IP地址與子網掩碼－IT工程師數位筆記本

文章出處

一、IP地址與網絡分類

(1)IP地址

我們知道，不同的物理網絡技術有不同的編址方式；不同物理網絡中的主機，有不同的物理網絡地址。網間網技術是將不同物理網絡技術統一起來的高層軟件技術。網間網技術采用一種全局通用的地址格式，為全網的每一網絡和每一主機都分配一個網間網地址，以此屏蔽物理網絡地址的差異。

IP協議提供一種全網間網通用的地址格式，并在統一管理下進行地址分配，保證一個地址對應一臺網間網主機（包括網關），這樣物理地址的差異被IP層所屏蔽。IP層所用到的地址叫做網間網地址，又叫IP地址。它由網絡號和主機號兩部分組成，統一網絡內的所有主機使用相同的網絡號，主機號是唯一的。

IP地址是一個32為的二進制數，分成4個字段，每個字段8位。

(2)三類主要的網絡地址

我們知道，從LAN到WAN，不同種類網絡規模相差很大，必須區別對待。因此按網絡規模大小，將網絡地址分為主要的三類，如下：

A類：

0 1 2 3 8 16 24

3 1 0網絡號主機號

B類：

1 0網絡號主機號

C類：

1 1 0網絡號主機號

A類地址用于少量的（最多27個）主機數大于216的大型網，每個A類網絡可容納最多224臺主機；B類地址用于主機數介于28～216之間數量不多不少的中型網，B類網絡最多214個；C類地址用于每個網絡只能容納28臺主機的大量小型網，C類網絡最多221個。

除了以上A、B、C三個主類地址外，還有另外兩類地址，如下：

D類：

1 1 1 0多目地址

E類：

1 1 1 1 0留待后用

其中多目地址（multicast address）是比廣播地址稍弱的多點傳送地址，用于支持多目傳輸技術。E類地址用于將來的擴展之用。

(3)TCP/IP規定網絡地址

除了一般地標識一臺主機外，還有幾種具有特殊意義的特殊形式。

*廣播地址

TCP/IP規定，主機號全為“1”的網絡地址用于廣播之用，叫做廣播地址。所謂廣播，指同時向網上所有主機發送報文。

*有限廣播

前面提到的廣播地址包含一個有效的網絡號和主機號，技術上稱為直接廣播（directed boradcasting）地址。在網間網上的任何一點均可向其他任何網絡進行直接廣播，但直接廣播有一個缺點，就是要知道信宿網絡的網絡號。

有時需要在本網絡內部廣播，但又不知道本網絡網絡號。TCP/IP規定，32比特全為“1”的網間網地址用于本網廣播，該地址叫做有限廣播地址（limited broadcast address）。

*“0”地址

TCP/IP協議規定，各位全為“0”的網絡號被解釋成“本”網絡。

*回送地址

A類網絡地址127是一個保留地址，用于網絡軟件測試以及本地機進程間通信，叫做回送地址（loopback address）。無論什么程序，一旦使用回送地址發送數據，協議軟件立即返回之，不進行任何網絡

傳輸。

TCP/IP協議規定，一、含網絡號127的分組不能出現在任何網絡上；二、主機和網關不能為該地址廣播任何尋徑信息。由以上規定可以看出，主機號全“0”全“1”的地址在TCP/IP協議中有特殊含義，不能用作一臺主機的有效地址。

二、子網掩碼

(1)子網TCP/IP網間網技術產生于大型主流機環境中，它能發展到今天的規模是當初的設計者們始料未及的。網間網規模的迅速擴展對IP地址模式的威脅并不是它不能保證主機地址的唯一性，而是會帶來兩方面的負擔：第一，巨大的網絡地址管理開銷；第二，網關尋徑急劇膨脹。其中第二點尤為突出，尋徑表的膨脹不僅會降低網關尋徑效率（甚至可能使尋徑表溢出，從而造成尋徑故障），更重要的是將增加內外部路徑刷新時的開銷，從而加重網絡負擔。

因此，迫切需要尋求新的技術，以應付網間網規模增長帶來的問題。仔細分析發現，網間網規模的增長在內部主要表現為網絡地址的增減，因此解決問題的思路集中在：如何減少網絡地址。于是IP網絡

地址的多重復用技術應運而生。通過復用技術，使若干物理網絡共享同一IP網絡地址，無疑將減

少網絡地址數。

子網編址（subnet addressing）技術，又叫子網尋徑（subnet routing），英文簡稱subnetting，是最廣泛使用的IP網絡地址復用方式，目前已經標準化，并成為IP地址模式的一部分。

一般的，32位的IP地址分為兩部分，即網絡號和主機號，我們分別把他們叫做IP地址的“網間網部分”和“本地部分”。子網編址技術將本地部分進一步劃分為“物理網絡”部分和“主機”部分，如圖：

網間網部分物理網絡主機

|←網間網部分→|←────本地部分─────→|

其中“物理網絡”用于標識同一IP網絡地址下的不同物理網絡，既是“子網”。

(2)子網掩碼IP協議標準規定：每一個使用子網的網點都選擇一個32位的位模式，若位模式中的某位置1，則對應IP地址中的某位為網絡地址（包括網間網部分和物理網絡號）中的一位；若位模式中的

某位置0，則對應IP地址中的某位為主機地址中的一位。例如位模式：

11111111 11111111 11111111 00000000中，前三個字節全1，代表對應IP地址中最高的三個字節為網絡地址；后一個字節全0，代表對應IP地址中最后的一個字節為主機地址。這種位模式叫做子網模（subnet mask）或“子網掩碼”。

