2. IP 地址与子网划分

2.1 IP 地址分类（A/B/C 类）

一、IP 地址基础知识

  • IPv4 地址由 32 位二进制组成，通常写为 4 个十进制数（每段 8 位），以点号分隔，例如：192.168.1.1。
  • 每个 IP 地址分为两部分：
    • 网络部分（Network）：用于标识网络
    • 主机部分（Host）：用于标识该网络中的主机设备

二、IP 地址的分类标准

根据 IP 地址前几位的二进制形式，IPv4 可分为 A、B、C、D、E 五类，其中 A、B、C 类主要用于实际网络分配。

类别首字节范围（十进制）首字节二进制前缀网络部分长度主机部分长度默认子网掩码适用网络规模
A1 - 1260xxxxxxx8 位24 位255.0.0.0 (/8)超大型网络
B128 - 19110xxxxxx16 位16 位255.255.0.0 (/16)中型网络
C192 - 223110xxxxx24 位8 位255.255.255.0 (/24)小型网络

说明：

  • 127.x.x.x 为回环地址（Loopback Address），用于本机测试。
  • 0.x.x.x 一般保留为“本网络”标识，不能用于主机分配。

三、各类地址的特征

  • A 类地址
    • 网络号：8 位；主机号：24 位
    • 网络数少，但每个网络可连接上千万台主机（约 2²⁴ - 2 = 16,777,214）
    • 示例：10.1.2.3
    • 适合大型企业或 ISP 使用
  • B 类地址
    • 网络号：16 位；主机号：16 位
    • 网络数量适中，主机数约 2¹⁶ - 2 = 65,534
    • 示例：172.16.5.4
    • 适合中型企业或高校网络
  • C 类地址
    • 网络号：24 位；主机号：8 位
    • 网络数量多，主机数较少（2⁸ - 2 = 254）
    • 示例：192.168.1.1
    • 常用于小型局域网

四、分类示意图（根据首字节高位）

类别首字节二进制高位
A0xxxxxxx
B10xxxxxx
C110xxxxx

举例：

  • 10.1.2.3 → A 类地址（首字节二进制为 00001010，首位为 0）
  • 172.16.5.4 → B 类地址（首字节二进制为 10101100，前两位为 10）
  • 192.168.1.1 → C 类地址（首字节二进制为 11000000，前三位为 110）

五、常见疑问

  • 如何判断 IP 地址的类别？
    → 看 IP 地址的首字节及其二进制高位模式。
  • 默认子网掩码的作用？
    → 用于划分网络部分与主机部分。
  • 各类 IP 适合哪些场景？
    → 根据网络规模和需求进行选择。

六、私有 IP 地址（保留地址）

私有地址（Private IP）不能直接连接公网，用于局域网内部通信。

类别私有地址范围
A10.0.0.0 – 10.255.255.255
B172.16.0.0 – 172.31.255.255
C192.168.0.0 – 192.168.255.255

私有地址通常需通过 NAT 转换为公网地址才能访问互联网。

2.2 子网掩码与 CIDR 表示法

一、子网掩码（Subnet Mask）

  • 子网掩码是一个32 位的数值，用来表示 IP 地址中哪部分是网络号，哪部分是主机号。
  • 规则：网络位为 1，主机位为 0。

例如：

网络类型IP 地址子网掩码网络部分长度
A 类10.0.0.1255.0.0.0/8
B 类172.16.0.1255.255.0.0/16
C 类192.168.1.1255.255.255.0/24

子网掩码通过与 IP 地址按位与运算，得到网络地址。

示例：

IP：192.168.1.1
子网掩码：255.255.255.0 → 二进制形式为：

1
2
3
IP地址：      11000000.10101000.00000001.00000001
子网掩码：    11111111.11111111.11111111.00000000
网络地址：    11000000.10101000.00000001.00000000 → 192.168.1.0

二、CIDR 表示法（无类别域间路由）

CIDR（Classless Inter-Domain Routing）是一种更加灵活的 IP 地址划分方式，不再依赖固定的 A/B/C 类规则。

格式为：IP地址/网络位数，例如：

  • 192.168.1.0/24 → 表示前 24 位是网络部分，相当于子网掩码 255.255.255.0
  • 10.0.0.0/8 → 表示网络位为 8，相当于子网掩码 255.0.0.0
  • 172.16.0.0/12 → 子网掩码为 255.240.0.0，网络数更多，主机数更少

