IP地址结构及分类

理解IP编址是更好的设计网络的基础

IP地址是逻辑地址，所以设备的IP地址是可以配置和修改的，在TCP/IP网络中的设备如果要想通信，必须具备一个IP地址。

IPv4地址为32比特的二进制数，通常用点分十进制表示。IP地址用来标识网络中的设备，具有IP地址的设备可以在同一网段内或跨网段通信。IP地址包括两部分，第一部分是网络号，表示IP地址所属的网段，第二部分是主机号，用来唯一标识本网段上的某台网络设备。

每个网段上都有两个特殊地址不能分配给主机或网络设备。第一个是该网段的网络地址，该IP地址的主机位为全0，表示一个网段。第二个地址是该网段中的广播地址，目的地址为广播地址的报文会被该网段中的所有网络设备接收。广播地址的主机位为全1。除网络地址和广播地址以外的其他IP地址都可以作为网络设备的IP地址。

IPv4地址被划分为A、B、C、D、E五类，每类地址的网络号包含不同的字节数。A类， B类和C类地址为可分配IP地址，每类地址支持的网络数和主机数不同。比如，A类地址可支

持126个网络，每个网络支持224（16,777,216 )个主机地址，另外每个网段中的网络地址和广播地址不能分配给主机。C类地址支持200多万个网络，每个网络支持256个主机地址，其中254个地址可以分配给主机使用。D类地址为组播地址。主机收到以D类地址为目的地址的报文后，且该主机是该组播组成员，就会接收并处理该报文。各类IP地址可以通过第一个字节中的比特位进行区分。如A类地址第一字节的最高位固定为0，B类地址第一字节的高两位固定为10，C类地址第一字节的高三位固定为110，D类地址第一字节的高四位固定为1110，E类地址第一字节的高四位固定为1111。

IPv4中的部分IP地址被保留用作特殊用途。为节省IPv4地址，A、B、C  类地址段中都预留了特定范围的地址作为私网地址。现在，世界上所有  终端系统和网络设备需要的IP地址总数已经超过了32位IPv4地址所能支  持的最大地址数4,294,967,296。为主机分配私网地址节省了公网地址， 可以用来缓解IP地址短缺的问题。企业网络中普遍使用私网地址，不同企业网络中的私网地址可以重叠。默认情况下，网络中的主机无法使用  私网地址与公网通信；当需要与公网通信时，私网地址必须转换成公网  地址。还有其他一些特殊IP地址，如127.0.0.0网段中的地址为环回地址， 用于诊断网络是否正常。IPv4中的第一个地址

0.0.0.0表示任何网络，IPv4 中的最后一个地址255.255.255.255是0.0.0.0网络中的广播地址。

私网地址段：

10.0.0.0—–10.255.255.255

172.16.0.0——-172.31.255.255

192.168.0.0——192.168.255.255 特殊地址：

127.0.0.0—–127.255.255.255

0.0.0.0

255.255.255.255

 子网掩码

网络通信的时候，源主机必须要知道目的主机的IP地址后才能将数据发送到目的地。源主机向其他目的主机发送报文之前，需要检查目的IP地址和源IP地址是否属于同一个网段。如果是，则报文将被下发到底层协议进行以太网封装处理。如果目的地址和源地址属于不同网段，则主机需要获取下一跳路由器的IP地址，然后将报文下发到底层协议处理。那主机如何判断和目的主机是否在同一个网络呢？

在这里，引入了子网掩码这个概念，通过子网掩码，可以让主机判断自己所在得网络，还可以让路由器的接口能够知道自己所直连网段。

子网掩码用于区分网络部分和主机部分。子网掩码与IP地址的表示方法相同。每个IP地址和子网掩码一起可以用来唯一的标识一个网段中的某台网络设备。子网掩码中的1表示网络位，0表示主机位。

每类IP地址有一个缺省子网掩码。A类地址的缺省子网掩码为8位，即第一个字节表示网络位，其他三个字节表示主机位。B类地址的缺省子网掩码为16位，因此B类地址支持更多的网络，但是主机数也相应减少。C类地址的缺省子网掩码为24位，支持的网络最多，同时也限制了单个网络中主机的数量。

