计算机网络基础——一文详解IPv4与子网划分

IPv4地址概述

在因特网中，为了实现计算机之间的相互通信，通常需要为每台计算机分配一个IP地址。在互联网的发展过程中主要有两个版本的互联网协议，分别是IPv4(Internet Protocol version4)和IPv6 (Internet Protocol version 6)

IPv4的IP地址就是给因特网(Internet))上的每一台主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32比特的标识符，地址总数为2^32个。

IPv6的IP地址采用128比特地址长度，地址总数为2^128个。

IP地址由因特网名字和数字分配机构CANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。我国用户可向亚太网络信息中心APNIC(Asia Pacific Network Information Center)申请lP地址，需要缴费。

由于32比特的IPv4地址不方便阅读、记录以及输入等，因此IPv4地址采用点分十进制表示方法以方便用户使用，例如：192.168.1.100

IPv4地址的分类

IPv4的IP地址由网络号（指定主机所属的网络）和主机号（指定被寻址的子网中的某个节点）组成，IP地址可以分为A、B、C、D、E五类。

各类P地址的细节

A类地址

A类地址的取值范围：
A类地址可指派的网络数量：因为网络号占8个bit,并且最高位固定为0，网络号有2^7=128中组合，但是因为最小网络号0和最大网络号127不能指派，所以最终A类IP地址能够指派的网络数量为：
A类地址每个网络中可以分配的地址数量：因为主机号站24个bit,主机号有2^24种组合，因为全0的网络号和全1的广播地址不能指派，所以需要减2

B类地址

B类地址的取值范围：
B类地址可指派的网络数量：因为网络号占16个bit,并且最高位固定为10，网络号有2^(16-2)种组合
B类地址每个网络中可以分配的地址数量：因为主机号站16个bit,主机号有2^16种组合，因为全0的网络号和全1的广播地址不能指派，所以需要减2

C类地址

C类地址的取值范围
C类地址可指派的网络数量：因为网络号占24个bit,并且最高位固定为110，网络号有2^(24-3)
C类地址每个网络中可以分配的地址数量：因为主机号站8个bit,主机号有2^8种组合，因为全0的网络号和全1的广播地址不能指派，所以需要减2

D类、E类地址

科研使用，此处暂不了解

子网的划分

子网掩码

子网掩码(subnet mask)是一个32位地址，又叫网络掩码、地址掩码，它用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。
左边是网络位，用二进制数字“1”表示，1的数目等于网络位的长度；右边是主机位，用二进制数字“0”表示，0的数目等于主机位的长度。这样做的目的是为了让掩码与IP地址做按位与运算时用0遮住原主机数，而不改变原网络段数字，而且很容易通过0的位数确定子网的主机数。
子网掩码的两个功能：
- 屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识
- 将一个大的IP网络划分为若干小的子网络
子网掩码的工作流程：将32位的子网掩码与IP地址进行二进制形式的按位逻辑“与”运算，得到该IPv4地址所在的网络地址

子网的划分

子网掩码是在IPv4地址资源紧缺的背景下为了解决IP地址分配而产生的虚拟IP技术，通过子网掩码将A、B、C三类地址划分为若干子网，从而显著提高了IP地址的分配效率，有效解决了IP地址资源紧张的局面。另一方面，在企业内网中为了更好地管理网络，网管人员也利用子网掩码的作用，人为地将一个较大的企业内部网络划分为更多个小规模的子网，再利用三层交换机的路由功能实现子网互联，从而有效解决了网络广播风暴和网络病毒等诸多网络管理方面的问题。

32比特的子网掩码可以表明分类IP地址的主机号部分被借用了几个比特作为子网号。

举例

已知某个网络的地址为218.75.230.0，使用子网掩码255.255.255.128对其进行子网划分，请给出划分细节。

解析流程：

从IP地址坐起第一个十进制为218，所以该P地址为C类地址，C类地址的子网掩码默认为：255.255.255.0,而此时给出的子网掩码为255.255.255.128，则说明子网掩码向主机号借用了一个bit作为子网号

因为子网掩码向主机号借用了一个bit作为子网号，所以可划分出来的子网数量为2^{1=2个。每个子网可分配的地址数量为：2}(8-1)-2=126个。因为主机号的最高位被子网掩码借用了，主机号只有7位了，所以最多可分配2^(8-1)=128个地址，但是还需要去掉主机号为全0的网络地址和主机号为全1的广播地址所以还需要减2。