CIDR 是现在网络中最常见的 IP 表示方式，支持灵活的子网划分，是现代路由技术的基础。

三、CIDR 与子网掩码对照表（常用位数）

CIDR 后缀子网掩码可分配主机数（除去网络地址与广播地址）
/8255.0.0.016,777,214
/16255.255.0.065,534
/24255.255.255.0254
/30255.255.255.2522（常用于点对点链路）
/32255.255.255.2551（主机自身地址）

2.3 私有地址与公网地址

一、私有地址（Private IP Address）

  • 只能在局域网（LAN）中使用，不能直接访问公网
  • 需使用 NAT（网络地址转换） 将私有地址映射为公网地址后才能联网
类别私有 IP 地址范围对应网络位
A10.0.0.0 – 10.255.255.255/8
B172.16.0.0 – 172.31.255.255/12
C192.168.0.0 – 192.168.255.255/16

所有设备使用私有 IP 地址后，通过网关（如路由器）共享一个公网 IP 上网。

二、公网地址（Public IP Address）

  • 可在互联网上唯一标识一台主机
  • 由各国家/地区的网络管理机构分配，例如中国由 CNNIC 协调

三、为什么需要私有地址？

  • IPv4 地址资源有限，公网地址不够分配
  • 私有地址可在局域网内部重复使用，大大缓解地址枯竭问题
  • 提高内网安全性，外部设备无法直接访问私有地址

四、NAT 的作用与类型（简要）

  • 静态 NAT：一一映射
  • 动态 NAT：池中动态分配
  • PAT（端口地址转换）/NAT Overload：多个私有地址共享一个公网地址 + 端口

2.4 特殊 IP 地址

在 IPv4 中，有一些地址具有特殊用途，不能分配给普通主机使用：

特殊地址示例含义
网络地址192.168.1.0/24 中的 192.168.1.0表示整个网络，不代表某个主机
广播地址192.168.1.0/24 中的 192.168.1.255向该网络中所有主机发送消息
本机地址（Loopback）127.0.0.1代表本机，用于测试或通信（不经过网卡）
全 0 地址0.0.0.0不能作为主机地址，表示“任意 IP 地址”，常用于路由或监听绑定
全 1 地址255.255.255.255限定广播（local broadcast），仅在本网络段广播
APIPA 地址169.254.0.0/16当主机无法获得 DHCP 地址时自动配置的地址
保留地址段240.0.0.0 – 255.255.255.254保留做未来用途（实验性使用）

2.5 子网划分实战（基本思路）

子网划分是将一个网络划分为多个更小的网络，用于优化地址使用和增强网络管理能力。

一、子网划分的基本原则

目标：根据需要主机数或网络数，选择合适的子网掩码（或 CIDR 后缀）

举例题目 1（按主机数划分）：

某公司需要将 192.168.1.0/24 网络划分成多个子网，每个子网要能容纳 至少 30 台主机，应如何划分？

  1. 分析需求：
    • 每个子网要有 ≥ 30 台主机
    • 每个子网需要的地址数 = 30（主机）+ 2（网络地址和广播地址）= 32
    • 需要 2^n ≥ 32，即 n=5（5 位主机位）
  2. 确定子网掩码：
    • IP 为 192.168.1.0/24，原本主机位是 8 位
    • 新子网划分后主机位需保留 5 位 → 网络位 = 32 – 5 = 27 位
    • 所以子网掩码为 /27，即 255.255.255.224
  3. 划分子网结果：
    • 每个子网块大小：2^5 = 32 个地址
    • 可划分子网数：2^(27–24) = 2^3 = 8 个子网
子网编号网络地址可用主机 IP 范围广播地址
子网 1192.168.1.0192.168.1.1 – 192.168.1.30192.168.1.31
子网 2192.168.1.32192.168.1.33 – 192.168.1.62192.168.1.63
子网 3192.168.1.64……
…………

二、划分子网的常见用途

  • 按部门/楼层划分网络（如研发、财务、销售）
  • 控制广播范围，提高网络效率
  • 网络访问控制（配合防火墙/VLAN）