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子网划分不会?瑞哥带你深入理解 IP 地址,手把手教你子网划分!

作者:wljslmz
  • 2022 年 6 月 10 日
  • 本文字数:3530 字

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子网划分不会?瑞哥带你深入理解IP地址,手把手教你子网划分!

1. 什么是 IP 地址

IP 地址在网络中用于标识一个节点(例如一台主机,或者一个网络设备的接口)。


在 IP 网络中,数据包的寻址是基于 IP 地址来进行的,因此 IP 地址就像是现实生活中的地址一样。


IP 协议定义了 IP 数据报文的格式,也定义了数据报文寻址的方式。目前我们在业务环境中常见的 IP 主要是两个版本:IPv4 IPv6,而现阶段网络主体仍然是 IPv4,但是在可预见的未来,会逐渐向 IPv6 过渡。本文只介绍 IPv4。


一个 IPv4 地址有 32bit。当然,我们不可能用二进制来书写 IPv4 地址,那是低效的,我们通常采用十进制格式来书写 IP 地址,但是计算机在进行 IP 地址的相关计算工作时,无疑是通过二进制的形式来进行。因此掌握十进制到二进制的数制转换是必备的技能


IPv4 地址通常采用“点分十进制”表示,以适应人类的读写习惯,例如192.168.1.1

2. 十进制与二进制的转换

“点分十进制”IP 地址表现形式能够帮助我们更好的使用网络,但网络设备在对 IP 进行计算时使用的是二进制的操作方式,例如:



以下是 192 这个数字,对应的二进制算法,这里就不再赘述了,这是基本技能。


3. IP 地址的分类


IPv4 地址的长度为 32bit,如上图所示,IPv4 地址的空间从0.0.0.0 一直到 255.255.255.255,这么庞大的空间,如果不加以区分和规划,势必不便于统筹管理。因此我们对整个 IPv4 地址空间进行类别上的划分,一共分为 5 类:



地址的类别上的区分主要体现在第一个八位组(一个 IP 地址拥有 4 个八位组)上:


  1. 第一个八位组首位恒定为 0,那么我们就得到一个区间:0.0.0.0一直到127.255.255.255。这是 A 类地址,其中 127.0.0.0/8 作为本地回环使用,例如你 ping 127.0.0.1 实际上 ping 的是本机。所以如果看到一个 IP 地址,它的首个八位组掉落在 1-126 区间内,那么这是一个 A 类地址

  2. 第一个八位组的最高两位恒定为二进制的 10,就得到一个区间:128.0.0.0-191.255.255.255,这是 B 类地址

  3. 第一个八位组的最高三位恒定为 110,就得到一个区间:192.0.0.0223.255.255.255,这是 C 类地址

  4. 第一个八位组的最高四位恒定为 1110,就得到一个区间:224.0.0.0239.255.255.255,这是 D 类地址,这个类别的地址专门用于组播

  5. 剩下的是 E 类地址,这类地址保留作为研究使用。

4. 网络掩码(Network Mask)

一个 IP 地址包含两部分:网络部分以及主机部分。网络部分用于表示这个 IP 地址所处的“空间”,对于一台路由器而言,当它在为数据包寻址时,通常只关心 IP 地址的网络部分。那么如何区分一个 IP 地址中的网络与主机部分呢——网络掩码(Network Mask,简称 netmask)用于和 IP 地址进行对应,从而标识出 IP 地址中的网络与主机部分。


  • 网络掩码为 32bit,与 IPv4 地址的位数是一样的。

  • 网络掩码在二进制的表示上是一堆连续的 1,后面接连续的 0。

  • 网络掩码值为 1 的 bit 对应 IP 地址中的网络位;为 0 的 bit 对应 IP 地址中的主机位,以此来识别一个 IP 地址中的网络与主机位,如下图:



为了方便书写,我们往往使用掩码长度的方式来表示一个 IP 地址+掩码组合,例如192.168.1.1255.255.255.0 等同于192.168.1.1/24。因为255.255.255.0写成二进制的话,从左往右数就是 24 个 1,所以我们也说,它的掩码长度为 24。


默认情况下,A 类 IP 地址的首个八位组为网络位,其他位为主机位,因此 A 类地址的默认掩码就是255.0.0.0,或者说掩码长度为/8。B 类 IP 地址前两个八位组为网络位,后两个八位组为主机位,因此 B 类地址的默认掩码就是255.255.0.0或者掩码长度/16。C 类地址的前三个八位组为网络位,最后一个八位组是主机位,因此 C 类地址的默认掩码就是255.255.255.0,或者掩码长度为/24。从这里可以看出,如果申请到一个 A 类地址段123.0.0.0/8,那么这是一个相当庞大的地址空间,因为这个空间有 2 的 24 次方个 IP 地址。相对的,一个 B 类的 IP 网络地址空间默认有 2 的 16 次方个 IP 地址,而每个 C 类地址段所拥有的主机数量则更少。

5. IP 地址类型

网络地址

用于标识一个网络,相当于一个“”的概念。网络地址是一个 IP 地址中主机位为全 0 的地址。例如192.168.10.0/24,该地址标识了一个网络,在这个网络中,存在多个 IP 地址,可用于分配给各种设备,例如192.168.10.1192.168.10.2、…、192.168.10.254,这些地址都属于192.168.10.0/24网络。网络地址不能够被分配给主机。

广播地址

用于向网络中的所有节点发送数据的特殊地址。广播地址即主机部分的各比特位全部为 1 的地址。例如192.168.10.255/24,该地址是192.168.10.0/24这个网络的广播地址。

节点地址

可分配给网络中的设备的地址。例如92.168.10.1/24192.168.1.254/24。网络地址及广播地址是不能够直接被分配给某个设备(的网卡)或者网络设备(的接口)的,因为它们有特殊用途。


例:192.168.1.0 这个 C 类地址对应的网络地址、广播地址及可分配 IP 地址分别是?


