IP地址知识

      不管是学习网络还是上网，IP地址都是出现频率非常高的词。Windows系统中设置IP地址的界面如图1所示，图中出现了IP地址、子网掩码、默认网关和DNS服务器这几个需要设置的地方，只有正确设置，网络才能通，那这些名词都是什么意思呢?学习IP地址的相关知识时还会遇到网络地址、广播地址、子网等概念，这些又是什么意思呢？

图１

　　要解答这些问题，先看一个日常生活中的例子。如图2所示，住在北大街的住户要能互相找到对方，必须各自都要有个门牌号，这个门牌号就是各家的地址，门牌号的表示方法为：北大街+XX号。假如1号住户要找6号住户，过程是这样的，1号在大街上喊了一声："谁是6号，请回答。"，这时北大街的住户都听到了，但只有6号作了回答，这个喊的过程叫"广播"，北大街的所有用户就是他的广播范围，假如北大街共有20个用户，那广播地址就是：北大街21号。也就是说，北大街的任何一个用户喊一声能让"广播地址-1"个用户听到。

图2

从这个例中可以抽出下面几个词：

　　街道地址：北大街，如果给该大街一个地址则用第一个住户的地址-1，此例为：北大街0号

　　住户的号：如1号、2号等。

　　住户的地址：街道地址+XX号，如北大街 1号、北大街 2号等

　　广播地址：最后一个住户的地址+1，此例为：北大街21号

　　Internet网络中，每个上网的计算机都有一个像上述例子的地址，这个地址就是IP地址，是分配给网络设备的门牌号，为了网络中的计算机能够互相访问，IP地址=网络地址+主机地址，图1中的IP地址是192.168.100.1，这个地址中包含了很多含义。如下所示：

　　网络地址（相当于街道地址）： 192.168.100.0

　　主机地址（相当于各户的门号）： 0.0.0.1

　　IP地址（相当于住户地址）： 网络地址+主机地址=192.168.100.1

　　广播地址： 192.168.100.255

　　这些地址是如何计算出来的呢？为什么计算这些地址呢？要想知道如何，先要明白一个道理，学习网络的目的就是如何让网络中的计算机相互通讯，也就是说要围绕着"通"这个字来学习和理解网络中的概念，而不是只为背几个名词。

　　注：192.168.100.1是私有地址，是不能直接在Internet网络中应用的，上Internet要转为公有地址，下面详细说明。

　　一、为什么要计算网络地址

　　一句话就是让网络中的计算机能够相互通讯。先看看最简单的网络，图3中是用网线（交叉线）直接将两台计算机连起来。下面是几种IP地址设置，看看在不同设置下网络是通还是不通。

　　1、设置1号机的IP地址为192.168.0.1子网掩码为255.255.255.0，2号机的IP地址为192.168.0.200子网掩码为255.255.255.0，这来台计算机就能正常通讯。

　　2、如果1号机地址不变，将2号机的IP地址改为192.168.1.200子网掩码还是为255.255.255.0，那这两台就无法通讯。

　　3、设置1号机的IP地址为192.168.0.1子网掩码为255.255.255.192，2号机的IP地址为192.168.0.200子网掩码为255.255.255.192，注意和第1种情况的区别在于子网掩码，1为255.255.255.0本例是255.255.255.192这来台计算机就能正常通讯。

图3

　　第1种情况能通是因为这两台计算机处在同一网络192.168.0.0，所以能通，而2、3种情况下两台计算机处在不同的网络，所以不通。

　　这里先给个结论：用网线直接连接的计算机或是通过HUB或普通交换机间接的计算机之间要能够相互通，计算机必须要在同一网络，也就是说它们的网络地址必须相同，而且主机地址必须不一样。如果不在一个网络就无法通。这就像我们上面举的例子，同是北大街的住户由于街道名称都是北大街，且各自的门牌号不同，所以能够相互找到对方。

