IP地址的分类与规划、子网划分

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一、IP地址的格式

IP地址是一种网络编码，用来唯一标识网络中的设备，以确保主机间正常通信。IP地址由32位二进制（32-bit）组成。

特点

• 唯一性：每个IP地址在同一时间内唯一标识一个设备。
• 结构：IP地址由两部分组成，分别是网络部分和主机部分。

二、IP地址的分类

2.1 IP地址的组成部分

IP地址由四段数字组成，每段取值范围为0-255。具体两大部分组成：

• 网络部分（Network）：用于识别子网或网络。
• 主机部分（Host）：用于识别网络中的具体设备。

2.2 IP地址分类

常用A、B、C三类IP地址的组成

A、B、C类IP地址的网络部分和主机部分占位不同。

私有IP地址

私有IP地址是专门为企业内部网络设计的，不能在互联网中使用。私有地址包括以下三组：

• A类：10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
• B类：172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
• C类：192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

2.3 子网掩码

子网掩码用于确定IP地址的网络地址。子网掩码由32个二进制位组成。

• 网络部分：用1表示
• 主机部分：用0表示

通过IP地址和子网掩码进行逻辑“与”运算，可以得到网络地址。

• 与运算规则：
  • 0和任何数相与都等于0
  • 1和任何数相与都等于任何数本身

A、B、C三类地址的默认子网掩码

• A类：255.0.0.0
• B类：255.255.0.0
• C类：255.255.255.0

三、二进制与十进制

3.1 二进制

• 特点：
  • 基数为2
  • 数值部分用0和1表示
  • 逢二进一
• 二进制转换为十进制的方法：
  • 上标法：将二进制数每一位乘以对应的2的幂次，然后相加。（上标法，加一加）

3.2 十进制

• 特点：
  • 基数为10
  • 数值部分用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9表示
  • 逢十进一
• 十进制转换为二进制的方法：
  • 余数法：不断除以2，记录余数，然后将余数逆序排列。（余数法，顺一把）

四、IP地址的规划

4.1 子网划分的原因

• 满足不同网络对IP地址的需求
• 实现网络的层次性
• 节省IP地址

4.2 根据IP地址分类划分子网

• 有类地址：有类地址是一种传统的IP地址分配方法，将IP地址划分为五类：A类、B类、C类、D类和E类。每一类有固定的网络和主机部分比例，且子网掩码也有默认值。

  例如A类地址掩码8位、B类地址掩码16位、C类地址掩码24位。

• 无类地址：也称为无类别域间路由（CIDR，Classless Inter-Domain Routing），是一种灵活的IP地址分配和路由方法，不受有类地址的固定子网掩码限制。无类地址允许根据实际需求划分子网，从而更有效地利用IP地址。

  简单来说，就是根据需求对IP地址进行子网划分，使划分后的IP地址不再具备有类地址的特征。

4.3 子网划分的原理

子网划分理解

如：将192.168.1.0/24划分成4个小网段

• 步骤：将主机位划分到网络位，增加子网位。

C类地址划分

• IP地址经过一次子网划分后，被分为三个部分：网络位、子网位和主机位。
• 子网数：2^n，其中n为子网部分位数。
• 有效主机数：2^N-2，其中N为主机部分位数。

4.4 判断IP地址的可用性

例：子网地址与广播地址计算

目标：计算159.64.25.100/25的子网地址和广播地址，并写出二进制的子网掩码和二进制的IP地址。

步骤：

1. 写出IP地址的二进制形式：
   • 159.64.25.100 = .0.00011001.0
2. 写出子网掩码的二进制形式：
   • /25表示子网掩码有25位1，即：…
   • 子网掩码：255.255.255.128
3. 计算子网地址：
   • 将IP地址和子网掩码按位进行“与”运算：
     • .0.00011001.0
     • …
     • 结果：.0.00011001.00000000
   • 子网地址：159.64.25.0
4. 计算广播地址：
   • 子网地址的主机部分全为1：
     • .0.00011001.0
   • 广播地址：159.64.25.127

结果：

• 子网地址：159.64.25.0
• 广播地址：159.64.25.127
  
  

