网络基础知识之IP与子网掩码和网络地址

对于IT从业者来说，计算机网络是一门必修课，也是一块硬骨头，不论是你是在工作中还是面试时，都需要掌握一些网络技术。从这个月开始，我将对计算机网络中出现的高频知识点和题目进行收集整理，方便大家使用。因为自己也在写论文，顺便给自己回顾一下知识！

一、题目

题目：计算并填写下表
IP地址	111.181.21.9
子网掩码	255.192.0.0
地址类别	【1】
网络地址	【2】
直接广播地址	【3】
主机号	【4】
子网内的最后一个可用IP地址	【5】

对于此类题目，我们只需要搞懂IP地址、子网掩码、网络号、主机号、直接广播地址等专有名词的概念就可以轻松搞定了。所以先来搞定以下概念。

1.1 IP地址

IP地址（Internet Protocol Address）是指互联网协议地址，又译为网际协议地址,用来唯一标识互联网中的一个网络或一台主机。

IP地址就像是我们的家庭住址一样，如果你要写信给一个人，你就要知道他（她）的地址，这样邮递员才能把信送到。计算机发送信息就好比是邮递员，它必须知道唯一的“家庭地址”才能不至于把信送错人家。只不过我们的地址是用文字来表示的，计算机的地址用二进制数字表示。

IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字节）。IP地址通常用“点分十进制”表示成（a.b.c.d）的形式，其中，a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数。例：点分十进IP地址（100.4.5.6），实际上是32位二进制数（01100100.00000100.00000101.00000110）。

1.1.1 IP地址的分类（IPV4）：

IP地址共32bit（位），每8位为一组，用点分十进制的方法表示，分为A、B、C、D、E、F五大类和特殊IP地址，其中A、B、C三类较为常用。IP地址由“网络号+主机号”的结构组成，详细分类见下图：

A、B、C三类地址范围划分如下表所示：

地址类型	地址范围	可分配的网络数
A 类	1.0.0.0~127.255.255.255	2^7=128
B 类	128.0.0.0~191.255.255.255	2^14=16384
C 类	192.0.0.0~223.255.255.255	2^21=2097152

特殊的IP地址包括：受限广播（limited broadcasting）地址、直接广播（directed broadcasting）地址、“这个网络上的特定主机”地址与回送地址（loopback address）。

（1）受限广播地址

受限广播地址也叫做有限广播地址，它的32bit全部用1表示，即为：255.255.255.255。此地址用来将一个分组以广播的形式发送给特定网络中的所有主机。

（2）直接广播地址

直接广播地址的形式是一个有效的网络号和一个全1的主机号，用来使路由器将一个来自其他网络的分组以关闭的方式发送给特定网络上的所有主机。例如，主机199.25.123.24要以广播的方式发送一个分组给221.25.123.0的特定网络中的所有主机，则需要使用的直接广播地址为221.25.123.255。

直接广播地址 = 主机号全1的IP地址

（3）“这个网络上的特定主机”地址

“这个网络上的特定主机”地址的形式为一个全0的网络号和一个确定的主机号，用于同一网络内部某个主机或某个路由器向另一个主机发送分组。例如：主机199.158.26.25要向本网络内的IP地址为199.158.26.155的主机发送发送一个分组，其目的地址应为0.0.0.155。

（4）回送地址

回送地址用于网络软件测试和本地进程间的通信。例如A类IP地址127.0.0.0是一个保留地址，即回送地址。

1.2 子网掩码

子网掩码(subnet mask)又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，它是一种用来指明一个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的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。

子网掩码是在IPv4地址资源紧缺的背景下为了解决lP地址分配而产生的虚拟lP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。

1.3 网络地址

网络地址：IP地址和子网掩码进行与运算，将运算结果中的网络地址不变，主机地址变为0，即主机号全0的IP地址是网络地址。例如IP地址为111.181.21.9，子网掩码为255.192.0.0，它的网络地址则为：111.128.0.0。

在计算机领域中，网络就是用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起，组成数据链路，从而达到资源共享和通信的目的。网络地址（Network address）则是互联网上的节点在网络中具有的逻辑地址，可对节点进行寻址。IP地址是在互联网上给主机编址的方式，为每个计算机分配一个逻辑地址，这样不但能够对计算机进行识别，还能进行信息共享。

网络地址 = IP地址和子网掩码进行与运算

网络地址 = 主机号全0的IP地址

1.3.1 子网内的第一个可用IP地址：

子网内的第一个可用IP地址就是网络地址的后一位。

子网内的第一个可用IP地址 = 网络地址+1

1.3.2 子网内的最后一个可用IP地址：

子网内的最后一个可用IP地址就是直接广播地址的前一位。

子网内的最后一个可用IP地址=直接广播地址-1

二、思路

看到这里，上面的题目就显得格外简单了，接下来附上解题思路与参考答案。

• 根据A、B、C三类地址范围划分表可知，IP地址111.181.21.9属于A类地址。因此在【1】处应填入：A类。

• 网络地址=IP地址和子网掩码进行与运算，二进制表示如下图：

转为十进制后：111.128.0.0，因此【2】处填入：111.128.0.0。

• 直接广播地址=主机号全1的IP地址。子网掩码转为二进制为11111111 11000000 00000000 00000000，可知后22位为主机号。得到直接广播地址为01101111 10111111 11111111 11111111，转为十进制得111.191.255.255。因此【3】处应填入111.191.255.255。

• 主机号=网络号全0的IP地址。由【3】可知，前10位为网络号，网络号置为0得到00000000 00110101 00010101 00001001，转为十进制0.53.21.9。因此【4】处应填入：0.53.21.9。

• 子网内最后一个可用IP地址=直接广播地址-1。由【3】知，直接广播地址为111.191.255.255，因此【5】处应填入111.191.255.254。

三、总结

1. 直接广播地址=主机号全1的IP地址
2. 网络地址=IP地址和子网掩码进行与运算=主机号全0的IP地址
3. 主机号=网络号全0的IP地址
4. 子网内的第一个可用IP地址=网络地址+1
5. 子网内的最后一个可用IP地址=直接广播地址-1
6. 主机数=2^n(n：主机号的个数)
7. 可用主机数=2^n-2（要去掉广播地址和网络地址，n：主机号的个数）

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