　　计算网络地址就是判断网络中的计算机在不在同一网络，在就能通，不在就不能通。注意，这里说的在不在同一网络指的是IP地址而不是物理连接。那么如何计算呢？

二、如何计算网络地址

　　我们日常生活中的地址如：北大街1号，从字面上就能看出街道地址是北大街，而我们从IP地址中却难以看出网络地址，要计算网络地址，必须借助我们上边提到过的子网掩码。

　　计算过程是这样的，将IP地址和子网掩码都换算成二进制，然后进行与运算，结果就是网络地址。与运算如下所示，上下对齐，1位1位的算，1与1=1 ，其余组合都为0．

图4

　　例如：计算IP地址为：202.99.160.50子网掩码是255.255.255.0的网络地址步骤如下：

　　1）将IP地址和子网掩码分别换算成二进制

　　202.99.160.50 换算成二进制为 11001010·01100011·10100000·00110010

　　255.255.255.0 换算成二进制为 11111111·11111111·11111111·00000000

　　2）将二者进行与运算

图5

　　3）将运算结果换算成十进制，这就是网络地址。

　　11001010·01100011·10100000·00000000换算成十进制就是202.99.160.0

　　现在我们就可以解答上面三种情况的通与不通的问题了。

　　1、从下面运算结果可以看出二台计算机的网络地址都为192.168.0.0且IP地址不同，所以可以通。

图6

2、从下面运算结果可以看出1号机的网络地址为192.168.0.0，2号机的网络地址为192.168.1.0 不在一个网络，所以不通。

     3、从下面运算结果可以看出1号机的网络地址为192.168.0.0，2号机的网络地址为192.168.0.192 不在一个网络，所以不通

     相信看到这应该明白了为何计算网络地址和如何计算了，但也许还有很多疑问，如IP地址为什么写成这样，子网掩码到底是怎么回事等等，别急，下面慢慢介绍。

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=1--126时称为A类地址;X=128--191时成为B类地址;X=192--223时称为C类地址;如10.202.52.130,因为X=10在1--126范围内所以称为A类地址,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,类子网掩码的格式应为: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,如255.255.255.240

十进制计算基数:256.等一下我们所有的十进制计算都要用256来进行

几个公式变量的说明:

Subnet_block:可分配子网块的大小,指在某一子网掩码下的子网的块数.

Subnet_num:实际可分配子网数,指可分配子网块中要剔除首,尾两块,这是某一子网掩码下可分配的实际子网数量,它等于Subnet_block-2

IP_block:每个子网可分配的IP地址块大小

IP_num: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也用于计算主机段

M:子网掩码(net mask)

他们之间的公式如下:

M=256-IP_block

IP_block=256/Subnet_block,反之Subnet_block=256/IP_block

IP_num=IP_block-2

Subnet_num=Subnet_block-2

2的冥数:要熟练掌握2^8(256)以内的2的冥数的十进制数,如128=2^7,64=2^6....,这可使我们立即推算出Subnet_block和IP_block数.

现在我们举一些例子:

一,已知所需子网数12,求实际子网数

解:这里实际子网数指Subnet_num,由于12最接近2的冥数为16(2^4),既Subnet_block=16,那么Subnet_num=16-2=14,故实际子网数为14.

二,已知一个B类子网每个子网主机数要达到60X255(约相当于X.Y.0.1--X.Y.59.254的数量)个,求子网掩码

解:1.   60接近2的冥数为64(2^6),即IP_block=64

2.   子网掩码M=256-IP_block=256-64=192

3.   子网掩码格式B类是:255.255.M.0,所以子网掩码为:255.255.192.0

三.如果所需子网数为7,求子网掩码

解:1.   7最接近2的冥为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,所以应该取2的冥为16,即Subnet_block=16

2.   IP_block=256/Subnet_block=256/16=16

3.   子网掩码M=256-IP_block=256-16=240

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

解:1.   211.Y.Y.Y是一个C类网,子网掩码格式为255.255.255.M

2.   4个子网,4接近2的冥是8(2^3),所以Subnet_block=8,Subnet_num=8-2=6

3.   IP_block=256/Subnet_block=256/8=32

4.   子网掩码M=256-IP_block=256-32=224

5.   所以子网掩码表示为255.255.255.224

6.   因为子网块中的可分配主机又有首,尾两个不能使用,所以可分配6个子网块(Subnet_num),每块32个可分配主机块(IP_block) 即:32-63,64-95,96-127,128-159,160-191,192-223

首块(0-31)和尾块(224-255)不能使用

7.   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),所以主机段分别为:33-62,65-94,97-126,129-158,161-190,193-222

8.   所以子网掩码为255.255.255.224     主机段共6段为:211.134.12.33--211.134.12.62;

211.134.12.65--311.134.12.94;211.134.12.97--211.134.12.126;211.134.12.129--211.134.12.158;

211.134.12.161--211.134.12.190;211.134.12.193--211.134.12.222   可以任选其中的4段作为4个子网.

介绍子网掩码的两种简便算法


IP地址是32位的二进制数值，用于在TCP/IP通讯协议中标记每台计算机的地址。通常我们使用点式十进制来表示，如192.168.0.5等等。
每个IP地址又可分为两部分。即网络号部分和主机号部分：网络号表示其所属的网络段编号，主机号则表示该网段中该主机的地址编号。按照网络规模的大小，IP地址可以分为A、B、C、D、E五类，其中A、B、C类是三种主要的类型地址，D类专供多目传送用的多目地址，E类用于扩展备用地址。A、B、C三类IP地址有效范围如下表：

类别 网络号 /占位数 主机号 /占位数 用途
A 1～126 / 8 0～255 0～255 1～254 / 24 国家级
B 128～191 0～255 / 16 0～255 1～254 / 16 跨过组织
C 192～223 0～255 0～255 / 24 1～254 / 8 企业组织

