什么是IP地址 IP子網(wǎng)劃分VLSM詳解

前段時(shí)間有群友在里面聊子網(wǎng)劃分，有幾個(gè)不懂的網(wǎng)工朋友，悄悄來(lái)私聊，表示想再補(bǔ)充一下這方面的知識(shí)。

子網(wǎng)劃分技術(shù)其實(shí)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)中的重點(diǎn)難點(diǎn)了。今天就給你來(lái)一篇，IP子網(wǎng)劃分VLSM詳解。

什么是IP地址

老規(guī)矩啊，先給你講一波理論基礎(chǔ)。

IP地址在網(wǎng)絡(luò)中用于標(biāo)識(shí)一個(gè)節(jié)點(diǎn)（或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口）。

IP網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的尋址是基于IP地址來(lái)進(jìn)行的，因此IP地址就像是現(xiàn)實(shí)生活中的地址。

IP協(xié)議定義了數(shù)據(jù)分組的格式，也定義了數(shù)據(jù)分組尋址的方式。目前我們?cè)跇I(yè)務(wù)環(huán)境中常見(jiàn)的IP主要是兩個(gè)版本：

IPv4及IPv6。

而現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)主體仍然是IPv4，但是在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，會(huì)逐漸向IPv6過(guò)渡。今天只介紹IPv4哈。

一個(gè)IPv4地址有32比特位（二進(jìn)制格式下）。

當(dāng)然，我們不可能用二進(jìn)制來(lái)書(shū)寫(xiě)IPv4地址，那是低效的，我們通常采用十進(jìn)制格式來(lái)書(shū)寫(xiě)IP地址，但是計(jì)算機(jī)在進(jìn)行IP地址的相關(guān)計(jì)算工作時(shí)，無(wú)疑是通過(guò)二進(jìn)制的形式來(lái)進(jìn)行。

因此掌握十進(jìn)制到二進(jìn)制的數(shù)制轉(zhuǎn)換是必備的技能。

IPv4地址通常采用“點(diǎn)分十進(jìn)制”表示，以適應(yīng)人類(lèi)的讀寫(xiě)習(xí)慣，例如192.168.1.1。

十進(jìn)制與二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換

“點(diǎn)分十進(jìn)制”IP地址表現(xiàn)形式能夠幫助我們更好的使用網(wǎng)絡(luò)，但網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在對(duì)IP進(jìn)行計(jì)算時(shí)使用的是二進(jìn)制的操作方式。

例如：

以下是192這個(gè)數(shù)字，對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制算法，這里就不再贅述了哈，這是基本技能。

IP地址的分類(lèi)

IPv4地址的空間從0.0.0.0 一直到 255.255.255.255，這么龐大的空間，如果不加以區(qū)分和規(guī)劃，勢(shì)必不便于統(tǒng)籌管理。

因此我們對(duì)IPv4地址空間進(jìn)行類(lèi)別上的劃分，一共有五類(lèi)：

地址的類(lèi)別上的區(qū)分主要體現(xiàn)在第一個(gè)八位組（一個(gè)IP地址擁有4個(gè)八位組）上：

第一個(gè)八位組首位恒定為0，那么我們就得到一個(gè)區(qū)間：

1.0.0.0一直到127.255.255.255。

這是A類(lèi)地址，其中127.0.0.0/8作為本地回環(huán)使用，例如你ping 127.0.0.1實(shí)際上ping的是本機(jī)。

所以如果看到一個(gè)IP，它的首個(gè)八位組掉落在1-126的區(qū)間內(nèi)，那么這是一個(gè)A類(lèi)地址。

第一個(gè)八位組的最高兩位恒定為10，就得到一個(gè)區(qū)間：

128.0.0.0-191.255.255.255，這是B類(lèi)地址。

第一個(gè)八位組的最高三位恒定為110，就得到一個(gè)區(qū)間：

192.0.0.0 – 223.255.255.255，這是C類(lèi)地址。

第一個(gè)八位組的最高四位恒定為1110，就得到一個(gè)區(qū)間：

224.0.0.0 – 239.255.255.255，這是D類(lèi)地址，這個(gè)類(lèi)別的地址專(zhuān)門(mén)用于組播。

剩下的是E類(lèi)地址，這類(lèi)地址保留作為研究使用。

網(wǎng)絡(luò)掩碼Netmask

一個(gè)IP地址包含兩部分：網(wǎng)絡(luò)部分以及主機(jī)部分。

網(wǎng)絡(luò)部分用于表示這個(gè)IP地址所處的“空間”，對(duì)于一臺(tái)路由器而言，當(dāng)它在為數(shù)據(jù)包尋址時(shí)，通常只關(guān)心IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分。