為了使用的方便，常常使用“點分整數表示法”來表示一個IP地址和子網掩碼，例如B類地址子網掩碼（11111111 11111111 1111111100000000）為：

255.255.25.0 IP協議關于子網掩碼的定義提供一種有趣的靈活性，允許子網掩碼中的“0”和“1”位不連續。但是，這樣的子網掩碼給分配主機地址和理解尋徑表都帶來一定困難，并且，極少的路由器支持在子網中使用低序或無序的位，因此在實際應用中通常各網點采用連續方式的子網掩碼。像255.255.255.64和255.255.255.160等一類的子網掩碼不推薦使用。

(3)子網掩碼與IP地址子網掩碼與IP地址結合使用，可以區分出一個網絡地址的網絡號和主機號。

例如：有一個C類地址為：

192．9．200．13其缺省的子網掩碼為：

255．255．255．0則它的網絡號和主機號可按如下方法得到：

①將IP地址192．9．200．13轉換為二進制11000000 00001001 11001000 00001101

②將子網掩碼255．255．255．0轉換為二進制11111111 11111111 11111111 00000000

③將兩個二進制數邏輯與（AND）運算后得出的結果即為網絡部分

11000000 00001001 11001000 00001101 AND 11111111 11111111 11111111 00000000

11000000 00001001 11001000 00000000結果為192.9.200.0，即網絡號為192.9.200.0。

④將子網掩碼取反再與IP地址邏輯與（AND）后得到的結果即為主機部分

11000000 00001001 11001000 00001101 AND 00000000 00000000 00000000 11111111=

00000000 00000000 00000000 00001101結果為0.0.0.13，即主機號為13。

(4)子網掩碼與IP地址子網掩碼與IP地址結合使用，可以區分出一個網絡地址的網絡號和主機號。

例如：有一個C類地址為：

192．9．200．13 其缺省的子網掩碼為：

255．255．255．0 則它的網絡號和主機號可按如下方法得到：

①將IP地址192．9．200．13轉換為二進制11000000 00001001 11001000 00001101

②將子網掩碼255．255．255．0轉換為二進制11111111 11111111 11111111 00000000

③將兩個二進制數邏輯與（AND）運算后得出的結果即為網絡部分

11000000 00001001 11001000 00001101 AND 11111111 11111111 11111111

00000000 11000000 00001001 11001000 00000000結果為192.9.200.0，即網絡號為192．9．200．0。

④將子網掩碼取反再與IP地址邏輯與（AND）后得到的結果即為主機部分

11000000 00001001 11001000 00001101 AND 00000000 00000000 00000000

11111111 00000000 00000000 00000000 00001101 結果為0.0.0.13，即主機號為13。

三、子網劃分與實例根據以上分析，建議按以下步驟和實例定義子網掩碼。

1、將要劃分的子網數目轉換為2的m次方。如要分8個子網，8=23。

2、取上述要劃分子網數的2的m次方的冪。如23，即m=3。

3、將上一步確定的冪m按高序占用主機地址m位后轉換為十進制。如m為3 則是11100000，轉換為十進制為224，即為最終確定的子網掩碼。如果是C類網，則子網掩碼為255.255.255.224；如果是B類網，則子網掩碼為255.255.224.0；如果是C類網，則子網掩碼為255.224.0.0。

在這里，子網個數與占用主機地址位數有如下等式成立：2m=n。其中，m表示占用主機地址的位數；n表示劃分的子網個數。根據這些原則，將一個C類網絡分成4個子網。若我們用的網絡號為192．9．200，則該C類網內的主機IP地址就是192.9.200.1～192.9.200.254（因為全“0”和全“1”的主機地址有特殊含義，不作為有效的IP地址），現將網絡劃分為4個部分，按照以上步驟：

4=22，取22的冪，即2，則二進制為11，占用主機地址的高序位即為11000000，轉換為十進制為192。這樣就可確定該子網掩碼為：192.9.200.192，4個子網的IP地址范圍分別為：

二進制十進制

① 11000000 00001001 11001000 00000001

11000000 00001001 11001000 00111110

192．9．200．1

192．9．200．62

② 11000000 00001001 11001000 01000001

11000000 00001001 11001000 01111110

192．9．200．65

192．9．200．126

③ 11000000 00001001 11001000 10000001

11000000 00001001 11001000 10111110

192．9．200．129

192．9．200．190

④ 11000000 00001001 11001000 11000001

11000000 00001001 11001000 11111110

192．9．200．193

192．9．200．254

在此列出A、B、C三類網絡子網數目與子網掩碼的轉換表，以供參考。

A類：

子網數目
占用位數
子網掩碼
子網中主機數

2
1
255．128．0．0
8,388,606

4
2
255．192．0．0
4,194,302

8
3
255．224．0．0
2,097,150

16
4
255．240．0．0
1,048,574

32
5
255．248．0．0
524,286

64
6
255．252．0．0
262,142

128
7
255．254．0．0
131,070

128
8
255．255．0．0
65,534

B類：

子網數目
占用位數
子網掩碼
子網中主機數

2
1
255．255．128．0
32766

4
2
255．255．192．0
16382

8
3
255．255．224．0
8190

16
4
255．255．240．0
4094

32
5
255．255．248．0
2046

64
6
255．255．252．0
1022

128
7
255．255．254．0
510

256
8
255．255．255．0
254

C類：

子網數目
占用位數
子網掩碼
子網中主機數

2
1
255．255．255．128
126

4
2
255．255．255．192
62

8
3
255．255．255．224
30

16
4
255．255．255．240
14

32
5
255．255．255．248
6

64
6
255．255．255．252
2