彻底理解 IP 地址，子网掩码，子网划分

彻底理解 IP 地址，子网掩码，子网划分

IP地址、子网掩码和子网划分是计算机网络中的基础概念，对于理解互联网的运作机制至关重要。本文将从IP协议的基本原理出发，深入解析IP地址的结构、分类以及子网划分的原理和方法，帮助读者建立对网络通信的全面理解。

什么是 IP 协议

在探讨IP地址之前，我们先需要了解IP协议是什么。从普通人的角度看，网络可能只是手机上的一个WIFI标志或电脑上的一根网线。但从学术角度看，网络是一个由硬件和软件组成的复杂系统，是连接全球的基础设施。

IP协议是众多网络协议中的基础协议之一，位于OSI模型的网络层。当前广泛使用的是IPv4协议，虽然未来会被IPv6取代，但IPv4仍然是互联网的主要协议。IP协议的主要作用是制定网络通信的标准，确保数据能够准确地从源地址传输到目的地址。

IP协议在设计时就假设网络基础设施是不可靠的，因此采用了动态连接和节点的设计，不存在中心监控和维护网络状态。这种设计导致IP协议只能做到"尽最大努力投递报文"，可能会出现数据损坏、丢失、乱序或重复等问题。这些问题的解决主要依赖于更高层的传输协议，如TCP协议。

IP 地址

IP地址是一个32位的二进制数字，例如：

11000000 10101000 00000001 00000011

为了便于人类记忆，通常使用点分十进制表示法，上述二进制地址可以表示为：

198.168.1.89

IPv4地址总共可以标识2^32个设备，即4,294,967,296个。为了便于管理和寻址，IP地址被分为A、B、C、D、E五类，其中D类用于多播地址，E类保留使用。我们主要讨论A、B、C三类IP地址。

理解IP地址的关键在于将其分为三部分：网络标识位、网络号和主机号。以B类地址为例，其结构如下图所示：

• 网络标识位：B类地址的高位是"10"。
• 网络号：紧随其后的14位。
• 主机号：最后的16位。

例如，IP地址10111101 00001010 01011010 00010100（189.10.90.20）的网络号和主机号如下图所示：

网络号用于标识网络的位置，主机号用于标识主机的位置。同网络号的主机可以直接通信，不同网络号的主机则需要通过网关（路由器）进行通信。

根据上述规则，可以归纳出详细的IP地址分类表格：

每个网络的主机号全0代表网络本身，全1用作广播地址。例如，对于网络号192.168.1，192.168.1.0代表本网络，192.168.1.255用作广播。

A类地址的128个网络中保留了两个特殊网络号：0.0.0.0用于广播到本机所有地址，127.0.0.0用于环回测试。

子网划分

在一个B类网络地址中，理论上可以容纳65534台主机。但在实际应用中，很少有组织需要如此庞大的网络。同时，主机数量过多会导致网络传输效率降低。因此，需要将一个网络划分为多个子网，就像城市被划分为多个区域一样。

子网划分通过引入子网掩码实现。子网掩码也是一个32位的二进制数字，通常由高位连续的1和低位连续的0组成。例如，对于IP地址189.10.90.20，子网掩码255.255.240.0表示前20位是网络部分，后12位是主机部分。

判断两个IP地址是否在同一子网，可以通过子网掩码和IP地址进行AND运算。例如：

A、B、C类地址的默认子网掩码分别为：

• A类地址：255.0.0.0（十进制表示：8）
• B类地址：255.255.0.0（十进制表示：16）
• C类地址：255.255.255.0（十进制表示：24）

私有地址

在RFC 1918中保留了一些地址作为私有地址，这些地址不能直接接入公网，仅用于家庭或组织内部使用。私有地址范围如下：