IT挑战高薪必备网络常识-IP地址、子网掩码、网关和子网划分

1. 什么是IP地址

IP地址（Internet Protocol Address），简称IP Address。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的使用不便性。互联网当前使用的主要是基于IPv4协议的32位地址，地址总容量近43亿个（232=4294967296）。然而随着互联网的发展以及全世界庞大的人口数量，IPv4地址远远不够用。因此，诞生了IPv6，IPv6地址采用128位标识，数量为2的128次方，相当于IPv4地址空间的4次幂。更令人欣慰的是，IPv6具备方便寻址及支持即插即用等特性，能更好地支持物联网业务。

基于IPv4协议的IP地址以点分十进制表示，如192.168.0.0。地址格式为：IP地址=网络地址＋主机地址或IP地址=主机地址＋子网地址＋主机地址。IP地址由四段组成，每个字段是一个字节，总的是8位二进制，最大值是255。网络地址和子网地址表示其属于互联网的哪一个网络，主机地址表示其属于该网络中的哪一台主机，这两者是主从关系，通过设置这两个地址，可以保证在网络中每台主机的IP地址不会重叠，也就是IP地址有了唯一性。

主机地址全部为0的地址是网络地址，主机地址全部为1的地址是广播地址，这2个IP不能分配给主机使用。

最初设计互联网络时，为了便于寻址以及层次化构造网络，每个IP地址包括两个标识码（ID），即网络ID和主机ID。同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络ID，网络上的一个主机（包括网络上工作站，服务器和路由器等）有一个主机ID与其对应。IP地址根据网络ID的不同分为5种类型：A类地址、B类地址、C类地址、D类地址和E类地址。

A类地址：（1.0.0.0 - 126.255.255.255）子网掩码：255.0.0.0

一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位为0，因此其地址范围为：0.0.0.0到127.255.255.255，默认网络掩码为：255.0.0.0。但是其中段0和127不可用，网络号全0和1（即0000 0000和0111 1111）不能作为网络地址；其中0代表任何地址，127段为回环测试地址。所以可用的A类网络有126个，即1.0.0.0到126.0.0.0。主机号全0表示所在网络的网络号，全1表示广播地址，因此每个网络能容纳16777214个主机（224-2=16777216-2=16777214）。

B类地址：（128.0.0.0 - 191.255.255.255）子网掩码：255.255.0.0

一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2字节的主机地址组成，网络地址的最高位为10，因此其地址范围为：128.0.0.0到191.255.255.255，默认网络掩码为：255.255.255.0。可用的B类网络有16382个（214-2=16384-2=16382）【此处到底是否减2存在争议，新旧规定不一致】，每个网络能容纳65534（216-2=65536-2=65534）万多个主机。169.254.0.0 ~ 169.254.255.255是保留地址（如果你的IP地址是自动获取IP地址，而你在网络上又没有找到可用的DHCP服务器，这时你将会从169.254.0.0到169.254.255.255中临时获得一个IP地址）。

C类地址：（192.0.0.0 - 223.255.255.255）子网掩码：255.255.255.0

一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址的最高位为110。范围从192.0.0.0到223.255.255.255。C类网络可达2097152个（221=2097152），每个网络能容纳254个（28-2=256-2=254）主机。

D类地址：（224.0.0.0 - 239.255.255.255）无子网掩码

D类地址主要用于多点广播（Multicast）的地址，并不指向特定的网络。。D类IP地址第一个字节以1110开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播（Multicast）中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。224.0.0.0到239.255.255.255用于多点广播。

E类地址：（240.0.0.0 - 255.255.255.255）

E类IP地址以11110开始，为将来使用保留。主要用于Internet试验和开发，地址范围为240.0.0.0到255.255.255.254，255.255.255.255用于广播地址。

私有IP地址

在可供分配的主机IP地址资源中，还分为共有IP地址和私有IP地址两类。其中共有地址是连接到公用网络的主机使用的，必须是唯一的，需要统一管理和分配，通常从Internet服务提供者处获得。在A、B、C三类地址中均有部分地址被用作私有地址，私有地址被大师用于企业内部网络中。

私有网络由于不与外部互连，因而私有网络管理者可能使用随意的IP地址。保留专门的私有地址供其使用，其目的是为了避免以后接入公网时引起地址混乱。在Internet上，私有地址是不能出现的。使用私有地址的私有网络在接入Internet时，要使用地址翻译（NAT），将私有地址翻译成公有合法地址，通常使用路由器来执行NAT转换。

