CCNA基礎(chǔ)：詳解IP地址和子網(wǎng)掩碼

1、CCNA基礎(chǔ)：詳解IP地址和子網(wǎng)掩碼一、為什么要使用IP地址？一個IP地址是用來標識網(wǎng)絡(luò)中的一個通信實體，比如一臺主機，或者是路由器的某一個端口。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地址來進行標識，如同我們寫一封信，要標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該地址來決定郵件的去向。同樣的過程也發(fā)生在計算機網(wǎng)絡(luò)里，每個被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包也要包括的一個源IP地址和一個目的IP地址，當該數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中進行傳輸時，這兩個地址要保持不變，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)包從源通信實體送往指定的目的通信實體。目前，IP地址使用32位二進制地址格式，為方便記憶，通常

2、使用以點號劃分的十進制來表示，如：202.112.14.1.一個IP地址主要由兩部分組成：一部分是用于標識該地址所從屬的網(wǎng)絡(luò)號；另一部分用于指明該網(wǎng)絡(luò)上某個特定主機的主機號。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)計者將IP地址空間劃分為五個不同的地址類別，如下表所示，其中A，B，C三類最為常用：A類 0127 0 8位 24位B類 128191 10 16位 16位C類 192223 110 24位 8位D類 224239 1110 組播地址E類 240255 1111 保留試驗使用網(wǎng)絡(luò)號由因特網(wǎng)權(quán)力機構(gòu)分配，目的是為了保證網(wǎng)絡(luò)地址的全球唯一性。主機地址由各個網(wǎng)絡(luò)的管理員統(tǒng)一分配。

3、因此，網(wǎng)絡(luò)地址的唯一性與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主機地址的唯一性確保了IP地址的全球唯一性。二、劃分子網(wǎng)為了提高IP地址的使用效率，可將一個網(wǎng)絡(luò)劃分為子網(wǎng)：采用借位的方式，從主機位最高位開始借位變?yōu)樾碌淖泳W(wǎng)位，所剩余的部分則仍為主機位。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識一個網(wǎng)絡(luò)。把所有的網(wǎng)絡(luò)位用1來標識，主機位用0來標識，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

4、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)號和主機號）。小竅門子網(wǎng)的計算在思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學院CCNA教學和考試當中，不少同學在進行IP地址規(guī)劃時總是很頭疼子網(wǎng)和掩碼的計算。現(xiàn)在給大家一個小竅門，可以順利的解決這個問題。首先，我們看一個CCNA考試中常見的題型：一個主機的IP地址是202.112.14.137，掩碼是255.255.255.224，要求計算這個主機所在網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址。常規(guī)辦法是把這個主機地址和子網(wǎng)掩碼都換算成二進制數(shù)，兩者進行邏輯與運算后即可得到網(wǎng)絡(luò)地址。其實大家只要仔細想想，可以得到另一個方法： 255.255.255.224的掩碼所容納的IP地址有

5、25622432個（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地址的開始，廣播地址是結(jié)束，可使用的主機地址在這個范圍內(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網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址減1.而下一個32的倍數(shù)是160，因此可以得到廣播地址為 202.112.14.159.可參照下圖來理解本例：CCNA考試中，還有一種題型，要你根據(jù)每個網(wǎng)絡(luò)的主機數(shù)量進行子網(wǎng)地址的規(guī)劃和計算子網(wǎng)掩碼。這也可按上述原則進行計算。比如一個子網(wǎng)有10臺主機，那么對于這個子網(wǎng)就需要1011113個IP地址。（注

6、意加的第一個1是指這個網(wǎng)絡(luò)連接時所需的網(wǎng)關(guān)地址，接著的兩個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），所以主機位為4位。而25616240，所以該子網(wǎng)掩碼為255.255.255.240.如果一個子網(wǎng)有14臺主機，不少同學常犯的錯誤是：依然分配具有16個地址空間的子網(wǎng)，而忘記了給網(wǎng)關(guān)分配地址。這樣就錯誤了，因為14111 17 ，大于16，所以我們只能分配具有32個地址（32等于2的5次方）空間的子網(wǎng)。這時子網(wǎng)掩碼為：255.255.255.224.三、 IP 地址的局限性最初的因特網(wǎng)設(shè)計者沒有預(yù)想到網(wǎng)絡(luò)會有如此快速地發(fā)展，因此現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)面臨的問題都可以追溯到因特網(wǎng)發(fā)展的

