IP地址与子网划分
IP地址是一个32位的二进制地址，被分为4个8位段（八位组）。人们不习惯使用32的二进制地址或8位的二进制八位组，所以IP地址最常用的表达形式是点分十进制形式。
IP地址分类
IP地址中一部分是网络ID，另一部分是主机ID，地址分类系统把IP地址划分为不同的地址类：‘
- A类地址：IP地址的前8位表示网络ID，后24位表示主机ID
- B类地址：IP地址的前16位表示网络ID，后16位表示主机ID
- C类地址：IP地址的前24位表示网络ID，后8位表示主机ID
使用的位数越多，包含的组合就越多，可知A类地址较少的网络ID，但每个网络都具有大量的可用主机ID。那计算机或路由器是如何将一个IP地址解释为A类、B类还是C类呢？其实二进制的前几位就是用来地址分类，如下表：
| 地址类 | 二进制的前几位 | 点分十进制的第一个字段 | 排除地址 |
|---|---|---|---|
| A | 0 | 0~127 | 10.0.0.0 127.0.0.0 |
| B | 10 | 128~191 | 172.16.0.0~173.31.255.255 |
| C | 110 | 192~223 | 192.168.0.0~192.169.255.255 |
注：
- D类地址，前4位为1110，用于多播（组播）
- E类地址，前5位为11110，实验性质的，不用于生产环境
- 排除地址指的是私有IP地址，用于本地局域网的IP地址分配
特殊的IP地址
- 全0主机ID：表示网络本身，如IP地址129.152.0.0是指网络ID为129.152的B类网络
- 全1主机ID：表示广播地址，如IP地址129.152.255.255是指网络ID为129.152的B类网络的广播地址
- 十进制127开头的地址：环回地址，用于测试自身TCP/IP软件是否正常，如ping自己127.0.0.1
子网掩码
子网掩码是需要配合IP地址一起使用的，用于指示IP地址的前多少比特是网络ID，后多少比特是主机ID。
A、B、C类地址均有默认的掩码，也称固定掩码：
| IP地址分类 | 默认掩码 | 网络号比特 | 主机号比特 | 子网可容纳电脑数 |
|---|---|---|---|---|
| A | 255.0.0.0 | 8 | 24 | 2^24-2=16777216-2≈1677万 |
| B | 255.255.0.0 | 16 | 16 | 2^16-2=65536-2≈6万 |
| C | 255.255.255.0 | 24 | 8 | 2^8-2=256-2=254 |
子网划分
子网划分是从主机号字段借用若干位比特，把物理网络分解为更小的逻辑实体（称为子网）的一种手段，从而可以更加充分的利用有限的IP地址资源。
将初始网络分段，必须设计一种编址方案，能够识别出大型网络中的每个子网。一台特定主机可以通过以下三项被唯一识别：
- 网络号唯一地指定主机所在网路（如果网络是公共互联网，网络号就是表示网络的地址，包括了其所有的子网）
- 子网号唯一的指定了一个子网（初始网络内部的子网），一个子网内部包含若干主机
- 主机号唯一地指定了子网内的某台主机
子网划分的几个步骤
- 1确定需要的子网个数
- 2确定一个子网内可能的最多主机数量
- 3确定从主机号字段借用的比特数，用于创建子网号字段
- 4确定主机号字段需要保留的比特数（不能被子网字段借用的比特数）
- 5确定原始网络号字段和主机号字段的比特数
- 6检查以确保被借用的比特数没有超过被保留的比特数（即检查子网划分问题是可解的）
- 7设置子网号字段的最佳长度，包括为未来增长预留空间
- 8创建一个修改（自定义）的子网掩码
- 9确定有效的子网号
- 10确定每个子网的IP地址有效范围
子网划分举例
问题：有一个C类地址193.200.35.0，分配给某个组织，该组织需要两个子网，每个子网的主机数不会超过30台。
分析：子网数S=2，每个子网内最多的主机数H=30，C类地址的主机位比特T=8
确定子网个数，S=2
确定一个子网内可能的最多主机数量，H=30
求解2^s - 2 >= S的最小整数s，解得s=2，即从主机号字段借用的比特数，用于创建子网号字段
求解2^h - 2 >= H的最小整数h，解得h=5，即主机号字段需要保留的比特数
确定原始网络号字段和主机号字段的比特数，网络号字段为24，主机号字段T=8
因为s + h = 2 +5 =7 < 8，即借用的比特数没有超过被保留的比特数，问题可解
由于7 < 8，并且r = T - s - h = 1，因而可将 r分配给s或h，通常情况下子网的数量相比子网内主机的数量更容易耗尽，因而将r分配给s，即s = s + r = 2 + 1 =3，此时s + h = 3 + = 8 = T
