第二部分-IP及子网划分

目录

一、什么是IP?

1.1.IP地址的由来

1.2.IP地址的表示

1.3.IP地址的构成

1.4.IP地址的分类

1.5.IP地址类型

1.6.IP地址的计算

1.7.私网IP地址

1.8.特殊IP地址

二、子网划分

2.1.什么是子网划分及为什么要进行子网划分?

2.2.如何进行子网划分？

实例：

2.3.如何判断是否属于同一网段？

实例：

一、什么是IP?

1.1.IP地址的由来

要想知道IP地址的由来，我们可以先看看网络的分层模型:

我们都知道，交换机的工作层级为数据链路层。作为一个二层设备，与实际的接入设备互联，那么当数据传输到交换机这层之后，交换机如何准确地将数据发送至目标设备呢?为了解答这一问题，我们为每台电脑分配了一个独特的数字虚拟地址，即IP地址。IP地址为每个联网设备分配唯一的逻辑地址(如IPv4的 192.168.1.1或IPv6的 2001:0db8:85a3::8a2e)，确保数据能准确送达目标设备，类似于现实中的门牌号。在发送数据时，只需在数据包上标注出目标设备的IP地址，交换机便能据此判断数据包的去向。

以老李、老张和老王为例，他们的电脑分别被分配了192.168.1.2、192.168.1.3和192.168.1.4的IP地址。当老李需要向老王发送数据时，他只需在数据包上注明“收件人:192.168.1.4”，交换机便会明白应将数据包发送至老王的电脑。

1.2.IP地址的表示

IP地址在计算机最开始的设计中，就被设计使用4个字节（32位—1Bytes = 8bit）二进制编码进行表示，但复杂的二进制信息不符合我们人类的思维习惯，所以后边演进为点分十进制，即把复杂的、不容易记忆和表示的二进制转换为十进制（称为：点分十进制）来进行表示。

1.3.IP地址的构成

IP地址逻辑上是由两部分进行组成：即网络部分、主机部分，这一点类似我们生活中住址的填写，xx省/xx市/xx区/... /xx单元/xx栋 xx号，前者就可以用来标识该用户大概地址在什么位置，后者则具有唯一性，就能精准找到对应住户地址。

IP地址的组成如下图：

网络部分：网络部分用来标识一个网络

主机部分：主机部分则是用来标识某一个网络下具体的某一台主机

那逻辑上的网络部分如何在计算机中进行标识呢？这就引出了我们需要知道的——网络掩码，网络掩码就是用于标识某一个网络的主机部分。如下图：

1.4.IP地址的分类

互联网中的地址被划分了5类：即A类、B类、C类、D类、E类。各类地址如下显示。在IP地址中，全0代表着网络，全1则代表着广播。

A类地址的识别头是0，占有1个字节（8位），定义最高位为0来标识此类地址，余下的7位则为真正的网络地址，支持1~126个网络（第一个字节由于一号位用于标识A类网络，所以十进制值为：000~127）。后面的3个字节（24位）为主机地址，并提供2^24-2个端口。

B类地址的识别头是10，占有2个字节，使用前两位进行标识，其余的十四位用来表示真正的网络地址，主机地址占用后边的两个字节（16位），所以B类全部的地址有(2^14-2)x(2^16-2)=16382x65 534 个。B 类网络地址第一个字节的十进制值为 128~191。

C类地址的识别头是110，占有3个字节，它是最通用的Intemet 地址。使用前三位用来标识此类地址，其余 21位为真正的网络地址，因此C类地址支持 2^21-2个网络。主机地址占最后1个字节，每个网络可多达 2^8-2 个主机。C类网络地址第一个字节的十进制值为 192~223。

D 类地址的识别头是 1110，用于组播，例如用于路由器修改。D 类网络地址第一个字节的十进制值为 224~239。

E 类地址为实验保留，其识别头是 1111。E 类网络地址第一个字节的十进制值为 240~255。

总结：

识别头还是蛮有规律的，从0开始之后，以后都前缀都依次递增1

类型	网络地址占用字节数	识别头
A	1字节	0
B	2字节	10
C	3字节	110
D	用于组播	1110
E	用于实验	1111

1.5.IP地址类型

一般我们将一个网络号所定义的网络范围称之为一个网段。

网络地址：用于标识一个网络，例如：192.168.10.0/24，也就是主机位全0。

广播地址：用于该网络中的所有主机发送数据，例如：192.168.10.255/24，也就是主机位全1。

可用地址：该网段下，除网络、广播地址之外的所有地址，计算公式：2^主机位数 - 2。

1.6.IP地址的计算

例：172.16.10.1/16这个B类地址的网络地址、广播地址以及可用地址数分别是?

二进制在线转换器：在线进制转换

1.7.私网IP地址

私网IP地址（也称私有IP地址）是专门设计用于内部网络的IP地址，这些地址不能在公共互联网上直接路由。这不仅是对内部网络的一种保护，其也变相的解决了部分IPv4地址短缺的问题。

核心作用：

1.地址复用：不同局域网中可使用相同的私网IP段（如家庭和公司都用192.168.1.0/24）

2.隔离保护：私网设备对外隐藏真实IP，需通过NAT（网络地址转换）访问互联网

3.节省公网IP：每一个公网IP都是唯一的，而通过NAT技术就可以让一个公网IP为整个局域网提供上网服务。

私网IP地址范围，根据国际标准，私网IP分为以下三个保留段：

地址范围	子网掩码	可用IP总数	常见场景
10.0.0.0-10.255.255.255	255.0.0.0/8	16,777,216	大型企业、数据中心
172.16.0.0-172.31.255.255	255.240.0.0/12	1,048,576	中型企业、机构网络
192.168.0.0-192.168.255.255	255.255.0.0/16	65,536	家庭/小型办公室路由

1.8.特殊IP地址

特殊IP地址是在TCP/IP协议栈中预留的、具有特定功能且不能用于常规主机分配的地址。

地址类型	示例	用途	是否可路由
本网络本主机	`0.0.0.0`	DHCP请求源地址	否
环回地址	`127.0.0.1`	本地协议栈测试	否
受限广播地址	`255.255.255.255`	本地网段广播	否
直接广播地址	`192.168.1.255`	特定子网广播	可配置
组播地址	`224.0.0.1`	一对多通信（如视频流）	可配置
自动配置地址	`169.254.1.1`	DHCP失败时临时通信	否
私网地址	`192.168.0.1`	内部网络设备分配	需NAT转换

二、子网划分

2.1.什么是子网划分及为什么要进行子网划分?

一是，前面已经提到，IP地址在早期就已经将32位的地址编码划分为A、B、C、D、E五种类型，拿A类地址来说，单个A类地址就可提供约1667万（2^24 - 2 =16,777,214）个地址给主机使用，而实际需求中，根本用不了这么多，如果强行使用A类地址进行管理，那将会造成很大的IP浪费，实属大材小用。

而子网划分正是将大地址划分成更小的地址块，从而按照需求进行使用。如将一个C类网划分为4个子网，每个子网就有62个可用IP（2^8 = 256 2^6=64 64 - 2 = 62 ）。

二是，若未进行子网划分，B类地址的广播域过于庞大，假如广播流量充斥着整个网络，必定会造成网络拥塞。而划分子网之后，广播就被限制在小型的子网中。

三是，子网划分也一定增加了网络的安全性和简化网络管理和故障排查。