CCNA基礎(chǔ)：IP地址和子網(wǎng)掩碼
CCNA基礎(chǔ)：為什么要使用IP地址？
一個(gè)IP地址是用來(lái)標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)通信實(shí)體，比如一臺(tái)主機(jī)，或者是路由器的某一個(gè)端口。而在基于IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，也都必須使用IP地址來(lái)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，如同我們寫(xiě)一封信，要標(biāo)明收信人的通信地址和發(fā)信人的地址，而郵政工作人員則通過(guò)該地址來(lái)決定郵件的去向。
同樣的過(guò)程也發(fā)生在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)里，每個(gè)被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包也要包括的一個(gè)源IP地址和一個(gè)目的IP地址，當(dāng)該數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸時(shí)，這兩個(gè)地址要保持不變，以確保網(wǎng)絡(luò)設(shè)備總是能根據(jù)確定的IP地址，將數(shù)據(jù)包從源通信實(shí)體送往指定的目的通信實(shí)體。
目前，IP地址使用32位二進(jìn)制地址格式，為方便記憶，通常使用以點(diǎn)號(hào)劃分的十進(jìn)制來(lái)表示，如：202.112.14.1.
一個(gè)IP地址主要由兩部分組成：一部分是用于標(biāo)識(shí)該地址所從屬的網(wǎng)絡(luò)號(hào)；另一部分用于指明該網(wǎng)絡(luò)上某個(gè)特定主機(jī)的主機(jī)號(hào)。
為了給不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)提供必要的靈活性，IP地址的設(shè)計(jì)者將IP地址空間劃分為五個(gè)不同的地址類(lèi)別，如下表所示，其中A，B，C三類(lèi)最為常用：
A類(lèi) 0－127 0 8位 24位
B類(lèi) 128－191 10 16位 16位
C類(lèi) 192－223 110 24位 8位
D類(lèi) 224－239 1110 組播地址
E類(lèi) 240－255 1111 保留試驗(yàn)使用
網(wǎng)絡(luò)號(hào)由因特網(wǎng)權(quán)力機(jī)構(gòu)分配，目的是為了保證網(wǎng)絡(luò)地址的全球唯一性。主機(jī)地址由各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理員統(tǒng)一分配。因此，網(wǎng)絡(luò)地址的唯一性與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主機(jī)地址的唯一性確保了IP地址的全球唯一性。
CCNA基礎(chǔ)：劃分子網(wǎng)
為了提高IP地址的使用效率，可將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為子網(wǎng)：采用借位的方式，從主機(jī)位***位開(kāi)始借位變?yōu)樾碌淖泳W(wǎng)位，所剩余的部分則仍為主機(jī)位。這使得IP地址的結(jié)構(gòu)分為三部分：網(wǎng)絡(luò)位、子網(wǎng)位和主機(jī)位。
引入子網(wǎng)概念后，網(wǎng)絡(luò)位加上子網(wǎng)位才能全局唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。把所有的網(wǎng)絡(luò)位用1來(lái)標(biāo)識(shí)，主機(jī)位用0來(lái)標(biāo)識(shí)，就得到了子網(wǎng)掩碼。如下圖所示的子網(wǎng)掩碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制之后為：255.255.255.224
子網(wǎng)編址使得IP地址具有一定的內(nèi)部層次結(jié)構(gòu)，這種層次結(jié)構(gòu)便于IP地址分配和管理。
它的使用關(guān)鍵在于選擇合適的層次結(jié)構(gòu)——如何既能適應(yīng)各種現(xiàn)實(shí)的物理網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，又能充分地利用IP地址空間（即：從何處分隔子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)）。
小竅門(mén)——子網(wǎng)的計(jì)算
在思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院CCNA教學(xué)和考試當(dāng)中，不少同學(xué)在進(jìn)行IP地址規(guī)劃時(shí)總是很頭疼子網(wǎng)和掩碼的計(jì)算?，F(xiàn)在給大家一個(gè)小竅門(mén)，可以順利的解決這個(gè)問(wèn)題。
