CCNA基础 详解IP地址和子网掩码 1

　一、为什么要使用IP地址？

　　一个 IP 地址是用来标识网络中的一个通信实体，比如一台主机，或者是路由器的某一个端口。而在基于 IP 协议网络中传输的数据包，也都必须使用 IP 地址来进行标识，如同我们写一封信，要标明收信人的通信地址和发信人的地址，而邮政工作人员则通过该地址来决定邮件的去向。

　　同样的过程也发生在 计算机 网络里，每个被传输的数据包也要包括的一个源 IP 地址和一个目的 IP 地址，当该数据包在网络中进行传输时，这两个地址要保持不变，以确保网络设备总是能根据确定的 IP 地址，将数据包从源通信实体送往指定的目的通信实体。

　　目前， IP 地址使用 32 位二进制地址格式，为方便记忆，通常使用以点号划分的十进制来表示，如： 202.112.14.1.

　　一个 IP 地址主要由两部分组成：一部分是用于标识该地址所从属的网络号；另一部分用于指明该网络上某个特定主机的主机号。

　　为了给不同规模的网络提供必要的灵活性， IP 地址的设计者将 IP 地址空间划分为五个不同的地址类别，如下表所示，其中 A ， B ， C 三类最为常用：

　　 A 类 0 － 127 0 8 位 24 位

　　 B 类 128 － 191 10 16 位 16 位

　　 C 类 192 － 223 110 24 位 8 位

　　 D 类 224 － 239 1110 组播地址

　　 E 类 240 － 255 1111 保留试验使用

　　网络号由因特网权力机构分配，目的是为了保证网络地址的全球唯一性。主机地址由各个网络的管理员统一分配。因此，网络地址的唯一性与网络内主机地址的唯一性确保了 IP 地址的全球唯一性。

　　二、划分子网

　　为了提高 IP 地址的使用效率，可将一个网络划分为子网：采用借位的方式，从主机位最高位开始借位变为新的子网位，所剩余的部分则仍为主机位。这使得 IP 地址的结构分为三部分：网络位、子网位和主机位。

　　引入子网概念后，网络位加上子网位才能全局唯一地标识一个网络。把所有的网络位用 1 来标识，主机位用 0 来标识，就得到了子网掩码。如下图所示的子网掩码转换为十进制之后为： 255.255.255.224

　　子网编址使得 IP 地址具有一定的内部层次结构，这种层次结构便于 IP 地址分配和管理。

　　它的使用关键在于选择合适的层次结构 ―― 如何既能适应各种现实的物理网络规模，又能充分地利用 IP 地址空间（即：从何处分隔子网号和主机号）。

　　小窍门――子网的计算

　　在思科网络技术学院 CCNA 教学和考试当中，不少同学在进行 IP 地址规划时总是很头疼子网和掩码的计算。现在给大家一个小窍门，可以顺利的解决这个问题。

　　首先，我们看一个 CCNA 考试中常见的题型：一个主机的 IP 地址是 202.112.14.137 ，掩码是 255.255.255.224 ，要求计算这个主机所在网络的网络地址和广播地址。

　　常规办法是把这个主机地址和子网掩码都换算成二进制数，两者进行逻辑与运算后即可得到网络地址。其实大家只要仔细想想，可以得到另一个方法： 255.255.255.224 的掩码所容纳的 IP 地址有 256 － 224 ＝ 32 个（包括网络地址和广播地址），那么具有这种掩码的网络地址一定是 32 的倍数。而网络地址是子网 IP 地址的开始，广播地址是结束，可使用的主机地址在这个范围内，因此略小于 137 而又是 32 的倍数的只有 128 ，所以得出网络地址是 202.112.14.128. 而广播地址就是下一个网络的网络地址减 1. 而下一个 32 的倍数是 160 ，因此可以得到广播地址为 202.112.14.159. 可参照下图来理解本例：

　　 CCNA 考试中，还有一种题型，要你根据每个网络的主机数量进行子网地址的规划和计算子网掩码。这也可按上述原则进行计算。比如一个子网有 10 台主机，那么对于这个子网就需要 10 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＝ 13 个 IP 地址。（注意加的第一个 1 是指这个网络连接时所需的网关地址，接着的两个 1 分别是指网络地址和广播地址。） 13 小于 16 （ 16 等于 2 的 4 次方），所以主机位为 4 位。而 256 － 16 ＝ 240 ，所以该子网掩码为 255.255.255.240.

　　如果一个子网有 14 台主机，不少同学常犯的错误是：依然分配具有 16 个地址空间的子网，而忘记了给网关分配地址。这样就错误了，因为 14 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＝ 17 ，大于 16 ，所以我们只能分配具有 32 个地址（ 32 等于 2 的 5 次方）空间的子网。这时子网掩码为： 255.255.255.224.

