IP 地址及子网划分
1 IP 地址
1.1 IP 地址介绍
Internet 是由世界各地的许许多多的计算机通过不同的方式连接在一起的。Internet上的每一台独立的主机都有一个地址与之对应。这就像实际生活中的门牌号码，每个房间都有一个独立的门牌号码与其他房间区分开来。一个地址对应一台主机。这样在互联网上想哪一台计算机就可以根椐它的主机号很快地到它。因此，计算机的主机号也称作因特网协议地址，简称IP 地址。IP 地址在网络上是惟一的。根据TCP/IP协议规定，IP 地址是由32 位二进制数组成。IP 地址由ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)互联网名称与数字地址分配机构进行分配。
IP 地址包含两个独立的信息段：网络号(net-id)和主机号(host-id)。网络号用来标识主机或路由器所连接的网络，主机号用来标识该主机或路由器。
为了方便记忆，提高可读性，将组成计算机的IP 地址的32 位二进制分成4 段，每段8 位，中
间用小数点隔开，然后将每8 位二进制转换成十进制数。这种标记IP地址的方法称为点分十进制记法(dotted decimal notation)。IP 地址每一段的数的范围是0~255。例如：219.96.3.2。
1.2 IP 地址分类
为适应不同大小的网络，IP 地址被分为5 种类型：A 类、B 类、C 类、D 类和E类，其中A 类、B 类和C 类IP 地址是最常用的，D 类是用于多播地址，E 类留作试验使用。通过IP 地址前几位来确定地址类型，如图1 所示。A 类IP 地址最高位为0；B 类IP 地址最高2 位为10；C 类IP 地址最高3 位为110；D 类IP 地址最高4位为1110；而E 类IP 地址最高4 位为1111。
A 类、B 类和C 类IP 地址网络号分别占8 位、16 位和24 位。主机号分别占24位、16 位和8 位。因此A 类网络所容纳的主机数最多，B 类和C 类网络所容纳的主机数相当少些。
图1 IP 地址分类
1.2.1 A 类IP 地址
A 类地址的第1 字节十进制范围从0～127，0 是保留的并且表示所有IP 地址，而127 也是保留的地址，并且是用于测试环回用的。因此，A 类地址的范围其实是从1～126 之间。如：10.0.0.1，第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为主机的号码。转换为二进制来说，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，网络地址的最高位必须是. 0.，网络地址范围从1.0.0.0 到126.0.0.0。可用的A 类网络有126 个，每个网络能容纳最大主机数是1,677,214(224-2)。其中减2 的原因是去掉1个主机号全0 的地址和主机号全1 的地址。主机号全0 的地址表示该IP 地址所属的网络，全1 的主机地址表示该IP 地址所属的网络的所有主机。
1.2.2 B 类IP 地址
B 类地址的第1 字节十进制范围从128～191，如172.19.8.1，第一和第二段号码为网络号码，剩下的2 段号码为主机的号码。转换为二进制来说，一个B 类IP 地址由2 个字节的网络地址和2 个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是. 10.，网络地址范围从128.0.0.0 到191.255.0.0。B 类最大网络数16,384 (214) ，每个网络能容纳最大主机数是65534(216-2)。
1.2.3 C 类IP 地址
C 类地址的第1 字节十进制范围从192～223，如192.168.102.16，第一、第二和第三段号码
为网络号码，剩下的最后一段号码为主机的号码。转换为二进制来说，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，网络地址的最高位必须是. 110.。网络地址范围从192.0.0.0 到223.255.255.0。C 类最大网络数2,097,152(221)，每个网络能容纳254 个主机。
1.2.4 D 类IP 地址
D 类地址的第1 字节十进制范围从224～239，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。
1.2.5 E 类IP 地址
E 类地址的第1 字节十进制范围从240～254，E 类IP 地址第一个字节以.1111.开始，为将来使用保留。
IP 地址分类的总结如表1 所示。
表1  IP 地址的分类总结表
每个ip地址由什么组成
IP 地址类型
二进制固定最高位
第1 字节十进制范围
有效主机地址范围
A 类
0
1~126
1.0.0.1~126.255.255.254
B 类
10
128~191
128.0.0.1~191.255.255.254
C 类
110
192~223
192.0.0.1~223.255.255.254
D 类
1110
224~239
224.0.0.1~239.255.255.254
E 类
1111
