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在前边介绍到，一个IP由网络号和主机号两个部分组成。在子网划分这块，会将一个IP分成三个部分，分别是网络号、子网号、主机号
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子网号是如何进行工作的假设在上边的例子中，分配了C类地址193.10.10.0，对于这个C类地址有254个主机号。如果对这个C类地址进行子网划分的话，就可以把第25位看做是子网号(11000001.00001010.00001010.00000000)，那么就可以分成1和0这两个子网号。那么0这个子网号就可以表示：193.10.10.0 ~ 193.10.10.127这个网络段。1这个子网就可以表示：193.10.10.128 ~ 193.10.10.255这个网络段，这样就把原来的C类地址分成了两个子网
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如果A、B、C类的地址都进行很多的子网划分的话，将会导致有非常多的子网，那么此时如何快速的判断某一个IP是属于哪一个网络号的？这个时候就提出了一个新的概念：子网掩码
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子网掩码﻿
子网掩码和IP地址一样，都是32位
子网掩码由连续的0和连续的1组成的
某一个子网的子网掩码，具有网路号位数个连续的1
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比如，对于A类地址，它的网络号有8位，主机号24位，那么对于A类地址，它的子网掩码就是由8个1和24个0所组成，也就是255.0.0.0。同理，B类地址的子网掩码就是由16个1和16个0所组成，也就是255.255.0.0
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上边对C类地址进行了子网的划分，将其划分为0和1这两个子网，那么对于这个子网，它的子网掩码就是由25个1和7个0所组成的，那么这个子网掩码的点分十进制就是255.255.255.128
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子网掩码是如何进行快速的子网判断的假设有193.10.10.6这个IP，首先可以知道它的子网掩码为255.255.255.128，然后将他们的二进制都表示出来，将他们的每一位进行“与”运算，会得到如下结果
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可以看到，计算的结果就是193.10.10.0，这个就是该IP的子网号
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再假设有193.10.10.129这个IP，它的子网掩码为255.255.255.128，然后将他们的二进制都表示出来，将他们的每一位进行“与”运算，会得到如下结果
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可以看到，计算的结果就是193.10.10.128，这个就是该IP的子网号
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所以，通过子网掩码和IP进行与运算，就可以快速得到该IP所属的子网号
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无分类编址CIDR由于子网的划分还是比较的复杂，先要知道网络号，然后进行子网号的划分。我们是希望有更好、更简便的划分，去使用IP地址，因此就是提出了，无分类编址CIDR
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CIDR中没有A、B、C类网络号和子网划分的概念
CIDR将网络前缀相同的IP地址称为一个“CIDR地址块”
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因此，对于CIDR，它的IP地址分为两个部分：网络前缀和*主机号*。网络前缀并不是和前边的网络号一样，他们最大的不同就是，网络前缀的位数是任意的
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斜线记法CIDR在记录的时候，通常使用斜线记法来记录相关的IP地址，如：
192.10.10.129/25   表示它的网络前缀有25位，那么主机号就是七位（11000001.00001010.00001010.10000001）。除了25以外，还有很多
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还是最上边的那个例子：某公司拥有100名员工，每人配备一台计算机，请问该公司应该申请哪种网段？
如果使用CIDR这个记法来进行分配的话，就只需要给它分配一个网络前缀为25的IP网络号就可以了(/25)
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假设该公司增加了100名员工，并且拆分成两个部门，此时如何进行IP的规划？
这个时候其实可以为他们分配一个24位网络前缀的IP地址，然后对于每一个部门都分配25位网络前缀的IP地址。这里就有小型网络和大型网络的概念了，在CIDR中，小型网络通常称为子网，对于那个网络前缀为24位的，在CIRDR中，称为超网
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如果将该例子拓展一下，拓展为某一个城市。如果对一个城市，使用CIDR进行网络规划，可能给这个城市分配网络前缀为18的网络地址，给该城市中的公司分配网络前缀为20的网络地址，对于公司部门，则分配网络前缀为24的网络地址
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在快速变化的技术中寻找不变，才是一个技术人的核心竞争力。知行合一，理论结合实践
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