IP地址和子网掩码的关系
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IP地址和子网掩码的基础知识
IP地址的概念
1. IP地址组成
IP地址源于Internet，是一种层次结构的地址，适合于众多的互联网。In
在网络寻址时只需要网络号，从网络中经过多个网络（网关）最终到达目的网络，用网络号即能判断是否到达目的网络，与主机号无关，主机号用于在目的网络中区分某台主机。
一个基本的地址分配原则：要为同一网络的所有主机分配相同的网络标识号，同一网络内不同主机必须分配不同的主机标识号（主机号）以区分主机。不同网络内的每台主机必须有不同的网络标识号。
要使自己的主机加入Internet，为了避免IP地址与其他网络相冲突，必须向Internet NIC（网络信息中心）获得IP地址和域名。
2. IP地址的类别
因特网标准定义了五种类型的IP地址。三种基本种类是A类、B类和C类。如表1-1所示：
种类 IP地址 网络ID 主机ID
A W
表1-1 IP地址的八位组
图1-1显示了根据地址种类划分网络ID和主机ID的情况。A类网络地址为主机ID分配了24位，为网络设备提供了更多可用的主机ID；B类网络地址提供的网络ID数与每个网络ID的主机ID数目是一样的，使管理员能够配置大量的网络，但每个网络允许拥有较少的主机数；C类网络地址提供的网络ID较多，但允许每个网络ID拥有的主机数目很少。
（1）A类地址：一个字节的网络地址，最高位为0，允许有126个网络，每个网络中用3个字节表示主机地址，能够容纳多达16 777 214个主机ID。其格式如表1-2所示。A类地址适合大型网络。
网络ID 主机ID
0
0 8 16 24
32
表1-2 A类地址格式
（2）B类地址：两个字节网络地址，最高两位为10，接下来的14位为网络地址，允许16 384个网络，每个网络允许65 534台主机，其格式如表1-3所示。B类地址适合于中型网络。
网络ID 主机ID
1 0
0 8 16 24
32
表1-3 B类地址格式
（3）C类地址：最高3位为110，接下来的21位为网络地址，允许有2097152个网络，每个网络主机数为254，其格式如表1-4所示。C类地址适合小型网络。
网络ID 主机ID 1 1 0
0 8 16 24
32
表1-4 C类地址格式
（4）D类地址：多地址，实现一点对多点的传送，常用于、帧中继（FR）和ATM等使用点对点协议的网络。这类地址不支持全网广播，需要配置D类地址实现一点对多点的传送。D类地址的前4位表1-5所示。
多播地址
1 1 1 0
0 8 16 24
32
表1-5 D类地址格式
（5）E类地址：用于将来扩展，同时也用于实验目的。它们不能分配给主机。E类地址前五位为11110。其格式如表1-6所示。
1 1 1 1 0
0 8 16 24
32
表1-6 E类地址格式
（6）赋予主机IP地址：表1-7总结了A类、B类、C类网络编址。如表所示，一个IP地址的种类可以从最高三位来判断，用两位就足以区分三个主要类型（A类、B类、C类）。 定义网络ID位 网络ID范围 可定义网络的数目 用于主机ID的范围 互联网上定义的主机数目
A类 7 1～126 126 24 16 777 214
B类 14 128～191 16 384
16 65 534
C类 21 192～233 2097 152 8 254
表1-7 因特网地址的类型
起始范围 终止范围
A类
B类
C类
表1-8主机ID的有效范围
（7）私有地址：IP地址按用途分为私有地址和公有地址两种。所谓私有地址就是在A、B、C三类IP地址中保留下来为组织机构内部分配地址时所使用的IP地址。
私有地址主要用于在局域网中进行分配，在Internet上是无效的。这样可以很好的隔离局域网和Internet。私有地址在公网上是不能被识别的，必须通过NAT将内部IP地址转换成公网上可用的IP地址，从而实现内部IP地址与外部公网的通信。公有地址是在广域网上使用的地址，但在局域网中同样也可以使用。
RFC 1918定义了3类私有地址段：
私有地址范围
A类
B类
C类
表1-9 RFC 1918定义的3类私有地址段
3. 特殊用途IP地址
（1）网络地址：主机号全0。 （2）广播地址：主机号全1，含这类IP地址的IP分组被广播到网络上的每一个节点。
4. 子网的划分
出于管理、性能和安全方面的考虑，许多单位把单一的网络划分为多个物理网络，并使用路由器把它们连接起来。子网划分（Subnetting）技术能够使单个网络地址横跨几个物理网络，如图1-1所示。互联网中的每个物理网络都被称为子网。
图1-1大型网络可被分成多个子网来创建一个互联网络
