子网掩码与IP地址

摘　要：随着网络迅速发展，局域网越来越受欢迎。合理分配IP地址以及科学地使用子网掩码划分子网有助于提高地址空间的实际利用率，进而提高子网的传输带宽。本文主要IP地址和子网掩码的一些基本理论知识以及子网掩码与IP地址的关系进行了分析。

关键词：IP地址；子网；子网掩码
1. IP地址
　　IP地址是TCP/IP网络用于表示主机地址的一个数字串。一个IP地址是用来标识网络中的一个通信实体，它是计算机中唯一的标识，它相当于是计算机的“身份证”。传输中的信息带有源地址和目的地址，分别对通信的源结点和目的结点进行标识。不同的物理网络技术通常具有不同的地址结构和不同的地址长度。在一个物理网络中，每个结点都至少有一个机器可识别的地址，该地址叫作物理地址，其又称硬件地址、MAC地址或第二层地址。互联网在网络层完成地址的统一工作，将不同物理网络的地址统一到具有全球唯一性的IP地址上，IP层所用到的地址叫作互联网地址，又叫IP地址，如图1用IP地址统一物理网络地址。IP地址是由用于标识该地址所从属的网络号和用于指明该网络上某个特定主机的主机号构成，表示为：IP-address：：={，}，如图2所示。IP地址是网络中计算机的ID，采用32位分隔的十进制来表示，例如：192.168.1.168，一共占用32位，分成四组。

图1 用IP地址统一物理网络地址

图2 IP地址
    IP定义了五类IP地址：A类、B类、C类、D类、E类。如图3所示。
    在A类地址中，网络号占1字节，且第一位为0，故网络号范围为00000001.00000000.00000000.00000000—01111111.00000000.00000000.00000000，用“点分十进制”表示为：0.0.0.0—127.0.0.0，但由于0和1 2 7号网络是特殊号不能被使用，故Internet中能用的A类网络为：1.0.0.0—126.0.0.0；主机号占3字节，因此，理论上主机的数目应该为2的2 4次方台，但作为主机号要除去全1和全0，实际上可以用主机号为1—16777214。
    在B类地址中，网络号占2字节，前2位为1 0。除去特殊号后网络号范围为：10000000.00000001.00000000.00000000—10111111.11111110.00000000.00000000，用“点分十进制”表示为：128.1.0.0—191.254.0.0；主机号占2字节，除去全1和全0特殊号，实际可用主机号为1—65534。在C类地址中，网络号占3字节，前3位为110，除去特殊号后C类网络的范围为：11000000.00000000.00000001.00000000—
11011111.11111111.11111110.00000000，用“点分十进制”表示为：192.0.1.0—223.255.254.0，主机号占1字节，除去全1和全0特殊号，实际可用主机号为1—2 5 4。在以上三类地址中，I P地址不连续，因为有些是特殊号，有特殊的意义或用途，将在下面叙述。
　　D类地址以1 1 1 0开头，主要用于多重广播组，一般用户不采用；而E类地址主要是预留以备后用的实验性地址。

图3 IP地址类别
2. 子网掩码
2.1子网的划分
　　一个标准的A类、B类和C类网络可以进一步划分为子网。子网划分技术能够使单块网络地址横跨几个物理网络，这样路由器所连接的多个物理网络可以是同属于一个网络的不同子网。子网划分的主要原因就是地址空间能够被有效地利用，使得管理更加方便，可以将广播和通信隔离开来，从而使得网络拥塞现象不断减少。划分子网的方法是将IP地址的主机号部分划分成两部分，拿出一部分来标识子网，另一部分仍然作为主机号。如图4所示，带子网表示的IP地址结构。划分后IP地址由网络号、子网号以及主机号组成。因此，IP地址可以表示为：IP-address：：={，，}


