IP地址分类及子网掩码的详细介绍
一、IP地址的介绍
1、IP地址的表示方法
IP地址 = 网络号+主机号
把整个Internet网堪称单一的网络，IP地址就是给每个连在Internet网的主机分配一个在全世界范围内唯一的标示符，Internet管理委员会定义了A、B、C、D、E五类地址，在每类地址中，还规定了网络编号和主机编号。在 TCP/IP协议中，IP地址是以二进制数字形式出现的，共32bit，1bit就是二进制中的1位，但这种形式非常不适用于人阅读和记忆。因此Internet管理委员会决定采用一种"点分十进制表示法"表示IP地址：面向用户的文档中，由四段构成的32 比特的IP地址被直观地表示为四个以圆点隔开的十进制整数，其中，每一个整数对应一个字节（8个比特为一个字节称为一段）。A、B、C类最常用，下面加以介绍。本文介绍的都是版本4的IP地址，称为IPv4.
A类地址：A类地址的网络标识由第一组8位二进制数表示，A类地址的特点是网络标识的第一位二进制数取值必须为"0"。不难算出，A类地址第一个地址为00000001，最后一个地址是01111111，换算成十进制就是127，其中127留作保留地址，A类地址的第一段范围是：1～126，A类地址允许有2的7次方 -2=126个网段（减2是因为0不用，127留作它用），网络中的主机标识占3组8位二进制数，每个网络允许有2的24次方-2=16777216台主机（减2是因为全0地址为网络地址，全1为广播地址，这两个地址一般不分配给主机）。通常分配给拥有大量主机的网络。
B类地址：B类地址的网络标识由前两组8位二进制数表示，网络中的主机标识占两组8位二进制数，B类地址的特点是网络标识的前两位二进制数取值必须为"10"。 B类地址第一个地址为10000000，最后一个地址是10111111，换算成十进制B类地址第一段范围就是128～191，B类地址允许有214 =16384个网段，网络中的主机标识占2组8位二进制数，每个网络允许有2的16次方-2=65533台主机，适用于结点比较多的网络。
C类地址：C类地址的网络标识由前3组8位二进制数表示，网络中主机标识占1组8位二进制数C类地址的特点是网络标识的前3位二进制数取值必须为"110"。C类地址第一个地址为11000000，最后一个地址是11011111，换算成十进制C类地址第一段范围就是192～223，C类地址允许有221 =2097152个网段，网络中的主机标识占1组8位二进制数，每个网络允许有28-2= 254台主机，适用于结点比较少的网络。
有些人对范围是2x不太理解，举个简单的例子加以说明。如C类网，每个网络允许有28-2= 254台主机是这样来的。因为C类网的主机位是8位，变化如下:
00000000 00000001 00000010 00000011 …… 11111110 11111111
除去00000000和11111111不用外，从00000001到11111110共有254个变化，也就是28-2个。下图是IP地址的使用范围。
| 网络类别 | 最大网络数 | 第一个可用的网络号 | 最后一个可用的网络号 | 每个网络中的最大主机数 |
|---|---|---|---|---|
| A | 126(2^7-2) | 1 | 126 | 16777214 |
| B | 16384(2^14) | 128.0 | 191.255 | 65534 |
| C | 2097152(2^21) | 192.0.0 | 223.255.255 | 254 |
2、几个特殊的IP地址
1）私有地址
上面提到IP地址在全世界范围内唯一，看到这句话你可能有这样的疑问，像192.168.0.1这样的地址在许多地方都能看到，并不唯一，这是为何？Internet管理委员会规定如下地址段为私有地址，私有地址可以自己组网时用，但不能在Internet网上用，Internet网没有这些地址的路由，有这些地址的计算机要上网必须转换成为合法的IP地址，也称为公网地址。下面是A、B、C类网络中的私有地址段：
10.0.0.0～10.255.255.255 172.16.0.0～172.131.255.255 192.168.0.0～192.168.255.255
2）回送地址
A类网络地址127是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，叫做回送地址（loopback address）。无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，协议软件立即返回之，不进行任何网络传输。含网络号127的分组不能出现在任何网络上。
小技巧：
Ping 127.0.0.1，如果反馈信息失败，说明IP协议栈有错，必须重新安装TCP/IP协议。如果成功，ping本机IP地址，如果反馈信息失败，说明你的网卡不能和IP协议栈进行通信。
