IP地址及子网划分和计算

IP地址及子网划分和计算1/18IP地址及子网划分和计算不管是学习网络还是上网，IP地址都是出现频率非常高的词。Windows系统中设置IP地址的界面如图1所示，图中出现了IP地址、子网掩码、默认网关和DNS服务器这几个需要设置的地方，只有正确设置，网络才能通，那这些名词都是什么意思呢?学习IP地址的相关知识时还会遇到网络地址、广播地址、子网等概念，这些又是什么意思呢？图1要解答这些问题，先看一个日常生活中的例子。如图2所示，住在北大街的住户要能互相找到对方，必须各自都要有个门牌号，这个门牌号就是各家的地址，门牌号的表示方法为：北大街+XX号。假如1号住户要找6号住户，过程是这样的，1号在大街上喊了一声：谁是6号，请回答。，这时北大街的住户都听到了，但只有6号作了回答，这个喊的过程叫广播，北大街的所有用户就是他的广播范围，假如北大街共有20个用户，那广播地址就是：北大街21号。也就是说，北大街的任何一个用户喊一声能让广播地址-1个用户听到。图2从这个例中可以抽出下面几个词：IP地址及子网划分和计算2/18街道地址：北大街，如果给该大街一个地址则用第一个住户的地址-1，此例为：北大街0号住户的号：如1号、2号等。住户的地址：街道地址+XX号，如北大街1号、北大街2号等广播地址：最后一个住户的地址+1，此例为：北大街21号Internet网络中，每个上网的计算机都有一个像上述例子的地址，这个地址就是IP地址，是分配给网络设备的门牌号，为了网络中的计算机能够互相访问，IP地址=网络地址+主机地址，图1中的IP地址是192.168.100.1，这个地址中包含了很多含义。如下所示：网络地址（相当于街道地址）：192.168.100.0主机地址（相当于各户的门号）：0.0.0.1IP地址（相当于住户地址）：网络地址+主机地址=192.168.100.1广播地址：192.168.100.255这些地址是如何计算出来的呢？为什么计算这些地址呢？要想知道如何，先要明白一个道理，学习网络的目的就是如何让网络中的计算机相互通讯，也就是说要围绕着通这个字来学习和理解网络中的概念，而不是只为背几个名词。注：192.168.100.1是私有地址，不能直接在Internet网络中应用，上Internet要转为公有地址，详细说明见后文。一、为什么要计算网络地址一句话就是让网络中的计算机能够相互通讯。先看看最简单的网络，图3中是用网线（交叉线）直接将两台计算机连起来。下面是几种IP地址设置，看看在不同设置下网络是通还是不通。1、对1#机和2#机的IP地址做如下设置1号机的IP地址为192.168.0.1子网掩码为255.255.255.0；2号机的IP地址为192.168.0.200子网掩码为255.255.255.0，这样它们就能正常通讯。2、如果1号机地址不变，将2号机的IP地址改为192.168.1.200子网掩码还是为255.255.255.0，那这两台就无法通讯。3、设置1号机的IP地址为192.168.0.1子网掩码为255.255.255.192，2号机的IP地址为192.168.0.200子网掩码为255.255.255.192，注意和第1种情况的区别在于子网掩码，1为255.255.255.0本例是255.255.255.192，这两台计算机就不能正常通讯。图3第1种情况能通是因为这两台计算机处在同一网络192.168.0.0，所以能通，而2、3种情况下两台计算机处在不同的网络，所以不通。这里先给个结论：用网线直接连接或通过HUB或普通交换机间连接的计算机之间要能够相互通，计算机必须要在同一网络，也就是说它们的网络地址必须相同，而且主机地址必须不一样。如果不在一个网络就无法通。这就像我们上面举的例子，同是北大街的住户由于街道名称都是北大街，且各自的门牌号不同，所以能够相互找到对方。IP地址及子网划分和计算3/18计算网络地址就是判断网络中的计算机是否在同一网络，在就能通，不在就不能通。注意，这里说的是否在同一网络指的是IP地址而不是物理连接。那么如何计算呢？二、如何计算网络地址我们日常生活中的地址如：北大街1号，从字面上就能看出街道地址是北大街，而我们从IP地址中却难以看出网络地址，要计算网络地址，必须借助我们上边提到过的子网掩码。计算过程是这样的，将IP地址和子网掩码都换算成二进制，然后进行与运算，结果就是网络地址。与运算如下所示，上下对齐，1位1位的算，1与1=1，其余组合都为0图4例如：计算IP地址为：202.99.160.50子网掩码是255.255.255.0的网络地址步骤如下：1）将IP地址和子网掩码分别换算成二进制202.99.160.50换算成二进制为11001010·01100011·10100000·00110010255.255.255.0换算成二进制为11111111·11111111·11111111·000000002）将二者进行与运算图53）将运算结果换算成十进制，这就是网络地址。11001010·01100011·10100000·00000000换算成十进制就是202.99.160.0现在我们就可以解答上面三种情况的通与不通的问题了。1、从下面运算结果可看出两计算机的网络地址都为192.168.0.0且IP地址不同，所以可以通。图6IP地址及子网划分和计算4/182、从下面运算结果可以看出1号机的网络地址为192.168.0.0；2号机的网络地址为192.168.1.0不在一个网络，所以不通。图73、从下面运算结果可以看出1号机的网络地址为192.168.0.0，2号机的网络地址为192.168.0.192不在一个网络，所以不通图8看到这里大家应该明白为何要计算网络地址和如何计算了，但也许还有很多疑问，如IP地址为什么写成这样，子网掩码到底是怎么回事等等，别急，下面慢慢介绍。