IP编址技术：从基础概念到子网划分与CIDR的深入解析（例题）

IP编址技术：从基础概念到子网划分与CIDR的深入解析（例题）

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/Jinmuyan_/article/details/145114959

IP编址技术

本章主要讲解IP编址、经历哪些阶段、了解它们之间有什么关系以及如何掌握子网划分。

IP编址技术经历了三个主要阶段：分类编址、子网划分和无分类编址。

在了解这三个阶段前，需要清楚几个概念：

• 分类编址就是有类IP编址（IP地址分为A、B、C、D、E五类，主要就是将IP地址分为两个部分：网络部分和主机部分）。
• 然后提出了子网划分来缓解IP地址紧缺的问题（它将原有的两个部分分为三个部分，多了一个子网号）。
• 再者是现在的无分类编址（CIDR）打破了原有的有类IP编址的概念，也属于子网划分的范畴里，所以子网划分它分为有分类IP编址（固定子网掩码）和无分类IP编址（现在用VLSM可变长子网掩码技术来实现）。

基本概念

网络地址

网络地址用于唯一标识一个网络。在网络通信中，网络地址用于路由和寻址。网络地址是指仅包含网络号而不包含主机号的IP地址（网络号全为1，主机位全为0）。例如，一个IP地址为192.168.10.0，IP掩码为255.255.255.0，那么它的网络地址就是192.168.10.0。

计算方法：

1. 将IP地址和子网掩码转换为二进制形式
2. 进行逻辑与运算
3. 将二进制结果转换为十进制形式

广播地址

广播地址是指在特定网络上发送广播消息的地址。它用于向网络上的所有设备发送信息。广播地址通常是某个网络的最大可能地址（主机号全为1）。例如，在IP地址为192.168.10.0，IP掩码为255.255.255.0的情况下，广播地址就是192.168.10.255。

计算方法：

1. 将IP地址和子网掩码转换为二进制形式
2. 进行逻辑与运算
3. 确定主机位
4. 将主机位全部置为1
5. 将广播地址转换为十进制形式

主机地址

主机地址是指除网络地址和广播地址之外的IP地址部分。它用于标识一个特定的主机或设备。主机地址可以是网络中的任意一个有效地址。例如，在IP地址为192.168.0.0，IP掩码为255.255.255.0的情况下，可以有从192.168.10.1到192.168.10.254的主机地址。

分类编址

最初的IP地址编址方式是分类编址，将IP地址划分为若干个固定类（如A类、B类、C类等），每一类地址由网络号（net-id）和主机号（host-id）构成。分类编址的IP地址格式如下：

每一类地址都是32位，其中A类、B类、C类为单播地址，进行一对一通信。

• A类私有IP：10.0.0.0-10.255.255.255
• B类：172.16.0.0-172.31.255.255
• C类：192.168.0.0-192.168.255.255

特殊地址第一个是指测试用；第二个是指未指定；第三个是指全部网络是个广播地址。

子网划分

为了更有效地利用IP地址空间，引入了子网划分技术。通过在主机号字段中拿一部分作为子网号（借位 向主机位借），把两级IP地址划分为三级IP地址。子网划分的IP地址格式如下：

使用子网时，必须配置子网掩码。例如，一个B类地址的默认子网掩码为255.255.0.0，如果B类地址的子网占两个比特，那么子网掩码为255.255.192.0

子网掩码

32位的二进制数，是连续的1和0组成，用来通过掩码让主机知道哪个是主机位哪个是网络位。即是让计算机区分网络位与主机位。

补充：子网掩码其对应网络地址的所有位都置1，对应主机地址的所有位都置0。将IP地址与子网掩码进行逐位相“与”（与运算），便能得到网络地址。

原先abc类默认子网掩码

为什么要子网划分？

1. 提高IP地址利用率。在没有子网划分的情况下，一个网络只能使用一个固定大小的网络地址段，这可能导致大量的IP地址被浪费。
2. 便于网络管理和维护。

• 优化网络拓扑：将一个大的网络划分为多个子网，可以使网络拓扑结构更加清晰，便于网络管理员进行管理和维护。例如，可以将不同部门或楼层的计算机划分到不同的子网中，这样可以更方便地进行网络配置、故障排除和安全管理。
• 控制广播域范围：在一个网络中，广播消息会被发送到该网络中的所有设备，这可能会导致网络拥塞和性能下降。通过子网划分，可以将一个大的广播域划分为多个较小的广播域，从而减少广播消息对网络性能的影响。