那么如何區(qū)分一個(gè)IP地址中的網(wǎng)絡(luò)與主機(jī)部分？

自然是網(wǎng)絡(luò)掩碼（Network Mask，簡(jiǎn)稱(chēng)netmask），用于和IP地址進(jìn)行對(duì)應(yīng)，從而標(biāo)識(shí)出IP地址中的網(wǎng)絡(luò)與主機(jī)部分。

●?網(wǎng)絡(luò)掩碼為32bits，與IPv4地址的位數(shù)是一樣的。

●?網(wǎng)絡(luò)掩碼在二進(jìn)制的表示上是一堆連續(xù)的1、后面接連續(xù)的0。

●?網(wǎng)絡(luò)掩碼值為1的bit對(duì)應(yīng)IP地址中的網(wǎng)絡(luò)位；為0的bit對(duì)應(yīng)IP地址中的主機(jī)位，以此來(lái)輔助我們識(shí)別一個(gè)IP地址中的網(wǎng)絡(luò)與主機(jī)位，如下圖：

為了方便書(shū)寫(xiě)，我們往往使用掩碼長(zhǎng)度的方式來(lái)表示一個(gè)IP地址+掩碼：

192.168.1.1 255.255.255.0 等同于 192.168.1.1/24。

因?yàn)?55.255.255.0寫(xiě)成二進(jìn)制的話(huà)，從左往右數(shù)就是24個(gè)1，所以我們也說(shuō)，它的掩碼長(zhǎng)度為24。

默認(rèn)情況下，A類(lèi)IP地址，首個(gè)八位組為網(wǎng)絡(luò)位，其他位為主機(jī)位，因此A類(lèi)地址的默認(rèn)掩碼就是255.0.0.0，或者長(zhǎng)度為/8。

B類(lèi)IP地址前兩個(gè)八位組為網(wǎng)絡(luò)位，后兩個(gè)八位組為主機(jī)位，因此B類(lèi)地址的默認(rèn)掩碼就是255.255.0.0或者/16。

C類(lèi)地址的前三個(gè)八位組為網(wǎng)絡(luò)位，后面一個(gè)八位組是主機(jī)位，因此C類(lèi)地址的默認(rèn)掩碼就是255.255.255.0，或者/24。

從這里我們可以看出來(lái)，如果你申請(qǐng)到一個(gè)A類(lèi)地址空間：

123.0.0.0/8，那么這是一個(gè)相當(dāng)龐大的地址空間，因?yàn)檫@個(gè)空間有2的24次方個(gè)IP地址。

相對(duì)的，一個(gè)B類(lèi)的IP網(wǎng)絡(luò)地址空間默認(rèn)有2的16次方個(gè)IP地址，而C類(lèi)地址則更少。

IP地址類(lèi)型

這里給你說(shuō)說(shuō)下面這三種類(lèi)型。

●?網(wǎng)絡(luò)地址：

標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，相當(dāng)于一個(gè)“面”的概念。是一個(gè)IP地址中主機(jī)位全0的地址。例如192.168.10.0/24。

●?廣播地址：

用于向網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的特殊地址。廣播地址即主機(jī)部分的各比特位全部為1的地址。例如192.168.10.255/24。

●?主機(jī)地址：

可分配給網(wǎng)絡(luò)中終端設(shè)備的地址。例如192.168.10.1/24至192.168.10.254/24。

例：192.168.1.0 這個(gè)C類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)、廣播號(hào)及可分配IP分別是？

為什么要?jiǎng)澐肿泳W(wǎng)

假設(shè)你有一個(gè)B類(lèi)地址：172.16.0.0，由于B類(lèi)地址的默認(rèn)掩碼是255.255.0.0，這就意味著這個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有2的16次方個(gè)地址。

而可分配給PC使用的IP地址就有2的16次方-2這么多個(gè)IP，為什么要減去2？

因?yàn)?strong>廣播地址及網(wǎng)絡(luò)號(hào)是不能分配給PC使用的。

設(shè)想一下，如果你真有這么多臺(tái)PC，這么多個(gè)IP地址處于同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中、同一個(gè)網(wǎng)段中、同一個(gè)廣播域中，如上圖所示。

那么一旦網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生廣播，影響可就大了。

再者，實(shí)際的業(yè)務(wù)環(huán)境中，我們往往給一個(gè)業(yè)務(wù)單元，劃分一個(gè)網(wǎng)段，不同的業(yè)務(wù)單元不同的網(wǎng)段。

那么如果你有10個(gè)業(yè)務(wù)單元，每個(gè)業(yè)務(wù)單元才百來(lái)號(hào)設(shè)備，一個(gè)業(yè)務(wù)單元就耗費(fèi)一個(gè)B類(lèi)地址，這就造成地址空間的浪費(fèi)。

因此，我們提出子網(wǎng)劃分的概念，子網(wǎng)劃分的術(shù)語(yǔ)叫做VLSM（Variable Length Subnet Mask，可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼），事實(shí)上是拿子網(wǎng)掩碼變戲法。

