ipv4 子网划分，子网掩码等

  1. ip就是网络地址，你的计算机(网卡)在网络中的标识。(可以先看第23点)

  2. 每个 ipv4 地址 都有4个字节 32位，所以一共就是有2^32个地址

  3. 每台联网的电脑都要有一个ip地址才能通信，所以首先我们要规划好这些地址。

  4. 首先我们将ipv4 地址分为两部分网络位 + 主机位。网络位可以理解为区分不同的网段(网路)，主机位就是用来区分不同的主机。

  5. 我们将所有的ip 划分为5类

    A类 1字节网络位+3字节主机位    网络位最高为0
B类 2字节网络位+2字节主机位    网络位最高为10
C类 3字节网络位+1字节主机位    网络位最高为110
D类 不区分网络位主机位，不指向特定网络，为组播地址    ip以1110开头
E类 不区分网络位主机位，实验保留地址  ip以1111开头

从这里我们可以看出区分地址的方式是根据ip地址开头的不同方式区分，这样划分是连续的不重复的。
这样划分我们可以知道A类总地址是最多的，BCDE依次递减半
然后ABC类确定了不同字节的主机位 + 主机位。
这样我们可以知道A类地址网段少，但是每个网段容纳的主机数最多，所以A类地址分配给规模特别大的网络使用，BC类依次递减。

来个总结
类别	二进制前缀	地址范围（十进制）	默认子网掩码	网络与主机划分	用途
A类	0xxxxxxx	1.0.0.1 ~ 126.255.255.254	255.0.0.0 (/8)	网络号8位，主机号24位	大型网络（国家级、ISP）
B类	10xxxxxx	128.0.0.1 ~ 191.255.255.254	255.255.0.0 (/16)	网络号16位，主机号16位	中型网络（企业、机构）
C类	110xxxxx	192.0.0.1 ~ 223.255.255.254	255.255.255.0 (/24)	网络号24位，主机号8位	小型网络（家庭、办公室）
D类	1110xxxx	224.0.0.0 ~ 239.255.255.255	无	不划分网络与主机	组播通信（视频会议、流媒体）
E类	1111xxxx	240.0.0.0 ~ 255.255.255.254	无	保留地址	实验与研究用途

注意这个表中的地址范围看起来不连续，他是剔除了一些特殊的地址的如私有地址
如127.×.×.×：是本地环回地址，指本机地址，一般用来测试使用。回送地址(127.×.×.×)是本机回送地址(Loopback Address)，即主机IP堆栈内部的IP地址。
这些下面会总结提到

ps:255.0.0.0 (/8)  中的8 表示连续1的个数，其实也就是网络位有多少位， 主机位就是32 - 8 = 24位

  6. 好了，我们现在将所有的ipv4地址都归类完了,但是我们有时候计算机除了接入大家都在的互联网内，还可以自己组成局域网或称私网。

  7. 那怎么办呢？我们再将ip 拿出一部分 区分为私网ip 和 公网ip，这样清晰明了，私网和公网也就不混淆了。

  8. 怎么拿？

    私网我们也可能有不同的规模(不同数量的主机数)，所以我们分别从ABC类中取出一些网段作为私网ip
在IP地址3种主要类型里，各保留了1个区域作为私有地址，给局域网用，这些地址可以被用于私有网络，在Internet中没有这些IP地址，Internet上的路由器也没有到私有网络的路由表。

A类：10.0.0.0 ～ 10.255.255.255 (掩码255.0.0.0)，保留了1个A类网段(网络):10。  ps:前1个字节为网络位
B类：172.16.0.0 ～ 172.31.255.255 (掩码255.255.0.0)，保留了16个B类网络:172.16 ~ 172.31。  ps:前2个字节为网络位
C类：192.168.0.0 ～ 192.168.255.255 (掩码255.255.255.0)，保留了256个C类网络:192.168.0 ~ 192.168.255。 ps:前3个字节为网络位

