IP 地址和子网掩码（从分类编址到无分类编址CIDR）

前期分类的IP

互联网早期采用的是分类的 IP 地址。也就是把 0.0.0.0 ~ 255.255.255.255 划分为 A B C D E 这 5 类。
A 类地址空间占 IP 总数的 50%，我们将第一位固定为 0 。
B 类地址空间占 IP 总数的 25%，我们将前两位固定为10。
C 类地址空间占 IP 总数的 12.5%，我们将前三位固定为110。
D 类地址空间占 IP 总数的 6.25%，我们将前四位固定为1110。
E 类地址空间占 IP 总数的 6.25%，我们将前四位固定为1111。

根据每类 IP 地址占的比例，我们可以更容易的记住各类 IP 地址的开头。在二进制下，每一位只有 0 和 1 两种形态，可以借助树状图加以想像，从左到右（最高位到最低位）将 IP 地址按照 0 和 1 两种逐层进行分叉，再根据 A类 到 E 类分别定位到具体的分支。

根据 IP 地址的作用可以把 IP 地址的组成分为两级结构：网络号 + 主机号。
可记为：IP 地址 ::= {<网络号>，<主机号> } （“ ::= ”表示" 定义为 ” ）网络号用于定位主机所处的网络，主机号用于从局部网络中定位到该主机。

此时，问题来了，前面的部分是网络号，后面的部分是主机号。那网络号和主机号的界限是哪里？网络号到哪里截止？主机号从哪里开始？
IP 地址是这样定义的：

A 类地址：第一个字节（前 8 位）作为网络号。
B 类地址：前两个字节（前16位）作为网络号。
C 类地址：前三个字节（前24位）作为网络号。

按照规律再往下划分就没有主机号了，因此，D 类，E 类和 ABC三类存在着一些区别。
A B C 这三类属于单播地址，D 类是多播地址，E 类则是保留地址。

根据每类 IP 地址的开头以及IP 地址的分类，我们就可以判断某个 IP 地址属于哪一类，网络号是什么，主机号是多少。
但要注意的是：

1. A 类 IP 地址的可用网络号数量是2^7-2 = 126 个，需要去掉 全 0 和 127 这两个有着特殊用途的网络号。
2. 每一类 IP 地址的可指派主机号数量也需要减去 2 ，因为主机号的 ”全0“用于表示该 IP 网络的网络地址。“全1”用于表示广播地址，这两种情况下的 IP 地址一般不指派使用。

因此，
A 类 IP 地址可用网络地址范围是1.0.0.1到127.255.255.254
B 类 IP 地址可用网络地址范围是128.0.0.1-191.255.255.254
C 类 IP 地址可用网络地址范围是192.0.0.1-223.255.255.254

如果按照 ABCDE 分类的话，造成资源浪费，这种分类下，32 位的IP地址中，网络号和主机号的界限划分只有三种情况：8+24 16+16 24+8 。这意味着，一个组织要申请到网络的话，分配到网络号以后，其名下的可指派的主机数量只有三种情况：2^24-2 2^16-2 2^8-2。
如果这个组织是一个中型企业，选择最少的情况（C类）是 254 个，这可能不够用；选择最多的情况（A类），又会用不了，导致许多空闲的主机号；选择中间的情况（B类），有 6 万多个，这也会导致浪费。
你也有可能会这么想：那如果选择最少的情况（也就是申请 C 类）但是我申请多一点网路号，这样主机号或许就可以刚刚好了。可这样，每个中型企业都这么想，C 类将面临不够分配的情况。

换句话说，IP 地址的 “分度值” 太大了，分配给某个组织的网络号会有很多空闲下来被浪费。
因此，我们需要将 “分度值” 的精度调小。

无分类编址 CIDR

CIDR编制方法诞生了，并且一直沿用至今，受到普遍的采用。

这种编址方法全名是无分类域间路由选择 CIDR （Classless Inter-Domain Routing）。

为了和前面的分类编址做个区分，CIDR 的使用 “网络前缀” 这个词语代替 “网络号” ，也就是 IP地址 ::={<网络前缀>,<主机号>}，网络前缀的位数不再仅限于 8 16 24 ，它可以是0~32之间的任意整数。
CIDR 使用“斜线记法”，即在 IP 地址后面加个斜线 / ，斜线后面加一个数字来表示网络前缀的位数。例如：
128.14.35.7/20，这表示二进制 IP 地址的前 20 位是网络前缀，后 12 位是主机号。
CIDR 记法要求我们既要写出IP地址（128.14.35.7），也要标明网络前缀位数（/20）。

相同的网络前缀下的 IP 地址，组成一个“CIDR 地址块”。一个CIDR地址块中的最小地址就是主机号全0的情况，最大地址自然是主机号全1的情况。
我们沿用 主机号全0作为网络地址，全1表示广播地址 的方法，一个CIDR地址块下的可用地址数量也是需要减 2 的。

为了方便分配 CIDR 地址块，我们通常使用主机号全0的IP地址(最小地址)，再附上网络前缀的位数，作为该CIDR地址块的代表。

CIDR 编址下，网络号和主机号的划分界限变得更加灵活，这样一来，IP 地址得到了合理的利用。
计算机并非使用斜线记法判断一个CIDR地址块（主机号全0情况下的IP地址），而是通过 32 位的地址掩码来与IP地址进行位与运算来判断，也就是我们常听到的子网掩码。（比如常见的 255.255.255.0）

顾名思义，掩码（mask）就是一堆面罩一样的数字，我们需要将它转化为二进制才能体会其用处。

将二进制的掩码和二进制的IP地址进行按位AND运算，即可得出网络地址。

AND运算我们应该有所了解，1&0 = 0；
位与运算就是把数转换成二进制在对应位置上分别进行与AND运算。01&11=01

IP 地址：128.14.35.7
子网掩码：255.255.255.192
分别转换成二进制（每8位以点.相隔，为了一定的可读性，我将网络前缀和主机号分开写）：
IP地址： 10000000.00001110.0010 0011.00000111
子网掩码： 11111111.11111111.1111 0000.00000000
子网掩码的前面都是1，后面全是0，因此只需要把IP地址对应1位置上的数字保留，后面的数字变为0即可。（这就是掩码的含义，就像mask一样，1的部分数透明的，0的部分是掩盖的。）
所以最后的换算结果是：10000000.00001110.0010 0000.00000000，即128.14.32.0/20

可以发现，既然IP地址的形式是网络前缀+主机号，而子网掩码的作用是确定网络地址，那么其二进制形式必然是前面全是1后面全是0，因此每个字节换算成十进制的数字必然是下面几个中的一个：

255 254 252 248 240 224 192 128 0

而我们比较熟悉的子网掩码 255.255.255.0 就是11111111.11111111.11111111.00000000的十进制，从分类编址的角度来说，它是 C类 IP 的子网掩码，前 24 位为网络号，后8位作为主机号。
同样的，我们也可以找出A B类IP地址的子网掩码分别是：255.0.0.0和255.255.0.0。
因此，ABC类IP的子网掩码都是固定的。

现在，我们表示一个IP地址的往往采用这两种形式：

1. 斜线记法192.112.0.1/20
2. 掩码记法：IP：192.112.0.1 + 子网掩码：255.255.255.192

最后，为何我们一直在讨论网络地址（主机号全为0）？
如果路由器转发分组时，把主机号也考虑进去，那么路由表的数量将会大大增加，这会增加查找路由表的时间。让路由器只考虑网络前缀，这将会大大减少查找时间。