6. 为什么要划分子网


假设你有一个 B 类地址段172.16.0.0/16,由于 B 类地址的默认掩码是255.255.0.0,这就意味着这个网络内有 2 的 16 次方个 IP 地址,而可分配给设备使用的 IP 地址就有 2 的 16 次方-2 这么多个,为什么要减去 2?因为广播地址及网络地址是不能分配给设备使用的。


设想一下,如果一个网络中真有这么多台 PC,这么多个 IP 地址处于同一个网段中、同一个广播域中,如上图所示,那么一旦网络中发生广播,影响可就大了。再者,在实际的业务环境中,我们往往会给一个业务单元(例如一个公司内的各个部门),划分一个独立的 IP 网段,不同的业务单元不同的 IP 网段,那么如果有 10 个业务单元,每个业务单元才几十近百台设备,一个业务单元就耗费一个 B 类地址段,这就会造成 IP 地址的浪费。


因此,我们提出子网划分的概念,子网划分所使用的思维是 VLSM(Variable Length Subnet Mask,可变长子网掩码),事实上是拿网络掩码变戏法。在下图中有五个网段,需要五个 IP 地址段,如果只有一个 B 类地址(172.16.0.0/16)可用,那么通过子网划分,可以将这个 B 类地址划分成一个个小一点的子网。这样一来,一个庞大的网络就可以被分割成小的单元,另外 IP 地址的使用也更为科学更为合理。


7. 如何划分子网


现在假设我们有一个 B 类地址段172.16.0.0/16,默认情况下,这个 B 类地址的掩码为255.255.0.0,前两个八位组是网络位,后两个八位组是主机位。那么这个单一的网络中,有 2 的 16 次方个 IP 地址,如上图所示,非常庞大。



现在,在原有网络位的基础上,再向主机位借一个 bit 作为网络位的补充,网络位就扩充到了 17bit,相对的主机位就变成了 15bit。那么借过来的这一位,就是子网位了,如上图所示。由于我们借了这一位,因此网络掩码就从默认的255.255.0.0变成了255.255.128.0或者说从/16变成了/17


于是从原来的只有172.16.0.0/16的一个大网段,变成现在拥有172.16.0.0/17172.16..128.0/17这两个小一点的网段,这就是子网划分。务必要关注网络掩码在这个过程中发挥的作用。

8. 子网划分例子一

现在有一个 IP 地址:192.168.1.0,这是一个 C 类地址,默认的掩码是/24,我要对它做子网划分,向主机位借一位作为子网位,也就是掩码长度变成/25,那么我能得到几个子网?每个子网的网络地址是多少?每个子网的广播地址是多少?每个子网的可用 IP 地址范围是多少?


步骤如下:


A.判断类别,找默认掩码:



首先这是一个 C 类地址,因此默认的掩码长度为/24,你可以划一条竖线帮助计算。线的左边为网络位,右边为主机位,如上图所示。


B.变更掩码,找子网:



在原有的/24 掩码基础上,向主机位借一位,掩码变成/25。借出来的这一位就是子网位,如上图所示,我们只要将虚线往右移动一格就行。这个子网位的值要么为 0,要么为 1,也就是存在两种可能性,这就创造了两个子网(2 的 1 次方),子网位为 0 时,得到的子网地址是192.168.1.0/25,子网位为 1 时,得到另一个子网的网络地址192.168.1.128/25,如下图所示:



C.得出广播地址:



上面分别列出了子网 1 及子网 2 的广播地址,其实很简单,就是把各个子网的主机位全部置 1 即可。因此子网192.168.1.0/25的广播地址为192.168.1.127;子网192.168.1.128/25的广播地址为192.168.1.255


D.得出每个子网的可用 IP 地址数量:


经过上面的计算,得出了子网 1 及子网 2 的网络地址和广播地址,那么每个子网可用的 IP 地址也就出来了,因为可用 IP 地址实际上就是该子网的网络地址与广播地址之间夹着的那些个 IP 地址。所以实际上我们对192.168.1.0/24这个 C 类地址段,用了一个变长后的子网掩码长度:/25,也就是向主机位借 1 位后产生出了 2 个子网,每个子网有 126 个可用 IP 地址。这里有个公式:


9. 子网划分例子二

假设现在有一个 IP 地址:192.168.1.64/27,想把这个地址配置在一台 PC 上,是否可行?



由于该地址的默认掩码长度为/24,而新掩码长度为/27,因此网络位向主机位借了 3 位,产生了 8 个子网,每个子网内包含的所有 IP 地址数量为 32,也就是 2 的 5 次方(5 是剩余的主机位数)。现在开始把每个子网罗列一下,结果发现192.168.1.64/27这个 IP 地址,其实是其中一个子网的网络地址,既然是网络地址,当然是不能分配给 PC 用的了。

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