首先，我們看一個(gè)CCNA考試中常見(jiàn)的題型：一個(gè)主機(jī)的IP地址是202.112.14.137，掩碼是255.255.255.224，要求計(jì)算這個(gè)主機(jī)所在網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址。
常規(guī)辦法是把這個(gè)主機(jī)地址和子網(wǎng)掩碼都換算成二進(jìn)制數(shù)，兩者進(jìn)行邏輯與運(yùn)算后即可得到網(wǎng)絡(luò)地址。其實(shí)大家只要仔細(xì)想想，可以得到另一個(gè)方法： 255.255.255.224的掩碼所容納的IP地址有256－224＝32個(gè)（包括網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址），那么具有這種掩碼的網(wǎng)絡(luò)地址一定是32的倍數(shù)。而網(wǎng)絡(luò)地址是子網(wǎng)IP地址的開(kāi)始，廣播地址是結(jié)束，可使用的主機(jī)地址在這個(gè)范圍內(nèi)，因此略小于137而又是32的倍數(shù)的只有128，所以得出網(wǎng)絡(luò)地址是202.112.14.128.而廣播地址就是下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址減1.而下一個(gè)32的倍數(shù)是160，因此可以得到廣播地址為 202.112.14.159.可參照下圖來(lái)理解本例：
CCNA考試中，還有一種題型，要你根據(jù)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)數(shù)量進(jìn)行子網(wǎng)地址的規(guī)劃和計(jì)算子網(wǎng)掩碼。這也可按上述原則進(jìn)行計(jì)算。比如一個(gè)子網(wǎng)有10臺(tái)主機(jī)，那么對(duì)于這個(gè)子網(wǎng)就需要10＋1＋1＋1＝13個(gè)IP地址。（注意加的***個(gè)1是指這個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)所需的網(wǎng)關(guān)地址，接著的兩個(gè)1分別是指網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址。）13小于16（16等于2的4次方），所以主機(jī)位為4位。而256－16＝240，所以該子網(wǎng)掩碼為255.255.255.240.
如果一個(gè)子網(wǎng)有14臺(tái)主機(jī)，不少同學(xué)常犯的錯(cuò)誤是：依然分配具有16個(gè)地址空間的子網(wǎng)，而忘記了給網(wǎng)關(guān)分配地址。這樣就錯(cuò)誤了，因?yàn)?4＋1＋1＋1 ＝17 ，大于16，所以我們只能分配具有32個(gè)地址（32等于2的5次方）空間的子網(wǎng)。這時(shí)子網(wǎng)掩碼為：255.255.255.224.
CCNA基礎(chǔ)： IP 地址的局限性
最初的因特網(wǎng)設(shè)計(jì)者沒(méi)有預(yù)想到網(wǎng)絡(luò)會(huì)有如此快速地發(fā)展，因此現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)面臨的問(wèn)題都可以追溯到因特網(wǎng)發(fā)展的早期決策上，IP地址的分配更能體現(xiàn)這點(diǎn)。
目前使用的IPv4地址使用32位的地址，即在IPv4的地址空間中有232（4，294，967，296，約為43億）個(gè)地址可用。這樣的地址空間在因特網(wǎng)早期看來(lái)幾乎是無(wú)限的，于是便將IP地址根據(jù)申請(qǐng)而按類(lèi)別分配給某個(gè)組織或公司，而很少考慮是否真的需要這么多個(gè)地址空間，沒(méi)有考慮到IPv4地址空間最終會(huì)被用盡。
因此，IPv4地址是按照網(wǎng)絡(luò)的大?。ㄋ褂玫腎P地址數(shù)）來(lái)分類(lèi)的，它的編址方案使用"類(lèi)"的概念。A、B、C三類(lèi)IP地址的定義很容易理解，也很容易劃分，但是在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，它們并不利于有效地分配有限的地址空間。對(duì)于A、B類(lèi)地址，很少有這么大規(guī)模的公司能夠使用，而C類(lèi)地址所容納的主機(jī)數(shù)又相對(duì)太少。所以有類(lèi)別的IP地址并不利于有效地分配有限的地址空間，不適用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。