这样我们就有了这些私网ip，与公网ip 区分了开来
注意我们这样划分只是我们的概念，真正处理ipv4地址的是我们的硬件设备

我们的设备按照我们划分制定的标准，做了控制，比如ip过滤，拦截等

  9. 私网的核心特性

    1. 不可路由性：私有IP地址无法直接在互联网上传输，需通过**NAT（网络地址转换）**映射为公网IP进行通信。

      示例：家庭路由器将内网设备192.168.1.10转换为公网IP123.45.67.89访问百度。

    2. 重复使用性：不同局域网可复用相同私有地址段（如多个家庭网络均可使用192.168.1.0/24）

    3. 安全性： 内网设备对外隐藏真实IP，降低被攻击风险。

  10. 另外，根据实际需求，我们除了私网外，还有一些特殊用途的ip的地址，总结如下

    主机ID全为0的地址（如：192.168.0.0）：特指某个网段，比如：192.168.0.0（子网掩码：255.255.0.0），指192.168.×.×网段。

主机ID全为1的地址（如：192.168.255.255）：特指该网段的全部主机，比如：192.168.255.255（子网掩码：255.255.0.0），如果你的计算机发送数据包使用主机ID全是1的IP地址，数据链层就会使用广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF（ARP协议会用到）。

255.255.255.255：是一个特殊的广播地址，标识广播域内的所有主机，不是指互联网上所有主机，因为255.255.255.255传播范围非常有限，到了广播域的边界（网关）会自动终结。

127.×.×.×：是本地环回地址，指本机地址，一般用来测试使用。回送地址(127.×.×.×)是本机回送地址(Loopback Address)，即主机IP堆栈内部的IP地址。

0.0.0.0：用于指定默认路由；如果计算机的IP地址和网络中的其他计算机地址冲突，使用ipconfig命令看到的就是0.0.0.0，子网掩码也是0.0.0.0。

169.254.0.0：169.254.0.0-169.254.255.255实际上是自动私有IP地址，DHCP自动获取失败会获得该网段地址。

ps:所以你会看到第五点 总结的表中 剔除了一些地址，比如主机ID全为0 或 主机ID全为1 (就是没有xxx.0 和xxx.255)

  11. 好了，不关注另外的，我们现在关注一个问题：我有很多台设备，而且这些设备又分为很多组，要让他们处于私网的不同网段，那我们该如何处理呢？

  12. 这里就是涉及子网划分了(一般子网划分应该只在企业中，企业不同部门有不同的保密要求和等级才会划分子网)

  13. 首先我们要明白什么是子网划分，为什么子网划分。首先既然是子网，那我们就有一个原始网段，即我们所有的设备都在这个原始网段下面，但是我们又要在这个原始网段下划分子网

  14. 例如一个原始网段192.168.1.0(即192.168.1，前三位为网络位)，这个网段主机位只有一个字节，它支持的主机数量为254 即 1-254。(192.168.1.1-192.168.1.254)，也就是说在这个网段下只有254个地址，仅支持254个主机。

  15. 好了，现在我们要划分子网，只能拿这254个地址做文章，把他们分成n份，还得让设备能识别每个地址是属于哪一份(哪个子网)。ps:我们不可能拿不属于这个原始网段下即不属于192.168.1.0 网段下的地址做文章吧(其实可预见应该有其他复杂的技术实现，毕竟子网是它下属里面的ip 又和 外面的ip有什么关系呢？相同就相同吧，肯定有办法不影响他的唯一性，并且能证明它又属于原始网段。)

  16. 假如我们要划分四个子网，我们只能拿这0 - 254想办法怎么分成四份。我们能动的只有主机位，因为网络位代表了原始网段(不能动)。

  17. 既然如此，那好我们再从主机位 中 拿出两位 给网络号。 2^2 = 4 ，这下就分为四份了。

    192.168.1.0
11000000|10101000|00000001|(网络位) 00000000(主机位)
前面的11000000|10101000|00000001 这是原始网段的网络位不能动
要划分4个子网，从主机位下手，我们要把主机位分成四份，如果我们从主机位中拿出两位，就可以这样分成四份
11000000|10101000|00000001|00(网络位) 000000(主机位)
这下有四个子网了：
11000000|10101000|00000001|00(网络位)
11000000|10101000|00000001|01(网络位)
11000000|10101000|00000001|10(网络位)
11000000|10101000|00000001|11(网络位)