图4 带子网的IP地址结构
　　等划分子网后，TCP/IP采用子网掩码来确定网络号、子网号以及主机号的长度。子网掩码是一个32位的二进制数字，制定了子网标识和主机号的分界点。子网掩码中对应于网络号和子网号的所有比特都被设为1，而对应于主机号的所有比特都被设为0。TCP/IP协议使用子网掩码判断目的主机是位于本地子网，还是位于远程子网。将子网掩码和IP地址进行按位“与”运算这就是获得子网地址的主要方法。通常一个网络时划分子网的划分可以从以下进行：首先，对需要多少个子网号来唯一标识每一个子网进行确定；其次，对需要多少个主机号来标识每个物理网络上的每台主机进行确定；再次，对子网数和子网中的主机数后进行综合考虑，然后确定一个符合要求的子网掩码；第四，确定标识每个子网的网络号；第五，确定每个子网上可以使用的主机号的范围。例如：假设已经得到一个B类网络地址160.46.0.0。要求把整个网络划分成18个不同的子网，该网络的最大的段要求1800个可供主机寻址的地址。想要提供18个子网，必须占用主机地址的5比特。除去子网号为全“0”和全“1”的子网外，5比特可以提供30个可用的子网（25-2=30）。子网掩码为：255.255.248.0。每个子网可以容纳的主机数为211-2=2046，可以满足要求。表1给出了各个子网的地址、子网中主机IP地址的范围以及子网的直接广播地址。
　　表1 160.46.0.0的32个子网划分
子网地址开始地址结束地址广播地址160.46.0.0n/an/an/a160.46.8.0160.46.8.1160.46.15.254160.46.15.255160.46.16.0160.46.16.1160.46.23.254160.46.23.255160.46.24.0160.46.24.1160.46.31.254160.46.31.255160.46.31.0160.46.32.1160.46.39.254160.46.39.255……………………160.46.240.0160.46.240.1160.46.247.254160.46.247.255160.46.248.0n/an/an/a2.2子网掩码运算
　　本文对如何使用扩展子网掩码“派生”出需要的子网这个问题借助一下例子来进行分析。
　　例如：某公司有4个位于不同地区的分公司，业务需要每个分公司都要有独立的子网。依次为1、2、3、4，各公司主机数分别为28、30、40、60台。现公司申请一个C类IP地址210. 37. 198. 0,请根据各分公司情况为其设置子网掩码。
　　分析：C类IP地址，默认子网掩码是255. 255. 255. 0。要由210. 37. 198. 0派生出其他IP地址，关键是是在第4个字节“做文章”。要分出四个子网，子网的网络标识位至少要能示出4种可用的组合。若网络标识位占3位。去掉全为0和全为1的组合。还剩23-2=6种。可以表示6个子网，剩余5位表示主机位，每个子网中主机数最多为25-2=30个。要把原来的主机位拿出3位表示子网，子公司1和2的子网掩码就设为
　　11111111    11111111    11111111    11100000
　　即为255.255.255.224就满足要求 。
　　从6个子网中任意选择2段子网分配给子公司1和2。以下列表为6个子网的具体描述(只给出第4个字节)。
　　表2 6个子网的具体描述
序号        网络地址        主机地址　备注二进制十进制二进制十进制1001000003200100001~0011111033~62
每个子网最多可容纳30台主机。2010000006401000001~0101111065~943011000009601100001~0111111097~12641000000012810000001~10011110129~15851010000016010100001~10111110161~19061100000019211000001~11011110193~222至于公司3和4其主机数大于30，那么我们只有增加主机的位数才能满足要求了。我们用后6位表示主机位。最多可以表示2-2=62个主机。看来主机数绰绰有余了。可以表示的网络数2-2=2个，刚刚好分别表示公司3和4.公司3和4的子网掩码就是
　　11111111　11111111　11111111　11000000
　　即为255. 255. 255. 192就可满足要求。具体分配如下(只给出第4个字节)：
　　公司3子网： 01000001~01111110即65~126
　　公司4子网:：10000001~10111110即129~190
　　总结：如果分别为4个子公司申请4个C类IP地址，不仅造成了IP地址的极大浪费，而且也会加大公司的经济开销。利用扩展子网掩码轻松解决了由一个网段“派生”出更多子网的问题。
    关于子网掩码的计算还涉及到另一个方面：给出两台计算机的IP地址和子网掩码，判断其是否在同一个子网。道理很简单，通过子网掩码找出它们各自的“三八线”。如果前一部分相同也就是网络位一样，那么它们就是在同一个网段或者说同一个子网中了，否则不是。所谓的专业术语大概都是这么描述的：“将子网掩码分别和两台计算机的IP地址进行与运算，结果相同它们在同一个子网中，否则不是。”，道理就是这样的。
2.3子网掩码在IP地址中的应用
　　子网掩码与IP地址结合使用可以区分出该ip地址对应的网络号和主机号。如一个C类地址192.168.110.15，其子网掩码是255.255.255.0，则其网络号和主机号可按如下方法得到：将IP地址和子网掩码转换成二进制数，将这两个二进制数进行逻辑与运算，再转换成十进制数为192.168.110.0这样就得到了该IP地址对应的网络号192.168.110；当将子网掩码取反后再跟IP地址进行逻辑与运算，结果为0.0.0.15，则该IP地址的主机号为15。
    子网掩码是判断任意两台主机IP地址是不是属于同一个网络的根据。将两台主机的IP地址分别和子网掩码进行逻辑与运算，如果它们得到的网络号一样，则表明这两台主机属于同一网段，能够直接通讯。如IP地址为192.168.110.8的主机跟192.168.110.119的主机在子网掩码都为255.255.255.0条件下能不能直接通讯呢？将这两个IP地址和子网掩码都转换成二进制数值，两个IP地址分别跟子网掩码进行逻辑与运算，得到的结果全为192.168.110.0，所以两台主机处于同一网段，能够直接进行通讯。
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