在這種情況下，人們開(kāi)始致力于下一代因特網(wǎng)協(xié)議——IPv6的研究。由于現(xiàn)在IPv6的協(xié)議并不完善和成熟，需要長(zhǎng)期的試驗(yàn)驗(yàn)證，因此，IPv4到 IPv6的完全過(guò)渡將是一個(gè)比較長(zhǎng)的過(guò)程，在過(guò)渡期間我們?nèi)匀恍枰贗Pv4上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的互連。而在90年代初期引入了變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼（VLSM）和無(wú)類(lèi)域間路由（CIDR）等機(jī)制，作為目前過(guò)渡時(shí)期提高IPv4地址空間使用效率的短期解決方案起到了很大的作用。
CCNA基礎(chǔ)：快速計(jì)算子網(wǎng)掩碼和主機(jī)塊
（一）明確概念
在介紹十進(jìn)制算法前我們先要明確一些概念。
類(lèi)范圍：IP地址常采用點(diǎn)分十進(jìn)制表示方法X.Y.Y.Y，在這里，X在1～126范圍內(nèi)稱(chēng)為A類(lèi)地址；X在128～191范圍內(nèi)稱(chēng)為B類(lèi)地址；X在 192～223范圍內(nèi)稱(chēng)為C類(lèi)地址。比如10.202.52.130，因?yàn)閄為10，在1～126范圍內(nèi)，所以稱(chēng)為A類(lèi)地址。
類(lèi)默認(rèn)子網(wǎng)掩碼：A類(lèi)為 255.0.0.0； B類(lèi)為 255.255.0.0； C類(lèi)為 255.255.255.0.當(dāng)我們要?jiǎng)澐肿泳W(wǎng)用到子網(wǎng)掩碼M時(shí)，類(lèi)子網(wǎng)掩碼的格式如下：A類(lèi)為 255.M.0.0，B類(lèi)為 255.255.M.0，C類(lèi)為 255.255.255.M.M是相應(yīng)的子網(wǎng)掩碼，比如255.255.255.240.
十進(jìn)制計(jì)算基數(shù)是256（下面，我們所有的十進(jìn)制計(jì)算都要用256來(lái)進(jìn)行）。
（二）變量說(shuō)明
1.Subnet_block指可分配子網(wǎng)塊大小，表示在某一子網(wǎng)掩碼下子網(wǎng)的塊數(shù)。
2.Subnet_num是可分配子網(wǎng)數(shù)，指可分配子網(wǎng)塊中要剔除首、尾兩塊，是某一子網(wǎng)掩碼下可分配的實(shí)際子網(wǎng)數(shù)量。Subnet_num =Subnet_block－2.
3.IP_block指每個(gè)子網(wǎng)可分配的IP地址塊大小。
4.IP_num指每個(gè)子網(wǎng)實(shí)際可分配的IP地址數(shù)。因?yàn)槊總€(gè)子網(wǎng)的首、尾IP地址必須保留（一個(gè)為網(wǎng)絡(luò)地址，一個(gè)為廣播地址），所以它等于IP_block－2，IP_num也用于計(jì)算主機(jī)塊。
5.M指子網(wǎng)掩碼。
表示上述變量關(guān)系的公式如下：
M=256－IP_block IP_block=256/Subnet_block或Subnet_block=256/IP_block IP_num=IP_block－2 Subnet_num=Subnet_block－2.
6.2的冪數(shù)。大家要熟練掌握28（256）以?xún)?nèi)的2的冪代表的十進(jìn)制數(shù)（如128=27、64=26等），這樣可以使我們立即推算出Subnet_block和IP_block的數(shù)目。
（三）舉例說(shuō)明
現(xiàn)在，通過(guò)舉一些實(shí)際例子，大家可以對(duì)子網(wǎng)掩碼和主機(jī)塊的十進(jìn)制算法有深刻的了解。
1.已知所需子網(wǎng)數(shù)12，求實(shí)際子網(wǎng)數(shù)。
這里實(shí)際子網(wǎng)數(shù)指Subnet_num，由于12最接近2的冪為16（24），即Subnet_block=16，那么Subnet_num=16－2=14，故實(shí)際子網(wǎng)數(shù)為14.
2.已知一個(gè)B類(lèi)子網(wǎng)的每個(gè)子網(wǎng)主機(jī)數(shù)要達(dá)到60×255個(gè)（約相當(dāng)于X.Y.0.1～X.Y.59.254的數(shù)量），求子網(wǎng)掩碼。
首先，60接近2的冪為64（26），即IP_block=64； 其次，子網(wǎng)掩碼M=256－IP_block=256－64=192，***由子網(wǎng)掩碼格式B類(lèi)是255.255.M.0得出子網(wǎng)掩碼為255.255.192.0.
3.如果所需子網(wǎng)數(shù)為7，求子網(wǎng)掩碼。
7最接近2的冪為8，但8個(gè)Subnet_block因?yàn)橐Ａ羰?、?個(gè)子網(wǎng)塊，即 8－2=6< 7，并不能達(dá)到所需子網(wǎng)數(shù)，所以應(yīng)取2的冪為16，即Subnet_block=16.因?yàn)镮P_block=256/Subnet_block= 256/16=16，所以子網(wǎng)掩碼M=256－IP_block=256－16=240.