创建一个自定义的子网掩码，默认C类地址的子网掩码为255.255.255.0，需要计算一个新值代替其0字节，计算256 - 2 ^ (8 - s) = 256 - 2 ^ 5 = 256 - 32 = 224，所以自定义子网掩码为255.255.255.224
确定有效的子网号，运势网络地址为193.200.35.0，将2 ^ (8 - s) = 256 - 2 ^ 5 = 32加到其0字节上，得到第一个子网的网络地址为193.200.35.32。继续在此字节上加上2 ^ (8 - s)，直至其等于自定义的子网掩码，具体如下：
原始地址(非有效子网地址，网络号全0) 193.200.35.0 子网1地址 193.200.35.32 子网2地址 193.200.35.64 子网3地址 193.200.35.96 子网4地址 193.200.35.128 子网5地址 193.200.35.160 子网6地址 193.200.35.192 自定义子网掩码(非有效子网地址，网络号全1) 193.200.35.224 确定每个子网的IP地址有效范围，先计算第一个子网，其地址为193.200.35.33，所以其有效起始地址为193.200.35.33，子网内可以有2^h - 2 = 2^5 - 2 = 30个IP地址，所以结束地址为193.200.35.62，具体如下:
子网序号 子网地址 子网IP范围 1 193.200.35.32 193.200.35.33~193.200.35.62 2 193.200.35.64 193.200.35.65~193.200.35.94 3 193.200.35.96 193.200.35.97~193.200.35.126 4 193.200.35.128 193.200.35.129~193.200.35.158 5 193.200.35.160 193.200.35.161~193.200.35.190 6 193.200.35.192 193.200.35.193~193.200.35.222 注：每个子网的有效起始IP为子网地址+1，每个子网的有效结束IP为子网地址+子网内IP总数，也为下一个子网地址-2，中间跳过的一个IP地址为子网的广播地址。
一些题目
给定IP地址
167.77.88.99和掩码255.255.255.192，求子网号、广播地址、有效IP地址。分析：
IP地址—->167.77.88.99–> 10100111.01001101.01011000.01100011
掩码–>255.255.255.192–>11111111.11111111.11111111.11000000
对应位求积——————–> 10100111.01001101.01011000.01000000–>167.77.88.64（子网号）
广播地址(子网主机全1)—> 10100111.01001101.01011000.01111111–>167.77.88.127
有效IP(除去子网本身和广播地址):167.77.88.65~167.77.88.126
一个子网网段地址为5.32.0.0，掩码为255.224.0.0网络，求它允许的最大主机地址。
分析：
网段——->5.32.0.0–>00000101.00100000.00000000.00000000
掩码–>255.254.0.0–>11111111.11100000.00000000.00000000–>主机位为21位（0位）
最大主机地址———->00000101.00111111.11111111.11111110–>5.63.255.254
188.188.0.111，188.188.5.222，子网掩码都设为255.255.254.0，在同一网段吗？
分析：
IP1—->188.188.0.111–>10111100.10111100.00000000.01101111
IP2—->188.188.5.222–>10111100.10111100.00000101.11011010
掩码–>255.255.254.0–>11111111.11111111.11111110.00000000
IP分别与掩码作求积运算：
10111100.10111100.00000000.00000000
10111100.10111100.00000100.00000000
网络标识不一样，即不在同一网段。
参考：
《TCP/IP入门经典 第6版》/ 乔·卡萨德（Joe Casad）
