CCNA基础：详解IP地址和子网掩码

　　一、为什么要使用IP地址？

　　一个IP地址是用来标识网络中的一个通信实体，比如一台主机，或者是路由器的某一个端口。而在基于IP协议网络中传输的数据包，也都必须使用IP地址来进行标识，如同我们写一封信，要标明收信人的通信地址和发信人的地址，而邮政工作人员则通过该地址来决定邮件的去向。

　　同样的过程也发生在计算机网络里，每个被传输的数据包也要包括的一个源IP地址和一个目的IP地址，当该数据包在网络中进行传输时，这两个地址要保持不变，以确保网络设备总是能根据确定的IP地址，将数据包从源通信实体送往指定的目的通信实体。

　　目前，IP地址使用32位二进制地址格式，为方便记忆，通常使用以点号划分的十进制来表示，如：202.112.14.1.

　　一个IP地址主要由两部分组成：一部分是用于标识该地址所从属的网络号；另一部分用于指明该网络上某个特定主机的主机号。

　　为了给不同规模的网络提供必要的灵活性，IP地址的设计者将IP地址空间划分为五个不同的地址类别，如下表所示，其中A，B，C三类最为常用：

　　A类 0－127 0 8位 24位

　　B类 128－191 10 16位 16位

　　C类 192－223 110 24位 8位

　　D类 224－239 1110 组播地址

　　E类 240－255 1111 保留试验使用

　　网络号由因特网权力机构分配，目的是为了保证网络地址的全球唯一性。主机地址由各个网络的管理员统一分配。因此，网络地址的唯一性与网络内主机地址的唯一性确保了IP地址的全球唯一性。

　　二、划分子网

　　为了提高IP地址的使用效率，可将一个网络划分为子网：采用借位的方式，从主机位最高位开始借位变为新的子网位，所剩余的部分则仍为主机位。这使得IP地址的结构分为三部分：网络位、子网位和主机位。

　　引入子网概念后，网络位加上子网位才能全局唯一地标识一个网络。把所有的网络位用1来标识，主机位用0来标识，就得到了子网掩码。如下图所示的子网掩码转换为十进制之后为：255.255.255.224

　　子网编址使得IP地址具有一定的内部层次结构，这种层次结构便于IP地址分配和管理。

　　它的使用关键在于选择合适的层次结构——如何既能适应各种现实的物理网络规模，又能充分地利用IP地址空间（即：从何处分隔子网号和主机号）

　　在思科网络技术学院CCNA教学和考试当中，不少同学在进行IP地址规划时总是很头疼子网和掩码的计算。现在给大家一个小窍门，可以顺利的解决这个问题。

　　首先，我们看一个CCNA考试中常见的题型：一个主机的IP地址是202.112.14.137，掩码是255.255.255.224，要求计算这个主机所在网络的网络地址和广播地址。

　　常规办法是把这个主机地址和子网掩码都换算成二进制数，两者进行逻辑与运算后即可得到网络地址。其实大家只要仔细想想，可以得到另一个方法： 255.255.255.224的掩码所容纳的IP地址有256－224＝32个（包括网络地址和广播地址），那么具有这种掩码的网络地址一定是32的倍数。而网络地址是子网IP地址的开始，广播地址是结束，可使用的主机地址在这个范围内，因此略小于137而又是32的倍数的只有128，所以得出网络地址是202.112.14.128.而广播地址就是下一个网络的网络地址减1.而下一个32的倍数是160，因此可以得到广播地址为 202.112.14.159.可参照下图来理解本例：

　　CCNA考试中，还有一种题型，要你根据每个网络的主机数量进行子网地址的规划和计算子网掩码。这也可按上述原则进行计算。比如一个子网有10台主机，那么对于这个子网就需要10＋1＋1＋1＝13个IP地址。（注意加的第一个1是指这个网络连接时所需的网关地址，接着的两个1分别是指网络地址和广播地址。）13小于16（16等于2的4次方），所以主机位为4位。而256－16＝240，所以该子网掩码为255.255.255.240.

　　如果一个子网有14台主机，不少同学常犯的错误是：依然分配具有16个地址空间的子网，而忘记了给网关分配地址。这样就错误了，因为14＋1＋1＋1 ＝17 ，大于16，所以我们只能分配具有32个地址（32等于2的5次方）空间的子网。这时子网掩码为：255.255.255.224.