4.已知網(wǎng)絡(luò)地址為211.134.12.0，要有4個(gè)子網(wǎng)，求子網(wǎng)掩碼及主機(jī)塊。
由于211.Y.Y.Y是一個(gè)C類(lèi)網(wǎng)，子網(wǎng)掩碼格式為255.255.255.M，又知有4個(gè)子網(wǎng)，4接近2的冪是8（23），所以 Subnet_block=8，Subnet_num=8－2=6，IP_block=256/Subnet_block=256/8=32，子網(wǎng)掩碼M =256－IP_block=256－32=224，故子網(wǎng)掩碼表示為255.255.255.224.又因?yàn)樽泳W(wǎng)塊的首、尾兩塊不能使用，所以可分配6 個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)有32個(gè)可分配主機(jī)塊，即32～63、64～95、96～127、128～159、160～191、192～223，其中首塊（0～31）和尾塊（224～255）不能使用。
由于每個(gè)子網(wǎng)塊中的可分配主機(jī)塊又有首、尾兩個(gè)不能使用（一個(gè)是子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址，一個(gè)是子網(wǎng)廣播地址），所以主機(jī)塊分別為33～62、65～94、 97～126、129～158、161～190及193～222，因此子網(wǎng)掩碼為255.255.255.224，主機(jī)塊共有6段，分別為 211.134.12.33～211.134.12.62、211.134.12.65~211.134.12.94、 211.134.12.97～211.134.12.126、211.134.12.129～211.134.12.158、 211.134.12.161～211.134.12.190及211.134.12.193～211.134.12.222.用戶(hù)可以任選其中的4段作為4個(gè)子網(wǎng)。
總之，只要理解了公式中的邏輯關(guān)系，就能很快計(jì)算出子網(wǎng)掩碼，并得出可分配的主機(jī)塊。
子網(wǎng)掩碼的主要功能是告知網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，一個(gè)特定的IP地址的哪一部分是包含網(wǎng)絡(luò)地址與子網(wǎng)地址，哪一部分是主機(jī)地址。網(wǎng)絡(luò)的路由設(shè)備只要識(shí)別出目的地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)與子網(wǎng)號(hào)即可作出路由尋址決策，IP地址的主機(jī)部分不參與路由器的路由尋址操作，只用于在網(wǎng)段中唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口。本來(lái)，如果網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中只使
用A、B、C這三種主類(lèi)地址，而不對(duì)這三種
主類(lèi)地址作子網(wǎng)劃分或者進(jìn)行主類(lèi)地址的匯總，則網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)IP
地址的***個(gè)字節(jié)的數(shù)值范圍即可判斷它屬于A、B、C中的哪一個(gè)主類(lèi)網(wǎng)，進(jìn)而可確定該IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分和主機(jī)部分，不需要子網(wǎng)掩碼的輔助。
但為了使系統(tǒng)在對(duì)A、B、C這三種主類(lèi)網(wǎng)進(jìn)行了子網(wǎng)的劃分，或者采用無(wú)類(lèi)別的域間選路技術(shù)（Classless Inter-Domain Routing，CIDR）對(duì)網(wǎng)段進(jìn)行匯總的情況下，也能對(duì)IP地址的網(wǎng)絡(luò)及子網(wǎng)部分與主機(jī)部分作正確的區(qū)分，就必須依賴(lài)于子網(wǎng)掩碼的幫助。
子網(wǎng)掩碼使用與IP相同的編址格式，子網(wǎng)掩碼為1的部分對(duì)應(yīng)于IP地址的網(wǎng)絡(luò)與子網(wǎng)部分，子網(wǎng)掩碼為0的部分對(duì)應(yīng)于IP地址的主機(jī)部分。將子網(wǎng)掩碼和 IP地址作"與"操作后，IP地址的主機(jī)部分將被丟棄，剩余的是網(wǎng)絡(luò)地址和子網(wǎng)地址。例如，一個(gè)IP分組的目的IP地址為：10.2.2.1，若子網(wǎng)掩碼為：255.255.255.0，與之作"與"運(yùn)算得：10.2.2.0，則網(wǎng)絡(luò)設(shè)備認(rèn)為該IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)與子網(wǎng)號(hào)為：10.2.2.0.子網(wǎng)掩碼是用來(lái)判斷任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的IP地址是否屬于同一子網(wǎng)絡(luò)的根據(jù)。
最為簡(jiǎn)單的理解就是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)各自的IP地址與子網(wǎng)掩碼進(jìn)行AND運(yùn)算后，如果得出的結(jié)果是相同的，則說(shuō)明這兩臺(tái)計(jì)算機(jī)是處于同一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)上的，可以進(jìn)行直接的通訊。就這么簡(jiǎn)單。
請(qǐng)看以下示例：
運(yùn)算演示之一：aa
I P 地址 192.168.0.1
子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0
AND運(yùn)算
轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算：
I P 地址 11010000.10101000.00000000.00000001
子網(wǎng)掩碼 11111111.11111111.11111111.00000000
AND運(yùn)算
11000000.10101000.00000000.00000000
轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制后為：
192.168.0.0
運(yùn)算演示之二：
I P 地址 192.168.0.254
子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0
AND運(yùn)算
轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算：
I P 地址 11010000.10101000.00000000.11111110
子網(wǎng)掩碼 11111111.11111111.11111111.00000000
AND運(yùn)算
11000000.10101000.00000000.00000000
轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制后為：
192.168.0.0運(yùn)算演示之三：
I P 地址 192.168.0.4
子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0
ND運(yùn)算
轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算：
I P 地址 11010000.10101000.00000000.00000100
子網(wǎng)掩碼 11111111.11111111.11111111.00000000
AND運(yùn)算
11000000.10101000.00000000.00000000
轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制后為：
192.168.0.0
通過(guò)以上對(duì)三組計(jì)算機(jī)IP地址與子網(wǎng)掩碼的AND運(yùn)算后，我們可以看到它運(yùn)算結(jié)果是一樣的。均為192.168.0.0
所以計(jì)算機(jī)就會(huì)把這三臺(tái)計(jì)算機(jī)視為是同一子網(wǎng)絡(luò)，然后進(jìn)行通訊的。我現(xiàn)在單位使用的代理服務(wù)器，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)就是這樣規(guī)劃的。
也許你又要問(wèn)，這樣的子網(wǎng)掩碼究竟有多少了IP地址可以用呢？你可以這樣算。
根據(jù)上面我們可以看出，局域網(wǎng)內(nèi)部的ip地址是我們自己規(guī)定的（當(dāng)然和其他的ip地址是一樣的），這個(gè)是由子網(wǎng)掩碼決定的通過(guò)對(duì)255.255.255.0的分析?？傻贸觯?/P>
前三位IP碼由分配下來(lái)的數(shù)字就只能固定為192.168.0 所以就只剩下了***的一位了，那么顯而易見(jiàn)了，ip地址只能有（2的8次方-1），即256-1=255一般末位為0或者是255的都有其特殊的作用。
但是這樣劃分但浪費(fèi)地址了，所以后來(lái)又引出一種叫VLSM（可變長(zhǎng)掩碼）的新算法。
如果共有50臺(tái)機(jī)器 ，那一定是用C類(lèi)地址。但是如果用C類(lèi)的話(huà)每一個(gè)網(wǎng)段可以用到253臺(tái)主機(jī)而你現(xiàn)在只有50臺(tái)，這樣的話(huà)不是要浪費(fèi)200臺(tái)了嗎？但是如果用了VLSM就不同了請(qǐng)看。
如果是靜態(tài)掩碼的話(huà)C類(lèi)地址因該是255.255.255.0
50< 2的7次方，化為十進(jìn)制就是64.所以VLSM就是255.255.255.64
例一：IP：192.168.0.1
SubstMask：255.255.255.64
轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制11000000.10101000.00000000.00000001
11111111.11111111.00000000.1000000
AND與運(yùn)算
11000000.10101000.00000000.00000000
轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制192.168.0.0
例二：192.168.0.50
SubstMask：255.255.255.64
轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制11000000.10101000.00000000.00110010
11111111.11111111.11111111.01000000
AND與運(yùn)算
11000000.10101000.00000000.00000000
轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制192.168.0.0
以上二個(gè)地址在同一網(wǎng)段
再看：
例三：IP：192.168.0.65
SubstMask：255.255.255.64
轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制11000000.10101000.00000000.01000001
11000000.10101000.00000000.01000000
AND與運(yùn)算
110000000.10101000.00000000.010000000
轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制192.168.0.64
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