互联网络（internetwork）这个词通常简化为互联网（internet），指由路由器连接的一个或多个网络，它通常是指单位的内部网络。而因特网（Internet，I为大写）这个词，则指连接着世界上数百万台计算机的网络。
进行子网划分的原因有很多。其中一个原因是A类网或B类网的地址空间太大，以至于单一的未使用路由的网络中无法使用全部地址。为了有效地使用地址空间，有必要把可用的地址分配给更多较小的网络。
随着网络的增长，容纳了更多的主机，因而网络通信变得更为繁忙。就像高峰期的快车道，由于交通过于繁忙而出现堵塞。繁忙的网络通信信号导致冲突、丢失数据包以及重传，因而降低了主机之间的通信效率。路由器像一堵墙把子网隔离开来，这样本地通信就不会转发的其他子网，同一子网中主机之间的广播和通信，只能在它们所属的子网中进行。
图1-2 路由器作为子网之间的桥，降低广播通信量
对于需要相互通信的不同子网上的主机，可以配置路由器筛选通信，以使需要传送到其他子网上的信息被转发，如图1-3所示。 图1-3 路由器使要发送到远程子网主机上的信息被转发
出于安全的考虑，单位也可以创建隔离网络的子网。一个部门也许会把信息放在存有敏感信息的网络服务器上，可以配置子网，以阻止来自互联网内部其他子网的通信，如图1-4所示。
图1-4 出于安全原因可以隔离子网
1) 子网编址
理解子网编址最容易的方法是，假设一个网站，其用于分配给它的单个IP网络地址，但这个网站包含两个以上的物理网络，每个物理网络使用可用主机ID的一部分。当一个网络被正确划分为子网时，只有路由器知道有多个物理网络存在，并且知道如何路由它们之间的通信。
（1）划分IP地址。IP地址的主机部分则由管理员进一步划分，以标识主机所在的某个子网，如图1-5所示。这就产生了一个层次型的编址方案，它支持互联网中子网间的路由，而且在更高一层，它支持互联网与因特网之间的路由。在互联网中，三部分分为网络ID（Network ID）、子网ID（Subnet ID）及主机ID（Host ID）。
网络ID 主机ID
网络ID 子网ID 主机ID
图1-5 IP地址可以进一步划分，以支持子网的划分
把IP地址的主机部分划成两部分，就能够建立另外的子网地址。然后，使用IP地址的一部分把子网标识为互联网中唯一的网络。这就是子网划分。
网络管理员必须通过给子网中的每台主机指定子网掩码，来确定如何来进行这种划分。子网中的所有主机必须配置相同的子网掩码。子网编址涉及IP地址的认真管理以及正确地定义子网掩码。
如何划分主机地址（为子网部分保留的位数），取决于具体需要。如图1-6所示，为子网部分保留的位数越多，可分配的主机的位数就越少，这就意味着在一个子网中可容纳的主机就越少。
需要较少的子网且拥有大量主机的网站，应定义使用较少位数划分子网的子网掩码；而需要较多子网且拥有主机较少的网站，应定义使用较多位数划分子网的子网掩码。
B类地址
网络ID 子网ID
1～254 主机ID
1～254
1 0
0 8 16 24
32
图1-6 可以指定用于子网划分的位数
（2）子网掩码。子网掩码是一个32位的二进制数，它告诉TCP/IP主机，IP地址的那些位对应于网络地址，哪些位对应于主机地址。TCP/IP协议使用子网掩码判断目标主机地址是位于本网段，还是位于远程子网。
屏蔽（Masking）网络地址即可以实现以上判断，屏蔽只是简单地指定网络ID和主机ID的分界点。子网掩码中对应于网络地址的所有位都被设为1，而对应于主机地址的所有位都被设为0。如：
TCP/IP比较子网掩码和IP地址时，所进行的运算是“逻辑位与（Logical
Bitwise AND）”。下面的例子说明了这种运算是如何进行的。假定一台主机的配置如下（使用二进制数来说明其内部工作原理）：
例1 172 25 16
51
IP地址 1010 1100 0001 1001 0001 0000 0011 0011
子网掩码 1111 1111 1111 1111 0000 0000 0000 0000
网络ID 1010 1100 0001 1001
主机ID 0001 0000 0011 0011
请注意，子网掩码是如何在第三个八位组之前划分IP地址的。把子网掩码的前面两个八位组的位全部设为1，即可以做到这一点。这个子网掩码导致IP按如下方式理解IP地址：
网络ID
主机ID
例2 172 25 16
51
IP地址 1010 1100 0001 1001 0001 0000 0011 0011
子网掩码 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000
网络ID 1010 1100 0001 1001 0001 0000
