IP 地址分类及子网划分

IP 地址分类

在现实生活中，一个市区有许多的区，区下面又有很多的街道，街道下面又有很多的小区，A 市区、B 市区就是一个范围，每一个范围都有不同的居民数量。类比到计算机网络，A 类地址可以容纳256*256*256台主机。

A 类 IP 地址

IP 地址是一个 32 位二进制代码组成的，在 A 类地址中用前 8 位来表示网络号，后 24 位表示主机数量。主机地址表示每一个网络号中可以容纳的主机数量。

0 表示该地址是本地宿主机；127 保留给内部回送函数，所以 A 类 IP 地址可以表示的网络号是 1~126。也就是说，A 类地址一共有 126 个网络号，每一个网络号下面可以容纳2^24-2(即 16777214)台主机。

B 类 IP 地址

在 B 类地址中前 16 位来表示网络号，后 24 位表述主机数量。

B 类 IP 地址有 128~191 个网络号，每个网络可以容纳2^16-2(即 65534)台主机。

C 类 IP 地址

在 C 类地址中前 24 位来表示网络号，后 8 位表示主机数量。

C 类 IP 地址有 192~223 个网络号，每个网络可以容纳2^8-2(即 254)台主机。

子网划分

如下图：有两个网络，192.30.12.x（A 网络）和 192.30.13.x（B 网络）。两个网络下的主机并不能互相通信，只能通过路由器进行转发：

有时，一个单位需要在新的地点马上开通一个新的网络。但是在申请到一个新的 IP 地址之前，新的网络是不可能连接到互联网上工作的。因此，在原本有的网络上再划分一个 IP 地址。如上图所示，在 A 网络中再划分一个子网。

原来的地址不可能再变化了，只有从主机号这里开始对网络再区分。对一个 IP 地址的主机号再划分的过程称之为子网划分。其实，对于外面来说，还是一个网络。

仔细观察，192.30.12.129~192.30.12.254 都是一个新的子网，192.30.12.2~192.30.12.126 也是子网。它们对外还是属于 192.30.12.0 这个网络的。

两台主机所处的网络号不同，那么这两台主机不能直接通信，而是需要通过路由器进行转发。PC12-129 与 PC12-2 相互通信，发现是不能发送 ICMP 数据包的。如下图所示：

PC12-2 和 PC12-124 属于同一个网络（同一个子网）因此可以直接进行通信。前面说到，对外，它们依旧还是一个网络，但是由于子网掩码的作用，计算机判断它们不属于一个网络，上图发现这两个计算机不能通信，说明子网已经划分成功。

子网掩码

其实，如上图，PC12-129 和 PC12-2 在进行通信时，如何知道对方是不是属于我这个子网的计算机呢？

没有子网掩码，路由器就不能分辨哪一个子网属于哪一个网络。每台主机都必须有一个子网掩码和 IP 地址。只有这样，主机才可以发送消息和接收消息。

1. A 类 IP 地址的子网掩码是 255.0.0.0；
2. B 类 IP 地址的子网掩码是 255.255.0.0；
3. C 类 IP 地址的子网掩码是 255.255.255.0。

子网掩码与 IP 地址进行与运算就可以知道一台计算机属于哪一个子网。与运算的规则：0 AND 0 = 0；1 AND 0 = 0；0 AND 1 = 0；1 AND 1 = 1。

每一类地址的主机数不能全为 0 或不能全为 255，这样的地址不可以分配给主机。比如，121.0.0.0，主机数全为 0，不能分配给主机。

已经知道子网掩码的作用之后，再回头看上面的子网划分图，PC12-129 和 PC12-2 的子网掩码都是什么呢？

PC12-129 的 IP 配置信息：

PC12-2 的 IP 配置信息：

它们的子网掩码都是一样的，这是因为采用了等长子网划分，变长子网划分的话，两个子网掩码才可能不一样。这里，推荐观看视频：等长子网划分、变长子网划分。

子网划分+子网掩码可以让一个网络更加灵活，提高 IP 地址的使用率。

练习题

假如，IP 地址为 192.168.0.1，子网掩码是 255.255.255.0，同一个子网内的主机 IP 地址是以下哪些？

A. 192.168.0.0；B. 192.168.0.2；C. 192.168.1.0；D. 192.168.1.2。

第一步，把 192.168.0.1 所处的子网算出来：

\[\frac{11000000,10101000,00000000,00000001}{11111111,11111111,11111111,00000000}=11000000,10101000,00000000,00000000
\]

第二步，分别把选项中的 IP 地址与 255.255.255.255 子网掩码进行与运算：

选项 A 和选项 B 与 192.168.0.1 所处的子网相同。但是，选项 A 中的主机数全为 0，不可以作为主机 IP。因此，只有选项 B 与题目的子网相同。

每一类地址的主机数不能全为 0 或不能全为 255，这样的地址不可以分配给主机。比如，121.0.0.0，主机数全为 0，不能分配给主机。因此，主机数全 0 或 255 的 IP 地址，直接省略不选。

Cisco 实战

上图的拓扑结构不能支持各个子网的计算机进行通信，而下面，将通过多个路由器再对上图的拓扑进行改造，实现一个可以通信的网络。如下图所示：

图中的拓扑结构中有三个路由器，每一个路由器需要至少 2 个 IP 地址，路由器的 IP 地址就是网关，而网关下的所有网络的计算机需要与其他网络的计算机通信，都要通过网关转发到其他网络。

集线器不影响网络的结构，集线器连接的所有计算机还是属于一个网络，而只有路由器才能“隔开”网络，但又转发数据包到其他网络，可以说，路由器就是网络与网络的守门人，同时又是灯塔。

上图所示的拓扑结构，所有的计算机都可以进行通信，比如，PC12-1 与 PC13-1 进行通信，它们都不是一个网络：

而 PC12-1 和 PC12-129 它们实际上是一个网络，但 PC12-129 所在的网络是 192.30.12.x 下面分出来的一个子网，子网与子网是否可以进行通信？是否可以与其他网络进行通信？

通过实验结果可以得出，是可以进行通信的。这是该实验的 pkt 文件：分类 IP 地址及其子网划分。