IPv4 编址与子网划分

记录大学时的IPv4 编址与子网划分学习经过，当时参考了一些网络资料，出处已难寻，如有误，请不吝赐教。

IPv4 地址的网络部分和主机部分

IPv4 编址共32个二进制位，网络部分和主机部分各占多少二进制位由子网掩码决定。

有效子网掩码

子网掩码表示

1. 点分十进制表示
   255.255.255.0（即网络部分24位，主机部分8位）

2. 位数表示
   255.255.255.0用位数表示即 /24 （即网络部分24位，主机部分8位）

3. 用网络（含子网）地址和掩码表示一个网络
   202.115.12.64（网络） 255.255.255.192（子网掩码）
   上面的网络即 202.115.12.64/26（即网络部分26位，主机部分6位）

主机数

以子网掩码 255.255.255.0 为例（即/24）
则主机部分所占位数：32-24=8 位
则理论共能支持 2⁸ 个主机地址，但是其中要除去网络地址（主机部分位数全为0）和广播地址（主机部分位数全为1）
故实际共有 2⁸-2 个主机地址，共能支持 2⁸-2 个主机。
举例：

IPv4 网络地址、主机地址和广播地址

4. 网络地址：指代网络的地址。在网络的 IPv4 地址范围内，最小地址保留为网络地址。此地址的主机部分的每位均为0。如：192.168.1.0/24。
   将IPv4地址与子网掩码进行与运算可得网络地址。
   

5. 主机地址：分配给网络中终端设备的地址。如：192.168.1.1~254/24。

6. 广播地址：用于向网络中的所有主机发送数据的特殊地址。广播地址使用该网络范围内的最大地址。即主机部分的每位均为1。如：192.168.1.255/24。

7. 环回地址 - 127.0.0.1，主机用于向自身发送流量的一个特殊地址(地址 127.0.0.0 到 127.255.255.255 已保留)

8. 本地链路地址 - 169.254.0.0 到 169.254.255.255 (169.254.0.0/16) 地址可以自动分配给本地主机

9. TEST-NET 地址 - 192.0.2.0 到 192.0.2.255 (192.0.2.0/24) 保留供教学和学习使用，用在文档和网络示例中

10. 实验地址 - 240.0.0.0 到 255.255.255.254 为保留地址

11. 另附：最小的IP网络的掩码是多少？
    正确答案：255.255.255.252
    2个特殊地址+
    1个路由器接口+
    1个主机

12. 另附：路由器不转发有限广播(255.255.255.255)

传统类编址

根据子网掩码来分A/B/C会很容易记。

1. 无类编址
   正式名称为无类域间路由（CIDR，读作“cider”）。
   建立了一组新标准，允许服务提供商在任何地址位边界（前缀长度）上分配 IPv4 地址，而不是只分配 A、B 或 C 类地址。

公有和私有 IPv4 地址

1. 私有地址块是：
   不需要访问互联网的主机可以使用私有地址
   位于这些私有网络边界的路由器或防火墙设备必须阻止或转换此类地址
   10.0.0.0 到 10.255.255.255 (10.0.0.0/8)
   172.16.0.0 到 172.31.255.255 (172.16.0.0/12)
   192.168.0.0 到 192.168.255.255 (192.168.0.0/16)
2. 共享地址空间的地址：
   非全局可路由
   仅在服务提供商网络中适用
   地址块为 100.64.0.0/10

子网划分

子网划分 - 将网络划分为多个较小网络空间（称为子网）的过程。

子网之间的通信

1. 设备在不同网络和子网上通信需要使用路由器。
2. 每个路由器接口都必须具有属于与路由器接口所连接网络的 IPv4 主机地址。
3. 网络上的设备使用与其 LAN 相连的路由器接口作为其默认网关。

子网划分的方法

首先借用二进制位来创建子网。
子网数量=借用 1 个位得 2¹ = 2 个子网（0，1），借用2个位则有 2²=4个子网（00，01，10，11）。
例：

从主机部分借用 1 个位可以创建 2 个使用相同子网掩码的子网 。
（1）子网 0
网络 192.168.1.0-127/25 -->二进制后八位：0+七位变化
掩码：255.255.255.128

（2）子网 1
网络 192.168.1.128-255/25 -->二进制后八位：1+七位变化
掩码：255.255.255.128

又例：借用 3 个位可以创建 8 个子网。2³ = 8 个子网


再例：
一个具有A类地址的组织需要至少1000个子网，试找出子网掩码。
分析
至少需要1000个子网
2⁹（512）< 1002 < 2¹⁰（1024），故子网位数 = 10
A类地址
主机位数 = A类网主机位数 – 10 = 24 – 10 = 14
所以子网掩码：11111111.11111111.11000000.00000000
即255.255.192.0

1. 传统的子网划分方法
   分为两类：
   （1）按照主机要求划分
   为最大子网保留足够的主机位。 最大子网中所需的主机地址数量将决定主机部分必须保留多少个位。
   公式 2ⁿ（其中 n 为剩余主机位的位数）用于计算每个子网上有多少个可用地址。
   注意：有 2 个地址不能使用，因此可用地址的数量可以这样计算：2ⁿ-2。
   （2）按照子网要求划分
   要求有足够的子网来支持网络，同时为每个子网提供足够的主机地址。
   

2. 可变长子网掩码 VLSM划分方法
   传统子网划分为每个子网分配相同数量的地址。
   需要较少地址的子网中存在未使用（浪费）的地址。
   可变长子网掩码 (VLSM) 或细分子网可以减少地址浪费。
   
   VLSM 允许将网络空间分为大小不等的部分。
   子网掩码取决于为特定子网所借用的位数。
   先对网络划分子网，然后再将子网进一步划分子网。
   根据需要重复此过程，以创建不同大小的子网。

举例：

CIDR 地址块划分

无类别域间路由（Classless Inter-Domain Routing、CIDR）是一个用于给用户分配IP地址以及在互联网上有效地路由IP数据包的对IP地址进行归类的方法。