7、早期決策上，IP地址的分配更能體現(xiàn)這點。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）個地址可用。這樣的地址空間在因特網(wǎng)早期看來幾乎是無限的，于是便將IP地址根據(jù)申請而按類別分配給某個組織或公司，而很少考慮是否真的需要這么多個地址空間，沒有考慮到IPv4地址空間最終會被用盡。因此，IPv4地址是按照網(wǎng)絡(luò)的大?。ㄋ褂玫腎P地址數(shù)）來分類的，它的編址方案使用"類"的概念。A、B、C三類IP地址的定義很容易理解，也很容易劃分，但是在實際網(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。對于A、B類地址，很少有這

8、么大規(guī)模的公司能夠使用，而C類地址所容納的主機數(shù)又相對太少。所以有類別的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，需要長期的試驗驗證，因此，IPv4到 IPv6的完全過渡將是一個比較長的過程，在過渡期間我們?nèi)匀恍枰贗Pv4上實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的互連。而在90年代初期引入了變長子網(wǎng)掩碼（VLSM）和無類域間路由（CIDR）等機制，作為目前過渡時期提高IPv4地址空間使用效率的短期解決方案起到了很大的作用?？焖儆嬎阕泳W(wǎng)掩碼和主機塊一、明確概念在介紹十進制算法前我們先要明確一些概念。類范圍：

9、IP地址常采用點分十進制表示方法X.Y.Y.Y，在這里，X在1126范圍內(nèi)稱為A類地址；X在128191范圍內(nèi)稱為B類地址；X在 192223范圍內(nèi)稱為C類地址。比如10.202.52.130，因為X為10，在1126范圍內(nèi)，所以稱為A類地址。類默認子網(wǎng)掩碼：A類為 255.0.0.0； B類為 255.255.0.0； C類為 255.255.255.0.當我們要劃分子網(wǎng)用到子網(wǎng)掩碼M時，類子網(wǎng)掩碼的格式如下：A類為 255.M.0.0，B類為 255.255.M.0，C類為 255.255.255.M.M是相應(yīng)的子網(wǎng)掩碼，比如255.255.255.240.十進制計算基數(shù)是256（下面，我

10、們所有的十進制計算都要用256來進行）。二、變量說明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)掩碼下可分配的實際子網(wǎng)數(shù)量。Subnet_num =Subnet_block2.3.IP_block指每個子網(wǎng)可分配的IP地址塊大小。4.IP_num指每個子網(wǎng)實際可分配的IP地址數(shù)。因為每個子網(wǎng)的首、尾IP地址必須保留（一個為網(wǎng)絡(luò)地址，一個為廣播地址），所以它等于IP_block2，IP_num也用于計算主機塊。5.M指子網(wǎng)掩碼。表示上述變量關(guān)系的公式如下：M=256IP_blo

11、ck IP_block=256/Subnet_block或Subnet_block=256/IP_block IP_num=IP_block2 Subnet_num=Subnet_block2.6.2的冪數(shù)。大家要熟練掌握28（256）以內(nèi)的2的冪代表的十進制數(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、舉例說明現(xiàn)在，通過舉一些實際例子，大家可以對子網(wǎng)掩碼和主機塊的十進制算法有深刻的了解。1.已知所需子網(wǎng)數(shù)12，求實際子網(wǎng)數(shù)。這里實際子網(wǎng)數(shù)指Subnet_num，由于12最接近2的冪為16（24），即Subnet_block=

12、16，那么Subnet_num=162=14，故實際子網(wǎng)數(shù)為14.2.已知一個B類子網(wǎng)的每個子網(wǎng)主機數(shù)要達到60×255個（約相當于X.Y.0.1X.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=256IP_block=25664=192，最后由子網(wǎng)掩碼格式B類是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Subnet_block因為要保留首、尾2個子網(wǎng)塊，即 82=6< 7，并不能達到所需子網(wǎng)數(shù)，所以應(yīng)取2的冪為16，即S

13、ubnet_block=16.因為IP_block=256/Subnet_block= 256/16=16，所以子網(wǎng)掩碼M=256IP_block=25616=240.4.已知網(wǎng)絡(luò)地址為211.134.12.0，要有4個子網(wǎng)，求子網(wǎng)掩碼及主機塊。由于211.Y.Y.Y是一個C類網(wǎng)，子網(wǎng)掩碼格式為255.255.255.M，又知有4個子網(wǎng)，4接近2的冪是8（23），所以 Subnet_block=8，Subnet_num=82=6，IP_block=256/Subnet_block=256/8=32，子網(wǎng)掩碼M =256IP_block=25632=224，故子網(wǎng)掩碼表示為255.255.255

14、.224.又因為子網(wǎng)塊的首、尾兩塊不能使用，所以可分配6 個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)有32個可分配主機塊，即3263、6495、96127、128159、160191、192223，其中首塊（031）和尾塊（224255）不能使用。由于每個子網(wǎng)塊中的可分配主機塊又有首、尾兩個不能使用（一個是子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址，一個是子網(wǎng)廣播地址），所以主機塊分別為3362、6594、 97126、129158、161190及193222，因此子網(wǎng)掩碼為255.255.255.224，主機塊共有6段，分別為 211.134.12.33211.134.12.62、211.134.12.65211.134.12.94、 211.1