　　三、 IP 地址的局限性

　　最初的因特网设计者没有预想到网络会有如此快速地发展，因此现在网络面临的问题都可以追溯到因特网发展的早期决策上，IP地址的分配更能体现这点。

　　目前使用的IPv4地址使用32位的地址，即在IPv4的地址空间中有232（4，294，967，296，约为43亿）个地址可用。这样的地址空间在因特网早期看来几乎是无限的，于是便将IP地址根据申请而按类别分配给某个组织或公司，而很少考虑是否真的需要这么多个地址空间，没有考虑到IPv4地址空间最终会被用尽。

　　因此，IPv4地址是按照网络的大小（所使用的IP地址数）来分类的，它的编址方案使用"类"的概念。A、B、C三类IP地址的定义很容易理解，也很容易划分，但是在实际网络规划中，它们并不利于有效地分配有限的地址空间。对于A、B类地址，很少有这么大规模的公司能够使用，而C类地址所容纳的主机数又相对太少。所以有类别的IP地址并不利于有效地分配有限的地址空间，不适用于网络规划。

　　在这种情况下，人们开始致力于下一代因特网协议——IPv6的研究。由于现在IPv6的协议并不完善和成熟，需要长期的试验验证，因此，IPv4到 IPv6的完全过渡将是一个比较长的过程，在过渡期间我们仍然需要在IPv4上实现网络间的互连。而在90年代初期引入了变长子网掩码（VLSM）和无类域间路由（CIDR）等机制，作为目前过渡时期提高IPv4地址空间使用效率的短期解决方案起到了很大的作用。

　　在介绍十进制算法前我们先要明确一些概念。

　　类范围：IP地址常采用点分十进制表示方法X.Y.Y.Y，在这里，X在1～126范围内称为A类地址；X在128～191范围内称为B类地址；X在 192～223范围内称为C类地址。比如10.202.52.130，因为X为10，在1～126范围内，所以称为A类地址。

　　类默认子网掩码：A类为 255.0.0.0； B类为 255.255.0.0； C类为 255.255.255.0.当我们要划分子网用到子网掩码M时，类子网掩码的格式如下：A类为 255.M.0.0，B类为 255.255.M.0，C类为 255.255.255.M.M是相应的子网掩码，比如255.255.255.240.

　　十进制计算基数是256（下面，我们所有的十进制计算都要用256来进行）。

　　二、变量说明

　　1.Subnet_block指可分配子网块大小，表示在某一子网掩码下子网的块数。

　　2.Subnet_num是可分配子网数，指可分配子网块中要剔除首、尾两块，是某一子网掩码下可分配的实际子网数量。Subnet_num =Subnet_block－2.

　　3.IP_block指每个子网可分配的IP地址块大小。

　　4.IP_num指每个子网实际可分配的IP地址数。因为每个子网的首、尾IP地址必须保留（一个为网络地址，一个为广播地址），所以它等于IP_block－2，IP_num也用于计算主机块。

　　5.M指子网掩码。

　　表示上述变量关系的公式如下：

　　M=256－IP_block IP_block=256/Subnet_block或Subnet_block=256/IP_block IP_num=IP_block－2 Subnet_num=Subnet_block－2.

　　6.2的幂数。大家要熟练掌握28（256）以内的2的幂代表的十进制数（如128=27、64=26等），这样可以使我们立即推算出Subnet_block和IP_block的数目。

　　三、举例说明

　　现在，通过举一些实际例子，大家可以对子网掩码和主机块的十进制算法有深刻的了解。

　　1.已知所需子网数12，求实际子网数。

　　这里实际子网数指Subnet_num，由于12最接近2的幂为16（24），即Subnet_block=16，那么Subnet_num=16－2=14，故实际子网数为14.

　　2.已知一个B类子网的每个子网主机数要达到60×255个（约相当于X.Y.0.1～X.Y.59.254的数量），求子网掩码。

　　首先，60接近2的幂为64（26），即IP_block=64； 其次，子网掩码M=256－IP_block=256－64=192，最后由子网掩码格式B类是255.255.M.0得出子网掩码为255.255.192.0.

　　3.如果所需子网数为7，求子网掩码。

　　7最接近2的幂为8，但8个Subnet_block因为要保留首、尾2个子网块，即 8－2=6< 7，并不能达到所需子网数，所以应取2的幂为16，即Subnet_block=16.因为IP_block=256/Subnet_block= 256/16=16，所以子网掩码M=256－IP_block=256－16=240.

　　4.已知网络地址为211.134.12.0，要有4个子网，求子网掩码及主机块。

　　由于211.Y.Y.Y是一个C类网，子网掩码格式为255.255.255.M，又知有4个子网，4接近2的幂是8（23），所以 Subnet_block=8，Subnet_num=8－2=6，IP_block=256/Subnet_block=256/8=32，子网掩码M =256－IP_block=256－32=224，故子网掩码表示为255.255.255.224.又因为子网块的首、尾两块不能使用，所以可分配6 个子网，每个子网有32个可分配主机块，即32～63、64～95、96～127、128～159、160～191、192～223，其中首块（0～31）和尾块（224～255）不能使用。

　　由于每个子网块中的可分配主机块又有首、尾两个不能使用（一个是子网网络地址，一个是子网广播地址），所以主机块分别为33～62、65～94、 97～126、129～158、161～190及193～222，因此子网掩码为255.255.255.224，主机块共有6段，分别为 211.134.12.33～211.134.12.62、211.134.12.65~211.134.12.94、 211.134.12.97～211.134.12.126、211.134.12.129～211.134.12.158、 211.134.12.161～211.134.12.190及211.134.12.193～211.134.12.222.用户可以任选其中的4段作为4个子网。

　　总之，只要理解了公式中的逻辑关系，就能很快计算出子网掩码，并得出可分配的主机块。