如果网卡没接网线，用本机的一些服务如Sql Server、IIS等就可以用127.0.0.1这个地址。
3）广播地址
TCP/IP规定，主机号全为"1"的网络地址用于广播之用，叫做广播地址。所谓广播，指同时向同一子网所有主机发送报文。
4）网络地址
TCP/IP协议规定，各位全为"0"的网络号被解释成"本"网络。由上可以看出：含网络号127的分组不能出现在任何网络上；主机和网关不能为该地址广播任何寻径信息。主机号全"0"全"1"的地址在TCP/IP协议中有特殊含义，一般不能用作一台主机的有效地址。
3、子网掩码
从上面的例子可以看出，子网掩码的作用就是和IP地址与运算后得出网络地址，子网掩码也是32bit，并且是一串1后跟随一串0组成，其中1表示在IP地址中的网络号对应的位数，而0表示在IP地址中主机对应的位数。
1）标准子网掩码
A类网络（1～126） 缺省子网掩码：255.0.0.0
B类网络（128～191） 缺省子网掩码：255.255.0.0
C类网络（192～223） 缺省子网掩码：255.255.255.0
2）特殊的子网掩码
标准子网掩码出现的都是255和0的组合，在实际的应用中还有下面的子网掩码：
255.128.0.0 255.192.0.0 …… 255.255.192.0 255.255.240.0 …… 255.255.255.248 255.255.255.252
这些子网掩码的出现是为了把一个网络划分成多个网络。例如192.168.0.1和192.168.0.200如果是默认掩码255.255.255.0两个地址就是一个网络的，如果掩码变为255.255.255.192这样各地址就不属于一个网络了。
192.168.0.1 11000000.10101000.00000000.00000001
192.168.0.200 11000000.10101000.00000000.11001000
255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.00000000
192.168.0.1 11000000.10101000.00000000.00000001
192.168.0.200 11000000.10101000.00000000.11001000
255.255.255.192 11111111.11111111.11111111.11000000
下表是几个子网掩码计算过程中非常有用的十进制和二进制的对照：
| 用于子网掩码换算的十进制和二进制对照 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 十进制 | 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
| 二进制 | 10000000 | 01000000 | 00100000 | 00010000 | 00001000 | 00000100 | 00000010 | 00000001 |
| 常用的子网掩码的十进制和二进制对照 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 十进制 | 128 | 192 | 224 | 240 | 248 | 252 | 254 | 255 |
| 二进制 | 10000000 | 11000000 | 11100000 | 11110000 | 11111000 | 11111100 | 11111110 | 11111111 |
二、彻底明白IP地址的含义
不管是学习网络还是上网，IP地址都是出现频率非常高的词。Windows系统中设置IP地址的界面中出现了IP地址、子网掩码、默认网关和DNS服务器这几个需要设置的地方，只有正确设置，网络才能通。
要解答这些问题，先看一个日常生活中的例子。住在北大街的住户要能互相找到对方，必须各自都要有个门牌号，这个门牌号就是各家的地址，门牌号的表示方法为：北大街+XX号。假如1号住户要找6号住户，过程是这样的，1号在大街上喊了一声："谁是6号，请回答。"，这时北大街的住户都听到了，但只有6号作了回答，这个喊的过程叫"广播"，北大街的所有用户就是他的广播范围，假如北大街共有20个用户，那广播地址就是：北大街 21号。
从这个例中可以抽出下面几个词：
- 街道地址：北大街，如果给该大街一个地址则用第一个住户的地址-1，此例为：北大街0号
- 住户的号：如1号、2号等
- 住户的地址：街道地址+XX号，如北大街 1号、北大街 2号等
- 广播地址：最后一个住户的地址+1，此例为：北大街21号
Internet网络中，每个上网的计算机都有一个像上述例子的地址，这个地址就是IP地址，是分配给网络设备的门牌号，为了网络中的计算机能够互相访问：
- 网络地址（相当于街道地址）：192.168.100.0