广播地址

广播地址(Broadcast Address)是专门用于同时向网络中所有工作站进行发送的一个地址。TCP/IP规定，主机号全为1的IP地址用于广播。例如：192.168.1.255是一个C类的广播地址。广播的分组（报文）传送给网段内所有计算机。例如，对于192.168.1.0 （255.255.255.0 ）网段，其广播地址为192.168.1.255 （255 即为2 进制的11111111 ），当发出一个目的地址为192.168.1.255 的分组（报文）时，它将被分发给该网段上的所有计算机。

网络地址

TCP/IP规定，主机号全为0的IP地址为网络号，网络号被解释成本地网络。例如：173.18.0.0表示173.18这个B类网络的网络地址。

回送地址

127开头的IP地址称为回送地址。A类网络地址的第1段十进制数值为127是一个保留地址，如127.1.11.13，用于网络软件测试以及本地机进行间通信。

保留地址（特殊用途的）

A类保留地址：127.X.X.X

B类保留地址：169.254.X.X

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网络和子网，以及哪些位标识的是该网络下的主机地址。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。子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在公网上。通过子网掩码，可以看出有多少位是网络号，有多少位是主机号。就可以判断某个几个IP是否在同一个局域网内部。

根据IP地址和子网掩码计算 网络地址 和 广播地址的步骤：

（1）将IP地址和子网掩码换算为二进制，子网掩码连续全1的是网络地址，后面的是主机地址。

（2）IP地址和子网掩码进行二进制 与 运算，结果是网络地址（即主机号全0是网络地址）。

（3）将运算结果中的网络地址不变，主机地址变为1，结果就是广播地址。

（4）地址范围就是含在本网段内的所有主机。

计算举例：一个主机的IP地址是202.106.196.129，掩码是255.255.255.240，要求计算这个主机所在网络的网络地址和广播地址。

IP地址转换成二进制：202.106.196.115-->11001010 01101010 11000100 10000001

子网转换成二进制： 255.255.255.240-->11111111 11111111 11111111 11110000

IP地址&子网掩码

11001010 01101010 11000100 10000001

11111111 11111111 11111111 11110000

------------------------------------------------------

11001010 01101010 11000100 10000000

计算后的结果为11001010 01101010 11000100 10000000

转换成十进制即：202.106.196.128（网络地址）

广播地址：网络地址的主机位全部变成1 ，11001010 01101010 11000100 10001111 即：202.106.196.143

主机号有4位，那么这个地址中，就只能有2^42=162=14个主机，因为其中全0作为网络地址，全1作为广播地址。

子网掩码为255.255.255.240的IP地址202.106.196.129的网络地址是202.106.196.128，广播地址是202.106.196.143。

3. 子网划分

子网划分是通过改变子网掩码的位数，也就是占用主机地址的高位（将主机地址的高位置1）来实现的。比如子网掩码为255.255.255.240的IP地址202.106.196.129，它的网络地址是202.106.196.128，广播地址是202.106.196.143，有4个主机地址位，14个主机地址。现在要把这个网段划分成两个网段，如何划分呢？

（1）确定需要的网段数，本例网段数位2；

（2）使2^n >= 所需网段数，求最小的n，也就是求至少是2的多少次方才能大于所需网段数；

（3）原子网掩码位数加n，本例原掩码位数28位，增加一位变成29位。

子网掩码为255.255.255.240的IP地址202.106.196.129，划分成两个网段后，子网掩码就变成了255.255.255.248。一个IP地址段划分成N个子网后，将有2N个IP地址不可用，因为每个子网都占用了一个网络地址和广播地址。

4. 网关

网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。默认网关在网络层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。许多有关TCP/IP的文献曾经把网络层使用的路由器称为网关，在今天很多局域网采用都是路由来接入网络，因此通常指的网关就是路由器的IP。

网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。比如有网络A和网络B，网络A的IP地址范围为“192.168.1.1~192. 168.1.254”，子网掩码为255.255.255.0；网络B的IP地址范围为“192.168.2.1~192.168.2.254”，子网掩码为255.255.255.0。在没有路由器的情况下，两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的，即使是两个网络连接在同一台交换机（或集线器）上，TCP/IP协议也会根据子网掩码（255.255.255.0）判定两个网络中的主机处在不同的网络里。而要实现这两个网络之间的通信，则必须通过网关。如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中，就把数据包转发给它自己的网关，再由网关转发给网络B的网关，网络B的网关再转发给网络B的某个主机。

所以说，只有设置好网关的IP地址，TCP/IP协议才能实现不同网络之间的相互通信。那么这个IP地址是哪台机器的IP地址呢？网关的IP地址是具有路由功能的设备的IP地址，具有路由功能的设备有路由器、启用了路由协议的服务器（实质上相当于一台路由器）、代理服务器（也相当于一台路由器）。