15、34.12.97211.134.12.126、211.134.12.129211.134.12.158、 211.134.12.161211.134.12.190及211.134.12.193211.134.12.222.用戶可以任選其中的4段作為4個子網(wǎng)?？傊?，只要理解了公式中的邏輯關(guān)系，就能很快計算出子網(wǎng)掩碼，并得出可分配的主機塊。子網(wǎng)掩碼的主要功能是告知網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，一個特定的IP地址的哪一部分是包含網(wǎng)絡(luò)地址與子網(wǎng)地址，哪一部分是主機地址。網(wǎng)絡(luò)的路由設(shè)備只要識別出目的地址的網(wǎng)絡(luò)號與子網(wǎng)號即可作出路由尋址決策，IP地址的主機部分不參與路由器的路由尋址操作，只用于在網(wǎng)段中唯一標識一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接

16、口。本來，如果網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中只使用A、B、C這三種主類地址，而不對這三種主類地址作子網(wǎng)劃分或者進行主類地址的匯總，則網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)IP地址的第一個字節(jié)的數(shù)值范圍即可判斷它屬于A、B、C中的哪一個主類網(wǎng)，進而可確定該IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分和主機部分，不需要子網(wǎng)掩碼的輔助。但為了使系統(tǒng)在對A、B、C這三種主類網(wǎng)進行了子網(wǎng)的劃分，或者采用無類別的域間選路技術(shù)（Classless Inter-Domain Routing，CIDR）對網(wǎng)段進行匯總的情況下，也能對IP地址的網(wǎng)絡(luò)及子網(wǎng)部分與主機部分作正確的區(qū)分，就必須依賴于子網(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的部分對應(yīng)于IP地址的網(wǎng)絡(luò)與子

17、網(wǎng)部分，子網(wǎng)掩碼為0的部分對應(yīng)于IP地址的主機部分。將子網(wǎng)掩碼和 IP地址作"與"操作后，IP地址的主機部分將被丟棄，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"運算得：10.2.2.0，則網(wǎng)絡(luò)設(shè)備認為該IP地址的網(wǎng)絡(luò)號與子網(wǎng)號為：10.2.2.0.子網(wǎng)掩碼是用來判斷任意兩臺計算機的IP地址是否屬于同一子網(wǎng)絡(luò)的根據(jù)。最為簡單的理解就是兩臺計算機各自的IP地址與子網(wǎng)掩碼進行AND運算后，如果得出的結(jié)果是相同的，則說明這兩臺計算機是處于同一個子網(wǎng)絡(luò)上的，可以進行直接的

18、通訊。就這么簡單。請看以下示例：運算演示之一：aaI P 地址 192.168.0.1子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0AND運算轉(zhuǎn)化為二進制進行運算：I P 地址11010000.10101000.00000000.00000001子網(wǎng)掩碼11111111.11111111.11111111.00000000AND運算11000000.10101000.00000000.00000000轉(zhuǎn)化為十進制后為：192.168.0.0運算演示之二：I P 地址 192.168.0.254子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0AND運算轉(zhuǎn)化為二進制進行運算：I P 地址11010000.1010100

19、0.00000000.11111110子網(wǎng)掩碼11111111.11111111.11111111.00000000AND運算11000000.10101000.00000000.00000000轉(zhuǎn)化為十進制后為：192.168.0.0運算演示之三：I P 地址 192.168.0.4子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0ND運算轉(zhuǎn)化為二進制進行運算：I P 地址11010000.10101000.00000000.00000100子網(wǎng)掩碼11111111.11111111.11111111.00000000AND運算11000000.10101000.00000000.00000000轉(zhuǎn)化為十

20、進制后為：192.168.0.0通過以上對三組計算機IP地址與子網(wǎng)掩碼的AND運算后，我們可以看到它運算結(jié)果是一樣的。均為192.168.0.0所以計算機就會把這三臺計算機視為是同一子網(wǎng)絡(luò)，然后進行通訊的。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，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（當然和其他的ip地址是一樣的），這個是由子網(wǎng)掩碼決定的通過對255.255.255.0的分析?？傻贸觯呵叭籌P碼由分配下來的數(shù)字就只能固定為192.168.0所以就只剩下了最后的一位了，那么顯而易見了，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地址了，所以后來又引出一種叫VLSM（可變長掩碼）的新算法。如果共有50臺機器 ，那一定是用C類地址。但是