通过子网掩码可以判断主机所属的网段、网段上的广播地址以及网段上支持的主机数。

IP地址和子网掩码“与”运算的结果就是主机所处的网络ID，主机位都取1，然后换算成十进制，就是这个网络的广播地址，中间的取值便是可使用的IP地址。

源主机使用自己的子网掩码和自己的IP地址做‘与’运算，得到一个结果，然后再用自己的子网掩码和目的主机IP地址进行“与”运算，又得到一个结果，比较这两个结果，如果相同就为同一网络，否则为不同网络，不同网络的主机通信，需要网关。

子网划分基本方法–借位

如果企业网络中希望通过规划多个网段来隔离物理网络上的主机，使用缺省子网掩码就会存在一定的局限性。网络中划分多个网段后，每个网段中的实际主机数量可能很有限，导致很多地址未被使用。如图所示的场景下，如果使用缺省子网掩码的编址方案，则地址使用率很低。

尤其是现在公网IPV4地址严重不足的情况下，如果使用默认的子网掩码，会造成大量的地址浪费，所以现在都是无类路由，通过借位，打破了A、B、C有类地址的划分，现在的路由器都是支持无类域间路由（CIDR）技术的。

子网划分本质就是把大网络拆成小网络，以便满足企业IP规划需求，让其更合理。

借位，指的就是把原本的主机位借给网络位使用，这样网络位变长，主机位变短，网络也就变小了。

借位后，如果原先的网络是24位的，现在变成了25位的，那就是借了1位，可以划分出来2个网络，主机位由原来的8位变成了7位，主机位全为0全为1的地址代表这个新网络的网络ID和广播ID，所以可用主机个数就变成了2的7次方减去2，为126个可用主机。

子网划分举例：

192.168.1.0/24这个C类网络，如何变成2个小网络？

192.168.1.0/25    192.168.1.1—192.168.1.126可用主机地址   192.168.1.127为广播地址

192.168.1.128/25   192.168.1.129—192.168.1.254可用主机地址   192.168.1.255为广播地址

192.168.1.0/24这个C类网络，如何变成4个小网络？

192.168.1.0/26     192.168.1.1–192.168.1.62 可用主机地址   192.168.1.63为广播地址

192.168.1.64/26    192.168.1.65–192.168.1.126可用主机地址  192.168.1.127为广播地址

192.168.1.128/26   192.168.1.129—192.168.1.190可用主机地址  192.168.1.191为广播地址

192.168.1.192/26   192.168.1.193—192.168.1.254可用主机地址   192.168.1.255为广播地址

172.16.0.0/16这个B类网络，如何变成4个更小的网络？

172.16.0.0/18        172.16.0.1—172.16.63.254 可用主机地址      172.16.63.255为广播地址

172.16.64.0/18      172.16.64.1—172.16.127.254可用主机地址    172.16.127.255为广播地址

172.16.128.0/18     172.16.128.1–172.16.191.254可用主机地址   172.16.191.255 为广播地址

172.16.192.0/18      172.16.192.1–172.16.255.25可用主机地址    172.16.255.255 为广播地址

子网间距

子网间距指的是子网之间的距离，通过其可以快速的划分子网如果原网络是24位的，现在划分成了28位的网络，那么其变化的是IP中的第4个字节，第4 字节还剩4个比特位为主机位，所以子网间距就是2的4次方，为16，所以就可以快速写出划分后的网络ID

例如：原网络192.168.2.0/24，那么划分后的网络就是：

192.168.2.0/28

192.168.2.16/28

192.168.2.32/28

192.168.2.48/28

…………

192.168.2.240/28

每个子网之间的距离都是16 如果原网络是16位的，现在划分成了19位的网络，那么其变化的是IP中的第3个字节，第3 个字节还剩5个比特位为主机位，所以子网间距就是2的5次方，为32，所以就可以快速写出划分后的网络ID

例如：原网络172.20.0.0/16，那么划分后的网络就是：

172.20.0.0/19

172.20.32.0/19

172.20.64.0/19

172.20.96.0/19

172.20.128.0/19

172.20.160.0/19

172.20.192.0/19 172.20.224.0/19

每个子网之间的距离都是32