三、IP地址的介绍1、IP地址的表示方法IP地址=网络号+主机号192.168.100.1=192.168.100.0+0.0.0.1192.168.100.3=192.168.100.0+0.0.0.3192.168.1.100=192.168.1.0+0.0.0.100如果把整个Internet网作为一个单一的网络，IP地址就是给每个连在Internet网的主机分配一个全世界范围内唯一的标示符，Internet管理委员会定义了A、B、C、D、E五类地址，在每类地址中，还规定了网络编号和主机编号。在TCP/IP协议中，IP地址是以二进制数字形式出现的，共32bit，1bit就是二进制中的1位，但这种形式非常不适用于人阅读和记忆。因此Internet管理委员会决定采用一种点分十进制表示法表示IP地址：面向用户的文档中，由四段构成的32比特的IP地址被直观地表示为四个以圆点隔开的十进制整数，其中，每一个整数对应一个字节（8个比特为一个字节称为一段）。A、B、C类最常用，下面加以介绍。本文介绍的都是版本4的IP地址，称为IPv4.IP地址及子网划分和计算5/18从上图可以看出：A类地址：A类地址的网络标识由第一组8位二进制数表示，A类地址的特点是网络标识的第一位二进制数取值必须为0。比如：1.x.y.z＝00000001.x.y.z10.x.y.z＝00001010.x.y.z27.x.y.z＝00011011.x.y.z102.x.y.z＝01100110.x.y.z127.x.y.z＝01111111.x.y.z注意，127除了第一位为0，其他每位均为1。下一个更高的二进制值将在最左位上设置1，然而，其结果不是A类地址。所以，127.x.y.z是最高的A类地址。A类地址使用第一个八位二进制比特位表示惟一性网络地址，而用其余3个八位二进制位表示该网络上的主机地址。由于第一个比特位为0，所以，在第一个八位二进制位中余下的7位用于将本网络与其他网络区分开来。而另24位由每个主机使用，作为该网上标识自己的编号。要注意重要的规则是网络地址不可以全部为0。这就是说，只有127个A类地址可用。使人马上想到有127个网络，下面的等式提供：27-1＝127上式中的2是每比特位可能的值（1或0），7是所用的位数量，1是7位均为0的地址（注意：网络地址不能全为0）。对于127个网络中的每个网络，每个地址使用另24位组成自己的主机惟一性。24位的所有可能组合产生了惟一性主机IP地址的数量，可用于127个网络中的每个网络，127个A类网络的每个都有224—2=16，777，214个可能的惟一性IP地址。地址的主机部分也不能全为0，且不能全为1。这样，每个A类网的主机数量从下面公式得出：224-2＝16,777,214减去2是因为全为1和全为0的地址是无效的。在127个可以使用的A类网络中，有一个地址预留出来为测试使用：网络地址127.x.y.z被预留为回送地址。比如，网络管理员正测试TCP/IP安装时，测试127.0.0.1指的是被测试的主机。这样实际能使用的A类网络号只有126个。B类地址：B类地址的第一个八位二进制位的十进制数是在128到191。比如：128.x.y.zIP地址及子网划分和计算6/18以二进制数来看，B类地址的最左两位总是10。如：128.x.y.z＝10000000.x.y.z151.x.y.z＝10010111.x.y.z165.x.y.z＝10100101.x.y.z191.x.y.z＝10111111.x.y.z注意，191的八位二进制位的每位都是1，只有左数第2位是0。下一个比它大的二进制值将在左数第2位上设1，其结果就不是B类地址了。这样，191.x.y.z是最高的B类地址。B类地址使用最前面的两个八位二进制位表示惟一性网络地址，并用另两个八位二进制位组成该网络上的惟一性主机地址。因为头两位为10，所以，就用第一个字节的其余6位和第2字节的所有8位标识出本网络。主机使用16位在网络上标识自己。下式提供了B类网的数量：214＝16,384即可以使用16,384个B类网。在这16,384个网络中的每个网上，每个地址使用另16位标识自己。16位的所有可能的组合生成惟一性主机IP地址的数量。16,384个网络的每个均可有此数量的主机IP地址。16,384个B类网络的每个网上可能有65,534个唯一性IP地址：216－2＝65,534C类地址：C类地址的第一个字节的十进制数在192和223之间。如：192.x.y.z用二进制来看，C类地址的最左三位为110。如：192.x.y.z＝11000000.x.y.z200.x.y.z＝11001000.x.y.z210.x.y.z＝11010010.x.y.z223.x.y.z＝11011111.x.y.z注意，223除了左数第3位为0，其他位均为l。下一个比它高的二进制数将在左数第3位上设1，结果地址将不属于C类。所以，223.x.y.z是最高C类地址。C类地址使用前三个字节表示惟一性网络地址，并用其余的一个字节表示该网上的惟一性主机地址。因为第一个字节的前三位是110，C类地址的网络部分包括第一个字节剩下的5位、第二个字节的所有8位以及第3个字节的所有8位，总共21位。主机使用剩下的8位在该网络上标识自己。C类网数量可以有：221=2,0971,152也就是说，可以使用的C类网共有2,097,152个。在2,097,152个网的每个网上，每个地址使用其他8位标识自己。8个位的所有可能组合生成惟一性IP地址数量，这个数量可用于2,097,152个网络的每个网上。2,097,152个C类网的每个网络有255个可能的惟一性IP地址：28－2＝254有些人对范围是2x不太理解，举个简单的例子加以说明。如C类网，每个网络允许有28-2=254台主机是这样来的。因为C类网的主机位是8位，变化如下:00000000000000010000001000000011……1111111011111111除去00000000和11111111不用外，从00000001到11111110共有254个变