　　三、 IP 地址的局限性

　　最初的因特网设计者没有预想到网络会有如此快速地发展，因此现在网络面临的问题都可以追溯到因特网发展的早期决策上， IP 地址的分配更能体现这点。

　　目前使用的 IPv4 地址使用 32 位的地址，即在 IPv4 的地址空间中有 232 （ 4 ， 294 ， 967 ， 296 ，约为 43 亿）个地址可用。这样的地址空间在因特网早期看来几乎是无限的，于是便将 IP 地址根据申请而按类别分配给某个组织或公司，而很少考虑是否真的需要这么多个地址空间，没有考虑到 IPv4 地址空间最终会被用尽。

　　因此， IPv4 地址是按照网络的大小（所使用的 IP 地址数）来分类的，它的编址方案使用 " 类 " 的概念。 A 、 B 、 C 三类 IP 地址的定义很容易理解，也很容易划分，但是在实际网络规划中，它们并不利于有效地分配有限的地址空间。对于 A 、 B 类地址，很少有这么大规模的公司能够使用，而 C 类地址所容纳的主机数又相对太少。所以有类别的 IP 地址并不利于有效地分配有限的地址空间，不适用于网络规划。

　　在这种情况下，人们开始致力于下一代因特网协议 ――IPv6 的研究。由于现在 IPv6 的协议并不完善和成熟，需要长期的试验验证，因此， IPv4 到 IPv6 的完全过渡将是一个比较长的过程，在过渡期间我们仍然需要在 IPv4 上实现网络间的互连。而在 90 年代初期引入了变长子网掩码（ VLSM ）和无类域间路由（ CIDR ）等机制，作为目前过渡时期提高 IPv4 地址空间使用效率的短期解决方案起到了很大的作用。

　　小窍门――子网的计算

　　在思科网络技术学院 CCNA 教学和考试当中，不少同学在进行 IP 地址规划时总是很头疼子网和掩码的计算。现在给大家一个小窍门，可以顺利的解决这个问题。

快速计算子网掩码和主机块

　　一、明确概念

　　在介绍十进制算法前我们先要明确一些概念。

　　类范围： IP 地址常采用点分十进制表示方法 X.Y.Y.Y ，在这里， X 在 1 ～ 126 范围内称为 A 类地址； X 在 128 ～ 191 范围内称为 B 类地址； X 在 192 ～ 223 范围内称为 C 类地址。比如 10.202.52.130 ，因为 X 为 10 ，在 1 ～ 126 范围内，所以称为 A 类地址。

　　类默认子网掩码： A 类为 255.0.0.0 ； B 类为 255.255.0.0 ； C 类为 255.255.255.0. 当我们要划分子网用到子网掩码 M 时，类子网掩码的格式如下： A 类为 255.M.0.0 ， B 类为 255.255.M.0 ， C 类为 255.255.255.M.M 是相应的子网掩码，比如 255.255.255.240.

　　十进制计算基数是 256 （下面，我们所有的十进制计算都要用 256 来进行）。

　　二、变量说明

　　 1.Subnet_block 指可分配子网块大小，表示在某一子网掩码下子网的块数。

　　 2.Subnet_num 是可分配子网数，指可分配子网块中要剔除首、尾两块，是某一子网掩码下可分配的实际子网数量。 Subnet_num =Subnet_block － 2.

　　 3.IP_block 指每个子网可分配的 IP 地址块大小。

　　 4.IP_num 指每个子网实际可分配的 IP 地址数。因为每个子网的首、尾 IP 地址必须保留（一个为网络地址，一个为广播地址），所以它等于 IP_block － 2 ， IP_num 也用于计算主机块。

　　 5.M 指子网掩码。

　　表示上述变量关系的公式如下：

　　 M=256 － IP_block IP_block=256/Subnet_block 或 Subnet_block=256/IP_block IP_num=IP_block － 2 Subnet_num=Subnet_block － 2.

　　 6.2 的幂数。大家要熟练掌握 28 （ 256 ）以内的 2 的幂代表的十进制数（如 128=27 、 64=26 等），这样可以使我们立即推算出 Subnet_block 和 IP_block 的数目。

　　三、举例说明

　　现在，通过举一些实际例子，大家可以对子网掩码和主机块的十进制算法有深刻的了解。

　　 1. 已知所需子网数 12 ，求实际子网数。

　　这里实际子网数指 Subnet_num ，由于 12 最接近 2 的幂为 16 （ 24 ），即 Subnet_block=16 ，那么 Subnet_num=16 － 2=14 ，故实际子网数为 14.

　　 2. 已知一个 B 类子网的每个子网主机数要达到 60×255 个（约相当于 X.Y.0.1 ～ X.Y.59.254 的数量），求子网掩码。

　　首先， 60 接近 2 的幂为 64 （ 26 ），即 IP_block=64 ； 其次，子网掩码 M=256 － IP_block=256 － 64=192 ，最后由子网掩码格式 B 类是 255.255.M.0 得出子网掩码为 255.255.192.0.