5.4.1 IP地址与子网划分概述

本课核心知识点整理

IPv4 地址的表示

我们日常看到的 192.168.0.1 是 IPv4 地址的点分十进制写法。它本质上是 32 位二进制，分成 4 段，每段 8 位，再把每段二进制转换成十进制并用点隔开。

192.168.0.1
= 11000000.10101000.00000000.00000001

每段 8 位，所以每段十进制范围是 0 到 255。

写法	含义
32 位二进制	机器和网络计算使用的真实形式
点分十进制	人更容易阅读和书写的形式
斜杠前缀 /24	表示前 24 位是网络位
子网掩码 255.255.255.0	也表示前 24 位为网络位

网络号和主机号

IPv4 地址可以看成两部分：

IP 地址 = 网络号 + 主机号

网络号表示“在哪个网络”，主机号表示“这个网络里的哪台主机”。这就是为什么两个 IP 地址看起来前几段一样，通常可能在同一个网段；但严格判断不能只靠肉眼，要看子网掩码。

子网掩码怎么划边界

子网掩码用连续的 1 表示网络位，用连续的 0 表示主机位。

IP:    192.168.1.25      11000000.10101000.00000001.00011001
Mask:  255.255.255.0     11111111.11111111.11111111.00000000
Net:   192.168.1.0       11000000.10101000.00000001.00000000

IP 地址和子网掩码按位与，得到网络地址。同一网段的判断标准是：两个 IP 与同一个掩码按位与后，网络地址相同。

主机位全 0 和全 1

主机位情况	地址含义	能否分配给普通主机
全 0	网络地址	不能
全 1	广播地址	不能
其他组合	可用主机地址	通常可以

因此，若主机位数为 $n$：

$$\mathrm{可}\mathrm{用}\mathrm{主}\mathrm{机}\mathrm{数}=2^n-2$$

例如 /24 有 8 位主机位：

$$2^8-2=254$$

所以 192.168.1.0/24 中，网络地址是 192.168.1.0，广播地址是 192.168.1.255，可用主机范围是 192.168.1.1 到 192.168.1.254。

分类地址的来源

早期 IPv4 按高位模式划分为 A、B、C、D、E 五类。常用的是 A/B/C 三类，D 用于组播，E 保留。

类别	最高位模式	第一段范围	默认网络位	用途直觉
A 类	0	0-127	/8	网络少，每个网络主机多
B 类	10	128-191	/16	中等规模网络
C 类	110	192-223	/24	网络多，每个网络主机少
D 类	1110	224-239	无	组播
E 类	1111	240-255	无	保留/实验

课堂里先从 A 类讲起：A 类以 0 开头，网络号占第一个 8 位段，后 24 位作为主机号。后续 B、C 类只是网络号占用位数逐步增加，主机号位数逐步减少。

为什么早期分类会被子网划分替代

分类地址简单，但很粗糙。A 类给一个网络留下 24 位主机号，地址空间巨大；C 类每个网络可用主机少，网络数量多。随着网络规模变化，固定 A/B/C 分类容易造成地址浪费，于是需要子网划分和无类别前缀表示。

方式	优点	缺点	为什么继续演进
分类地址	判断简单，早期路由实现方便	粒度粗，地址浪费严重	不能灵活匹配组织规模
子网划分/CIDR	可按需要调整网络位和主机位	计算要求更高	更节省地址，也利于路由汇聚
IPv6	地址空间极大，支持更现代的网络需求	与 IPv4 不直接兼容，过渡复杂	IPv4 地址空间有限

例题

单选

`192.168.1.0/24` 的主机位数是：

A6B7C8D24

单选

主机位为 n 位时，一般可用主机数为：

A2ⁿB2nC2ⁿ+2D2ⁿ-2

单选

按早期分类地址，`192.168.0.1` 的第一段为 192，属于：

AA类BC类CD类DE类

自查要点

1. 点分十进制和 32 位二进制是什么关系？
2. 子网掩码中的 1 和 0 分别表示什么？
3. 为什么主机位全 0 和全 1 不能分配给普通主机？
4. A/B/C 类地址第一段范围分别是多少？
5. 为什么固定分类地址后来会被更灵活的 CIDR/子网划分替代？