4.5 子网划分的软硬规则

软规则

辅助性规则，目的是方便网络管理员的统一管理。

• 例：给某大厦的10层分配地址192.168.10.0/24，12层分配192.168.12.0/24。

硬规则

根据实际情况制定合理的划分方法。

• 例：查看网络设计，包括每个部门拥有的主机数，确定需要的子网数，每个子网需要的IP地址数和使用的掩码。

4.6 IP地址规划的原则

规划原则

• 唯一性：每个IP地址唯一标识一个设备。
• 可扩展性：规划时考虑到未来扩展的需求。
• 连续性：地址分配应尽量连续，避免碎片化。
• 实意性：IP地址的分配应有实际意义，便于管理。

IP地址规划注意事项

• 互联地址：用于路由器间的互联。
• Loopback地址：用于设备的自环测试。
• 网关地址：网络的出入口地址。

4.7 拓展：VLSM（可变长子网掩码）

介绍

可变长子网掩码（Variable Length Subnet Mask，VLSM）是一种灵活的子网划分方法，它允许根据具体需求对一个网络进行多次、不同长度的子网划分。与传统的固定长子网掩码（FLSM）不同，VLSM提高了IP地址的利用率和网络的灵活性，适用于复杂的网络结构。

VLSM的优点

1. 提高地址利用率：通过精确地划分子网，减少了IP地址的浪费。
2. 灵活性更高：可以根据不同子网的需求分配不同长度的子网掩码，适应多种网络规模。
3. 更有效的路由管理：减少路由表的条目数量，提高路由效率。

VLSM的实现步骤

1. 确定子网需求：分析网络需求，确定每个子网所需的主机数量。
2. 计算子网掩码：根据每个子网的主机数量计算所需的子网掩码。
3. 划分子网：从网络地址开始，按需分配子网掩码，将网络划分为不同的子网。
4. 分配IP地址：将子网划分后生成的IP地址块分配给各个子网。

示例

假设一个公司有一个网络192.168.1.0/24，需要划分成四个子网，分别满足以下需求：

• 子网1：需要50个主机
• 子网2：需要20个主机
• 子网3：需要10个主机
• 子网4：需要5个主机

步骤1：确定子网需求

1. 子网1：50个主机需要6位主机位（2^6 = 64，减去网络地址和广播地址，实际可用62个）。
2. 子网2：20个主机需要5位主机位（2^5 = 32，减去网络地址和广播地址，实际可用30个）。
3. 子网3：10个主机需要4位主机位（2^4 = 16，减去网络地址和广播地址，实际可用14个）。
4. 子网4：5个主机需要3位主机位（2^3 = 8，减去网络地址和广播地址，实际可用6个）。

步骤2：计算子网掩码

1. 子网1：/26（255.255.255.192）
2. 子网2：/27（255.255.255.224）
3. 子网3：/28（255.255.255.240）
4. 子网4：/29（255.255.255.248）

步骤3：划分子网

1. 子网1：192.168.1.0/26
   • 地址范围：192.168.1.0 – 192.168.1.63
2. 子网2：192.168.1.64/27
   • 地址范围：192.168.1.64 – 192.168.1.95
3. 子网3：192.168.1.96/28
   • 地址范围：192.168.1.96 – 192.168.1.111
4. 子网4：192.168.1.112/29
   • 地址范围：192.168.1.112 – 192.168.1.119

步骤4：分配IP地址

• 子网1：分配给需要50个主机的部门
• 子网2：分配给需要20个主机的部门
• 子网3：分配给需要10个主机的部门
• 子网4：分配给需要5个主机的部门

VLSM与FLSM对比

总结

• IP地址格式分类：了解IP地址的组成和分类。
• 私有IP地址、子网掩码：了解私有IP地址和子网掩码的作用。
• 二进制与十进制互转：掌握IP地址的二进制与十进制转换方法。
• 子网划分的原因和原理：理解子网划分的目的和方法。
• 子网划分硬软规则：掌握子网划分的软硬规则。
• IP地址规划的原则：掌握IP地址规划的基本原则和注意事项。
• 判断是否为合法的主机地址：通过实例学习如何在应用场景中规划。

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