在上圖中，我們有五個(gè)網(wǎng)段，需要五個(gè)IP地址段。

而如果你只有一個(gè)B類(lèi)地址（172.16.0.0/16）可用，通過(guò)子網(wǎng)劃分，可以將這個(gè)B類(lèi)地址劃分成一個(gè)個(gè)小一點(diǎn)的子網(wǎng)。

這樣一來(lái)，一個(gè)龐大的廣播域可以被分割成小的單元，另外IP地址的使用也更為科學(xué)更為合理。

如何劃分子網(wǎng)

現(xiàn)在假設(shè)我們有一個(gè)B類(lèi)地址：172.16.0.0/16。

默認(rèn)情況下，這個(gè)B類(lèi)地址的掩碼為255.255.0.0，前兩個(gè)八位組是網(wǎng)絡(luò)位，后兩個(gè)八位組是主機(jī)位。

那么這個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)中，有2的16次方個(gè)IP地址，如上圖所示，非常龐大。

現(xiàn)在，將原有的16個(gè)位的網(wǎng)絡(luò)位向主機(jī)位去“借”一位，這樣一來(lái)網(wǎng)絡(luò)位就擴(kuò)充到了17位，相對(duì)的主機(jī)位就變成了15位。

那么借過(guò)來(lái)的這一位，就是子網(wǎng)位了，如上圖所示。

由于我們借了這一位，因此掩碼就從默認(rèn)的255.255.0.0變成了255.255.128.0或者說(shuō)從/16變成了/17。

于是從原來(lái)的只有172.16.0.0/16的一個(gè)大網(wǎng)段，變成現(xiàn)在擁有172.16.0.0/17及172.16..128.0/17這兩個(gè)小一點(diǎn)的網(wǎng)段。

這就是子網(wǎng)劃分。

務(wù)必要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)掩碼在這個(gè)過(guò)程中發(fā)揮的作用。

接下來(lái)給你說(shuō)兩個(gè)子網(wǎng)劃分的案例。

子網(wǎng)劃分—案例1

現(xiàn)在有一個(gè)IP地址：192.168.1.0，這是一個(gè)C類(lèi)地址，默認(rèn)的掩碼是/24。

我要對(duì)它做子網(wǎng)劃分，向主機(jī)位借一位作為子網(wǎng)位，也就是掩碼變成/25，那么我能拿到幾個(gè)子網(wǎng)？

每個(gè)子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號(hào)是多少？每個(gè)子網(wǎng)廣播號(hào)是多少？每個(gè)子網(wǎng)的可用IP是多少?

步驟如下：

?01??判斷類(lèi)別，找默認(rèn)掩碼?

首先這是一個(gè)C類(lèi)地址，因此默認(rèn)的掩碼長(zhǎng)度為/24，你可以劃一條豎線(xiàn)幫助計(jì)算。線(xiàn)的左邊為網(wǎng)絡(luò)位，右邊為主機(jī)位，如上圖所示。

?02??變更掩碼，找子網(wǎng)?

在原有的/24掩碼基礎(chǔ)上，向主機(jī)位借一位，掩碼變成/25。

借出來(lái)的這一位就是子網(wǎng)位，如上圖所示，我們只要將虛線(xiàn)往右移動(dòng)一格就行。

這個(gè)子網(wǎng)位要么為0，要么為1，兩種可能性。

這就創(chuàng)造了兩個(gè)子網(wǎng)（2的1次方），子網(wǎng)位為0時(shí)，得到的網(wǎng)絡(luò)號(hào)是192.168.1.0/25，子網(wǎng)位為1時(shí)，得到另一個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)192.168.1.128/25。

如下圖所示：

?03??得出廣播號(hào)?

上面分別列出了子網(wǎng)1及子網(wǎng)2的廣播號(hào)，其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是把各個(gè)子網(wǎng)的主機(jī)位全部置1即可。

因此子網(wǎng)192.168.1.0/25的廣播號(hào)為192.168.1.127；子網(wǎng)192.168.1.128/25的廣播號(hào)為192.168.1.255；

?04??得出每個(gè)子網(wǎng)的可用IP地址數(shù)量?

經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，得出了子網(wǎng)1及子網(wǎng)2的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和廣播號(hào)，那么每個(gè)子網(wǎng)可用的IP地址也就出來(lái)了，因?yàn)榭捎肐P實(shí)際上就是該子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)與廣播號(hào)之間夾著的那些個(gè)IP。

所以實(shí)際上我們對(duì)192.168.1.0這個(gè)C類(lèi)地址，用了一個(gè)變長(zhǎng)子網(wǎng)：/25，也就是向主機(jī)位借1位后產(chǎn)生出了2個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)有126個(gè)可用IP地址。

這里有個(gè)公式：