随着互连网应用的不断扩大，原先的IPv4的弊端也逐渐暴露出来，即网络号占位太多，而主机号位太少，所以其能提供的主机地址也越来越稀缺，目前除了使用NAT在企业内部利用保留地址自行分配以外，通常都对一个高类别的IP地址进行再划分，以形成多个子网，提供给不同规模的用户群使用。
这里主要是为了在网络分段情况下有效地利用IP地址，通过对主机号的高位部分取作为子网号，从通常的网络位界限中扩展或压缩子网掩码，用来创建某类地址的更多子网。但创建更多的子网时，在每个子网上的可用主机地址数目会比原先减少。
子网掩码是标志两个IP地址是否同属于一个子网的，也是32位二进制地址，其每一个为1代表该位是网络位，为0代表主机位。它和IP地址一样也是使用点式十进制来表示的。如果两个IP地址在子网掩码的按位与的计算下所得结果相同，即表明它们共属于同一子网中。
在计算子网掩码时，我们要注意IP地址中的保留地址，即“ 0”地址和广播地址，它们是指主机地址或网络地址全为“ 0”或“ 1”时的IP地址，它们代表着本网络地址和广播地址，一般是不能被计算在内的。
下面就来以实例来说明子网掩码的算法：
对于无须再划分成子网的IP地址来说，其子网掩码非常简单，即按照其定义即可写出：如某B类IP地址为10.12.3.0，无须再分割子网，则该IP地址的子网掩码为255.255.0.0。如果它是一个C类地址，则其子网掩码为255.255.255.0。其它类推，不再详述。下面我们关键要介绍的是一个IP地址，还需要将其高位主机位再作为划分出的子网网络号，剩下的是每个子网的主机号，这时该如何进行每个子网的掩码计算。
一、利用子网数来计算
在求子网掩码之前必须先搞清楚要划分的子网数目，以及每个子网内的所需主机数目。
1)将子网数目转化为二进制来表示
2)取得该二进制的位数，为 N
3)取得该IP地址的类子网掩码，将其主机地址部分的的前N位置 1 即得出该IP地址划分子网的子网掩码。
如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成27个子网：
1)27=11011
2)该二进制为五位数，N = 5
3)将B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址前5位置 1，得到 255.255.248.0
即为划分成 27个子网的B类IP地址 168.195.0.0的子网掩码。
二、利用主机数来计算
1)将主机数目转化为二进制来表示
2)如果主机数小于或等于254（注意去掉保留的两个IP地址），则取得该主机的二进制位数，为 N，这里肯定 N<8。如果大于254，则 N>8，这就是说主机地址将占据不止8位。
3)使用255.255.255.255来将该类IP地址的主机地址位数全部置1，然后从后向前的将N位全部置为 0，即为子网掩码值。
如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成若干子网，每个子网内有主机700台：
1) 700=1010111100
2)该二进制为十位数，N = 10
3)将该B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址全部置 1，得到255.255.255.255
然后再从后向前将后 10位置0,即为： 11111111.11111111.11111100.00000000
即255.255.252.0。这就是该欲划分成主机为700台的B类IP地址 168.195.0.0的子网掩码。
下面列出各类IP地址所能划分出的所有子网，其划分后的主机和子网占位数，以及主机和子网的（最大）数目，注意要去掉保留的IP地址(即划分后有主机位或子网位全为“0”或全为“1”的)：
A类IP地址：
子网位 /主机位 子网掩码 子网最大数 /主机最大数
2/22 255.192.0.0 2/4194302
3/21 255.224.0.0 6/2097150
4/20 255.240.0.0 14/1048574
5/19 255.248.0.0 30/524286
6/18 255.252.0.0 62/262142
7/17 255.254.0.0 126/131070
8/16 255.255.0.0 254/65536
9/15 255.255.128.0 510/32766
10/14 255.255.192.0 1022/16382
11/13 255.255.224.0 2046/8190
12/12 255.255.240.0 4094/4094
13/11 255.255.248.0 8190/2046
14/10 255.255.252.0 16382/1022
15/9 255.255.254.0 32766/510
16/8 255.255.255.0 65536/254
17/7 255.255.255.128 131070/126
18/6 255.255.255.192 262142/62
19/5 255.255.255.224 524286/30
20/4 255.255.255.240 1048574/14
21/3 255.255.255.248 2097150/6
22/2 255.255.255.252 4194302/2
B类IP地址：
子网位 /主机位 子网掩码 子网最大数 /主机最大数
2/14 255.255.192.0 2/16382
3/13 255.255.224.0 6/8190
4/12 255.255.240.0 14/4094
5/11 255.255.248.0 30/2046
6/10 255.255.252.0 62/1022
7/9 255.255.254.0 126/510
8/8 255.255.255.0 254/254
9/7 255.255.255.128 510/126
10/6 255.255.255.192 1022/62
11/5 255.255.255.224 2046/30
12/4 255.255.255.240 4094/14
13/3 255.255.255.248 8190/6
14/2 255.255.255.252 16382/2
C类IP地址：
子网位 /主机位 子网掩码 子网最大数 /主机最大数
2/6 255.255.255.192 2/62
3/5 255.255.255.224 6/30
4/4 255.255.255.240 14/14
5/3 255.255.255.248 30/6
6/2 255.255.255.252 62/2