240~255
240.0.0.1~255.255.255.254
1.3 私有IP 地址
公有地址（Public address，也可称为公网地址）由因特网信息中心Internet NIC（Internet Network Information Center）负责。这些IP 地址分配给注册并向Internet NIC提出申请的组织机构。通过它直接访问因特网，它是广域网范畴内的。
私有地址（Private address，也可称为专网地址）属于非注册地址，专门为组织机构内部使用，它是局域网范畴内的，不会被路由器转发到公网中。 这些IP 地址存在的意义是节省宝
贵的全球公有IP 地址资源。私有地址只能用作本地地址而不能用作全球地址，使用私有地址的网络接入Internet 时需要使用NAT 技术，将私有地址转换成公有地址。
保留用作私有地址的IP 地址目前主要有以下几类：
(1) A 类：10.0.0.0~10.255.255.255
(2) B 类：172.16.0.0~172.31.255.255
(3) C 类：192.168.0.0~192.168.255.255
1.4 特殊IP 地址
除了以上介绍的各类IP 地址之外，还有一些特殊的IP 地址。下面简要介绍一些比较常见的特殊IP 地址。
1.4.1 0.0.0.0
严格说来，0.0.0.0 已经不是一个真正意义上的IP 地址。它表示的是所有不清楚的主机和目
的网络。这里的不清楚是指在本机的路由表里没有特定条目指明如何到达。如果在网络设置中设置了缺省网关，那么Windows 系统会自动产生一个目的地址为0.0.0.0 的缺省路由。
1.4.2 环回地址
环回地址(loopback address)主要用来测试网络协议是否正常工作的作用，127 网段的所有地址都是环回地址。例如：127.0.0.1。在Windows 系统中，这个地址有一个别名叫Localhost。无论是哪个程序，一旦使用该地址发送数据，协议软件会立即返回，不进行任何网络传输，即不能把它发到网络接口的。除非出错，否则在传输介质上永远不应该出现目的地址为 127.0.0.1 的数据包。
1.4.3 受限制的广播地址
255.255.255.255 是受限制的广播地址。对本机来说，这个地址指本网段内(同一广播域)的所有主机。在任何情况下，路由器都会禁止转发目的地址为受限制的广播地址的数据包，此类数据包仅会出现在本地网络中。
1.4.4 直接广播地址
直接广播地址就是一个网络中最后一个地址，即主机位全为1 的地址。主机使用这种地址把一个IP 数据包发送到本地网段的所有设备上，路由器将转发这种数据包到特定网络上的所有主机。
这个地址在IP 数据包中只能作为目的地址。一个网段中有效IP 地址中不包括直接广播地址。例如：一个C 类网段192.168.1.0 的直接广播地址是192.168.1.255，该网段的有效IP 地址范围是192.168.1.1~192.168.1.254。
1.4.5 网络地址
网络地址是用于标识一个网络的地址，即主机号全为0 的地址。在网络通信时，数据包由源主机发送后，经若干个网络到达目的主机。在数据包传送过程中，需要知道所历经的下一个网络的网络地址。例如：一个C 类地址192.168.102.42，默认情况下前三段号码代表网络地址，最后一段号码为0 即是它的网络地址，即192.168.102.0。
1.4.6 组播地址
组播地址，注意它和广播的区别。广播是一对所有，而组播是一对多。组播地址的范围从22
4.0.0.0 到239.255.255.255。其中224.0.0.1 特指所有主机，224.0.0.2 特指所有路由器。这样的地址多用于一些特定的程序以及多媒体程序。
2 子网划分
子网是为了解决早期IP 地址设计的不足。在早期，许多A 类地址被分配给大型服务提供商和组织，B 类地址被分配给大型公司或其他组织。但这样的分配导致大量的IP 地址被浪费掉，如果一个网络内主机数量没有地址类规定的数量多，那么多余部分将不能再被使用。解决问题在于如何利用大量浪费的IP 地址，同时又不破坏原有编址方法。因此，将一个网络划分成若干个子网，就可以使IP 地址应用更加有效；将原有同处于同一个网段的主机分成不同网段或子网，也将原来一个广播域划分成若干较小广播域，提高网络传输效率。
2.1 子网掩码
子网掩码(Subnet Masks)的作用是用于识别网络的识别码，即用来区分网络上的主机是否在同一网段内。它的形式和IP 地址一样，长度也是32 位，用点分十进制记法表示。当网络没有划分子网时，可以使用默认的子网掩码；当网络被划分为若干个子网时，就要使用特定的子网掩码。
子网掩码的物理含义是将子网的网络部分(网络号和子网号)全置为1，主机部分全置为0，如图2 所示。
图2 子网掩码
由于A 类、B 类和C 类地址中网络号和主机号所占位数固定，所以它们的默认子网掩码也固定，分别是：A 类地址的子网掩码为255.0.0.0；B 类地址的子网掩码为255.255.0.0；C 类地址的子网掩码为255.255.255.0。

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