每个子网能支持2^6-2 = 62个主机

子网名称	子网地址	可用IP范围	广播地址	子网掩码
子网1	192.168.1.0/26	192.168.1.1 ~ 192.168.1.62	192.168.1.63	255.255.255.192
子网2	192.168.1.64/26	192.168.1.65 ~ 192.168.1.126	192.168.1.127	255.255.255.192
子网3	192.168.1.128/26	192.168.1.129 ~ 192.168.1.190	192.168.1.191	255.255.255.192
子网4	192.168.1.192/26	192.168.1.193 ~ 192.168.1.254	192.168.1.255	255.255.255.192

  18. 好了，我们现在我们分成了四个子网，但我们好像忘了什么事。我们借用了两个主机位给网络位，但我们什么都没说呀，设备如何知道现在的网络位有26位了，之前设备可以通过ip地址的前几位，判断它是哪类ip地址，从而知道哪几位是网络位，恐怕它现在还以为网络位是24位吧。

  19. 不用慌，我们有子网掩码，子网掩码和ipv4总位数一致，但是它是由连续的1和0组成。开头有几位连续的1，就代表了有几位网络位。

    比如我们的原始网段192.168.1.0， 它是C类地址，C类地址默认的子网掩码是255.255.255.0， 即24个连续的1
现在既然我们的网络位有26位，我们的子网掩码就是255.255.255.192， 即26个连续的1

所以我们要判断两个地址是否在同一网段，就可以让地址和子网掩码进行“与”运算(全部用二进制表示进行与运算)，结果一致就说明是同一网段(结果必然就是各自的网络位)
可以自己随便举个例子。

  20. 现在我们成功的完成了一次子网的划分，但是我们会发现我们分的四个子网可容纳的主机数是一样的。似乎觉得哪里有点不太完美？因为我们实际的需求可能是每个子网有不同数量的主机，有的子网有很多主机，有的只有几台，等量分的话肯定造成了ip地址的浪费。

  21. 那怎么办呢？

  22. 我们先仔细回顾我们分配的子网，我们会发现我们的子网的子网掩码都是一样的。再想想我们子网划分的本质，本质是什么？本质是将主机位进行分类，其实就是将二进制数划分！
    这个二进制划分有什么要求？
    1.连续
    2.不等长

    好的，我们现在举个例子：
原始网段仍是192.168.1.0
仍然分成四份，但是各个子网需求是50,20,20,10 这样，其余没用到的保留(该原始网段下8个主机位，共有254个地址)
192.168.1.0
11000000|10101000|00000001|(网络位) 00000000(主机位)
我们先尝试严格按照50,20,20,10 的数量连续划分主机位，即：
A子网 0-49       00000000-00110001
B子网 50-69      00110010-01000101
C子网 70-89      01000110-01011001
D子网 90-99      01011010-01100011
好了，分完了，是不是很完美，哈哈
但是有个问题，观察这些数字，我们发现，根本无法区分网络位！我们不单是划分，我们还要能够轻松识别一个地址它是属于哪一个子网，要能识别分类！

比如0-49， 前面相同的00   好我们把两个零借出去当网络位     即连续两个零是A子网(这里忽略前面的原始网段的网络位)
但是50-69  前面相同的只有0   我们可以把一个零借出去当网络位   即连续一个零是B子网

好嘛，问题来了，按照约定网络位规则， 地址50 即00110010 应该是属于A子网还是B子网呢？

所以我们不能这划分！
该怎么分呢？按照2的n次方来分，这样分的数据才不会 跨位，有规律,即：
00000000 - 00000001  是一类
00000010 - 00000011  是一类
00000100 - 00000111  是一类
不跨位，就是保证所分的同一组中最大地址和最小地址前面的位数数字相同,其余位数最小值全为0，最大值全为1 (其实和最开始ipv4 分类也一样)

好，现在重新开始分，50,20,20,10  我们这样按64,32,32,16分
即：2^n - 2 > 50 (为啥减2：最小地址(主机位全0)和最大地址(主机位全1) 分别被用作表示网络地址和，广播地址;ps:除此之外的,通常第一个地址作为网关地址)
依次类推即n为6、5、5、4 就是64,32,32,16：
A子网 0-63       00000000-00111111   地址数64个  主机数62  主机位6位  借出网络位2位(00)
B子网 64-95      01000000-01011111   地址数32个  主机数30  主机位5位  借出网络位3位(010)
C子网 96-127     01100000-01111111   地址数32个  主机数30  主机位5位  借出网络位3位(011)
D子网 128-143    10000000-10001111   地址数16个  主机数14  主机位4位  借出网络位4位(1000)