3. 增强网络安全性。

• 实现访问控制：通过子网划分，可以将不同安全级别的设备划分到不同的子网中，然后通过访问控制列表（ACL）等技术，限制不同子网之间的访问，从而提高网络的安全性。
• 隔离网络故障：当一个子网中出现故障时，故障只会影响到该子网内的设备，而不会扩散到其他子网，从而提高了网络的可靠性和稳定性。

无分类编址（CIDR）

无分类编址（CIDR）消除了传统A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，使用“IP地址/掩码长度”来对IP地址进行编码。CIDR的IP地址格式如下：

如192.168.1.0/24，其中/24表示子网掩码中连续的1的位数，即子网掩码为255.255.255.0

CIDR使用“斜线记法”，即在IP地址后面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的比特数。例如，128.14.35.7/20表示前20位为网络前缀。

CIDR的主要特点包括：

• 消除传统分类地址和子网的概念，更加有效地分配IPv4地址空间。
• 使用各种长度的网络前缀，代替分类地址中的网络号和子网号。
• 构造超网，通过使用网络前缀来减少路由表项的数量。

例题

我们通过几个例题来了解其中的规律（我将用两种解题思路来做）。

熟能生巧

例题1：已知IP地址为172.16.10.50/27，子网掩码为255.255.255.224，求该IP地址所在子网的网络地址、主机地址和广播地址。

思路1：

1. 将IP地址和子网掩码转换为二进制形式

• IP地址172.16.10.50的二进制表示：10101100.00010000.00001010.00110010
• 子网掩码255.255.255.224的二进制表示：11111111.11111111.11111111.11100000

2. 将IP地址和子网掩码的二进制表示逐位进行逻辑与操作

   10101100.00010000.00001010.00110010 (172.16.10.50)
   & 11111111.11111111.11111111.11100000 (255.255.255.224)
   --------------------------------
   10101100.00010000.00001010.00100000
   

3. 计算网络地址

• 将第二步结果转换为十进制，得到网络地址：172.16.10.32

4. 计算广播地址

• 已知子网掩码为/27，即有5位主机位（因为32-27=5）。
• 从网络地址开始，将主机位全部置为1得到广播地址：10101100.00010000.00001010.00111111
• 将结果转换为十进制，得到广播地址：172.16.10.63

5. 计算主机地址范围

• 主机地址范围是从网络地址加1到广播地址减1。
• 所以，主机地址范围为172.16.10.33到172.16.10.62

所以：

• 网络地址：172.16.10.32
• 主机地址范围：172.16.10.33到172.16.10.62
• 广播地址：172.16.10.63

思路2：
B类网络16位，此处借了11位，可以划分出2^11个子网，每个子网可以容纳2^5-2=30台主机
块=2^5（主机位数）=256-224（掩码）=32
32的倍数最接近50的为=32
所以：

• 网络地址：172.16.0.32/29
• 主机地址：172.16.10.33~172.16.10.62
• 广播地址：172.16.10.63

例题2：现有一个C类网络地址段192.168.2.0/24，需要将其分配给四个不同的子网，各子网的主机数量需求如下：子网A需要100台主机，子网B需要50台主机，子网C需要30台主机，子网D需要15台主机。

方法一 使用固定子网掩码（主机数有点浪费）：这种情况下无法使用固定掩码长度划分子网，会造成IP地址的浪费或无法满足所有子网的主机数量需求

方法二 使用VLSM可变长子网掩码（更加精确划分节约IP地址）：

例题3：某高校的计算机学院有三个年级，每个年级的计算机实验室需要独立组网，每个实验室的计算机数量最多为30台。学校分配给计算机学院一个C类网络地址172.16.10.0/24，应该如何进行子网划分来满足需求？

解：三个年纪，至少借2位主机位，每个年级就有62（主机位还剩6位：2^6-2）台主机
块=2^6=64

通过以上例题相信你也大致已经会了，求出这些地址使用块来解是很快的！
2^m=向主机借位后产生的子网个数，m为所借的位数
2^n-2=向主机借位后产生的每个子网中可用的主机IP数
n为源主机位剔除被借位后的剩余位数
-2的原因是因为每个子网中的网络号及广播号不可用