IP子网图解教程

网络工程师需要对IP子网如何工作有一个牢固的认识，尽管文章内容在教学中经常不受重视，但是许多人对此十分困惑。文章总结出一个解释IP子网的简单，图形化的方法。

IP子网是任何网络工程师必须理解的基本主题，尽管许多人通常难以理解它。在过去，因为它从未以易于理解的方式向人们解释清楚，通过我自己的图形化方法和计算机技巧，我帮助过不计其数的人学习子网是什么，现在我将所有的经验融入本文中。

IP地址和子网
尽管IP代表网际协议，但是它一个应用于从最小的专用网到大型全球互联网的通信协议。IP地址是一个IP网络中单一设备的唯一标识符。IP地址由一个32位的二进制数组成，范围从0到4294967295。从理论上说，这表示Internet可以包括大约43亿个唯一的对象。但是为了让如此大的地址块更容易处理，它由点细分为四个8位成员，或“八位组”。取代了太长而难以阅读的32位二进制，它被转换为四个小于256的十进制。八位组由从0到255的数字组成。下面的数字说明IP地址是如何增加的。

0.0.0.0
0.0.0.1
...增加252台主机...
0.0.0.254
0.0.0.255
0.0.1.0
0.0.1.1
... 增加252台主机...
0.0.1.254
0.0.1.255
0.0.2.0
0.0.2.1
...增加4+亿台主机...
255.255.255.255

单词subnet是sub network的简写，大型网络中的小型网络。无法再细分的最小子网被认为是单一“广播域”，它与一个以太网交换机上的单一LAN段（局域网）直接互连。广播域扮演着重要的角色，因为网络上的设备在这里通过相互的MAC地址直接进行通信，而不路由多个子网，不打扰整个Internet。MAC地址通信被限制在一个更小的网络中，因为它们依赖ARP广播发现周围的路径，而且广播只能在广播通信总量以纯粹的广播噪音影响整个网络速度之前继续增加。因为这个原因，最常见的最小子网是8位的，或者正好是一个八位组，尽管它可以更小或更大些。

子网有起始和结尾，起始数总是偶数，结尾数总是奇数。起始数是“网络ID”，结尾数是“广播ID”。你不能使用这两个数，因为它们有特殊的意义和特殊的用途。Network ID是特定子网的正式名称，结尾数是子网中每台设备监听的广播地址。无论何时，你想指定某个子网，你指向它的网络ID和其定义自身大小的子网掩码。无论何时，你想向子网上的所有人发送数据（例如多播），你将之发送到广播ID。在本文的后面，我将向你说明一个简单的确定网络ID和广播ID的数学和图形化方法。

图形子网标尺
过去几年，当我看到人们在IP子网课程中痛苦挣扎时，我想找到教授该课程的更好的方法。很快我认识到许多IT学生缺少必要的数学背景，而且难以理解二进制数的概念。为了帮助消除这个困难，我提出图A中显示的图解说明子网的图形化方法。在本例中，我们考虑IP地址范围从10.0.0.0 到10.0.32.0。需要注意的是末尾IP 10.0.32.0自身实际上是下一子网的开始。这个网络范围正好结束在10.0.31.255。

需要注意的是对于每个增加的位，子网长度连同主机数量一起加倍。最小的核对符号表示8位，它包含一个256台主机的子网，实际上在网络中只有254台可用主机。在一个子网中计算有多少可用主机的最简单方法是2的位数次幂再减2。对于9位，我们总共有510台可用主机，因为2的9次幂是512，而我们不算开始和结尾两个地址。同理继续计算到13位，在上面显示的整个标尺中，我们总共有8190台可用主机。