加上原始网段的网络位，总体划分子网结果就是：

子网需求	网络地址	子网掩码	可用地址范围	广播地址
50主机	192.168.1.0/26	   255.255.255.192	192.168.1.1 ~ 192.168.1.62	    192.168.1.63
20主机	192.168.1.64/27	   255.255.255.224	192.168.1.65 ~ 192.168.1.94	    192.168.1.95
20主机	192.168.1.96/27	   255.255.255.224	192.168.1.97 ~ 192.168.1.126	192.168.1.127
10主机	192.168.1.128/28   255.255.255.240	192.168.1.129 ~ 192.168.1.142	192.168.1.143
剩余地址作为保留地址。
这就是可变长子网掩码(VLSM)

ps: 变长划分，需要遵循从大主机数 再到小主机数划分，不然可能会存在网络位无法区分的情况（碰到我们第一次尝试同样的困境）
错误顺序（先小后大）：
分配10主机（/28）：占用192.168.1.0~15（剩余地址被分割为192.168.1.16~255）。
分配20主机（/27）：需32地址块，但剩余地址《无法对齐到32倍数》（如192.168.1.16~47），导致无法直接使用。

  23. 总结：什么是子网划分，其实就是一个数学中 分类数字 的游戏，
    我们将ip地址分为了网络位和主机位，为什么要这样分。这样比喻：网络位就是表示一座座园子，主机位就表示园子中的人。园子有一扇门，园子内的人可以随意沟通，但是想要和其他园子中的人交流，就必须经过检查走出园子门。在园子内的人犯了事也影响不到别的园子。要追责也知道他是哪个园子的方便追责。(实际要更复杂，这样分其实就是为了好管理)
    设备：
    交换机用来连接相同网络的设备，
    路由器用来连接不同网段的设备
    网络号一样的，即在相同网段，网络号不一样的，即不同网段

    我们明白了为什么要分成网络位和主机位。
接下来划分子网：就是我有一个园子，我是园子管理员，我为了好管理，我又把园子划分成几个小园子。
但是这个园子能容纳总人数是固定了，怎么分我要好好规划。
有两种，一种是子园子数为主等分，一种是根据每个子园子的人数分。
剩下的就是数学游戏了，你不只要分，分了后还得想办法知道每个人分别属于哪个子园子。

ps:所以子网划分可以说是私网才有，为啥？公网相当于已经划分好了，你再怎么划，要记住在公网中 ip地址 不可重复。但不同私网中的ip 可重复使用。

  24. 另外，我们也存在将连续的小网段合并成一个大网段的需求，这就是超网。
    即小园子合成一个更大的园子
    子网划分是向主机位借位给网络位，那么超网就是将主机位聚合成网络位

    由此可以想到，超网聚合的前提：
连续性：待聚合的网络地址必须连续（如192.24.0.0到192.31.255.0）。
相同大小：所有网络规模需一致且为2^n（如4个C类网络合并）。
可分割性：首个IP地址需能被超网总大小整除（例如172.16.0.0的最后10位二进制为全0）。

超网（Supernetting）是一种将多个连续的小型IP网络合并为单个大型网络的技术，旨在优化路由表效率和减少IP地址浪费。其核心原理与实现如下：
定义与核心概念
与子网相反：子网划分是将大网络拆分为小网络，而超网通过聚合多个小网络（如C类地址）形成更大的地址块。
CIDR技术：超网基于无类别域间路由（CIDR），通过可变长子网掩码（VLSM）实现灵活的网络前缀分配，例如将172.16.0.0/24到172.16.3.0/24聚合为172.16.0.0/22
优势与应用
路由优化：减少路由表条目，例如将5条路由信息聚合为1条（如168.100.128.0/20代替5个/24网络）。
地址高效利用：缓解IPv4地址短缺，例如将多个C类地址分配给需要更多主机的网络。
网络性能提升：通过路由聚合减少路由器处理开销，加速收敛。

参考链接：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/678300715(A、B、C、D、E类IP地址划分依据，小白也能秒懂)

https://cloud.tencent.com/developer/article/2106185(子网划分和计算方法（附习题详解）)

posted @ 2025-02-21 15:46  jmwyc  阅读(197)  评论(0)    收藏  举报