- 主机地址（相当于各户的门号）：0.0.0.1
- IP地址（相当于住户地址）：网络地址+主机地址=192.168.100.1
- 广播地址：192.168.100.255
1、为什么要计算网络地址
一句话就是让网络中的计算机能够相互通讯。用网线直接连接的计算机或是通过HUB或普通交换机间接的计算机之间要能够相互通，计算机必须要在同一网络，也就是说它们的网络地址必须相同，而且主机地址必须不一样。如果不在一个网络就无法通。
2、如何计算网络地址
将IP地址和子网掩码都换算成二进制，然后进行与运算，结果就是网络地址。与运算规则：1与1=1，其余组合都为0。
例如：计算IP地址为202.99.160.50子网掩码是255.255.255.0的网络地址：
202.99.160.50 11001010.01100011.10100000.00110010 255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.00000000 与运算结果: 11001010.01100011.10100000.00000000 十进制: 202.99.160.0
三、计算相关地址—通过IP地址和子网掩码与运算计算相关地址
知道IP地址和子网掩码后可以算出：
- 网络地址
- 广播地址
- 地址范围
- 本网有几台主机
【例1】IP地址为192.168.100.5 子网掩码是255.255.255.0。算出网络地址、广播地址、地址范围、主机数。
1、分步骤计算
1）将IP地址和子网掩码换算为二进制，子网掩码连续全1的是网络地址，后面的是主机地址。
192.168.100.5 11000000.10101000.01100100.00000101 255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.00000000
2）IP地址和子网掩码进行与运算，结果是网络地址：192.168.100.0
3）将网络地址中的网络地址部分不变，主机地址变为全1，结果就是广播地址：192.168.100.255
4）地址范围就是含在本网段内的所有主机。网络地址+1即为第一个主机地址，广播地址-1即为最后一个主机地址。本例的网络范围是：192.168.100.1 至 192.168.100.254
5）主机的数量 = 2^二进制的主机位数 - 2（减2是因为主机不包括网络地址和广播地址）。本例主机位数是8位，主机数量 = 2^8 - 2 = 254
2、总体计算
【例2】IP地址为128.36.199.3 子网掩码是255.255.240.0。
128.36.199.3 10000000.00100100.11000111.00000011 255.255.240.0 11111111.11111111.11110000.00000000 与运算结果: 10000000.00100100.11000000.00000000 网络地址: 128.36.192.0 广播地址: 128.36.207.255 主机数量: 2^12 - 2 = 4094 主机地址范围: 128.36.192.1 至 128.36.207.254
IP地址基础知识
在Internet上有千百万台主机，为了区分这些主机，人们给每台主机都分配了一个专门的地址，称为IP地址。通过IP地址就可以访问到每一台主机。IP地址由4部分数字组成，每部分数字对应于8位二进制数字，各部分之间用小数点分开。Internet IP地址由NIC（Internet Network Information Center）统一负责全球地址的规划、管理。
固定IP：固定IP地址是长期固定分配给一台计算机使用的IP地址，一般是特殊的服务器才拥有固定IP地址。
动态IP：因为IP地址资源非常短缺，通过电话拨号上网或普通宽带上网用户一般不具备固定IP地址，而是由ISP动态分配暂时的一个IP地址。
公有地址（Public address）由Inter NIC负责。这些IP地址分配给注册并向Inter NIC提出申请的组织机构。通过它直接访问因特网。
私有地址（Private address）属于非注册地址，专门为组织机构内部使用。
以下列出留用的内部私有地址：
A类 10.0.0.0 -- 10.255.255.255
B类 172.16.0.0 -- 172.31.255.255
C类 192.168.0.0 -- 192.168.255.255
IP地址是由什么机构分配的?
所有的IP地址都由国际组织NIC负责统一分配，目前全世界共有三个这样的网络信息中心：
- InterNIC：负责美国及其他地区
- ENIC：负责欧洲地区
- APNIC：负责亚太地区
我国申请IP地址要通过APNIC，APNIC的总部设在日本东京大学。
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