什么是IP地址 IP子网划分VLSM详解

前段时间有群友在里面聊子网划分，有几个不懂的网工朋友，悄悄来私聊，表示想再补充一下这方面的知识。

子网划分技术其实是计算机网络基础中的重点难点了。今天就给你来一篇，IP子网划分VLSM详解。

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什么是IP地址

老规矩啊，先给你讲一波理论基础。

IP地址在网络中用于标识一个节点（或者网络设备的接口）。

IP网络中数据包的寻址是基于IP地址来进行的，因此IP地址就像是现实生活中的地址。

IP协议定义了数据分组的格式，也定义了数据分组寻址的方式。目前我们在业务环境中常见的IP主要是两个版本：

IPv4及IPv6。

而现阶段网络主体仍然是IPv4，但是在可预见的未来，会逐渐向IPv6过渡。今天只介绍IPv4哈。

一个IPv4地址有32比特位（二进制格式下）。

当然，我们不可能用二进制来书写IPv4地址，那是低效的，我们通常采用十进制格式来书写IP地址，但是计算机在进行IP地址的相关计算工作时，无疑是通过二进制的形式来进行。

因此掌握十进制到二进制的数制转换是必备的技能。

IPv4地址通常采用“点分十进制”表示，以适应人类的读写习惯，例如192.168.1.1。

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十进制与二进制的转换

“点分十进制”IP地址表现形式能够帮助我们更好的使用网络，但网络设备在对IP进行计算时使用的是二进制的操作方式。

例如：

以下是192这个数字，对应的二进制算法，这里就不再赘述了哈，这是基本技能。

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IP地址的分类

IPv4地址的空间从0.0.0.0 一直到 255.255.255.255，这么庞大的空间，如果不加以区分和规划，势必不便于统筹管理。

因此我们对IPv4地址空间进行类别上的划分，一共有五类：

地址的类别上的区分主要体现在第一个八位组（一个IP地址拥有4个八位组）上：

第一个八位组首位恒定为0，那么我们就得到一个区间：

1.0.0.0一直到127.255.255.255。

这是A类地址，其中127.0.0.0/8作为本地回环使用，例如你ping 127.0.0.1实际上ping的是本机。

所以如果看到一个IP，它的首个八位组掉落在1-126的区间内，那么这是一个A类地址。

第一个八位组的最高两位恒定为10，就得到一个区间：

128.0.0.0-191.255.255.255，这是B类地址。

第一个八位组的最高三位恒定为110，就得到一个区间：

192.0.0.0 – 223.255.255.255，这是C类地址。

第一个八位组的最高四位恒定为1110，就得到一个区间：

224.0.0.0 – 239.255.255.255，这是D类地址，这个类别的地址专门用于组播。

剩下的是E类地址，这类地址保留作为研究使用。

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网络掩码Netmask

一个IP地址包含两部分：网络部分以及主机部分。

网络部分用于表示这个IP地址所处的“空间”，对于一台路由器而言，当它在为数据包寻址时，通常只关心IP地址的网络部分。

那么如何区分一个IP地址中的网络与主机部分？

自然是网络掩码（Network Mask，简称netmask），用于和IP地址进行对应，从而标识出IP地址中的网络与主机部分。

● 网络掩码为32bits，与IPv4地址的位数是一样的。

● 网络掩码在二进制的表示上是一堆连续的1、后面接连续的0。

● 网络掩码值为1的bit对应IP地址中的网络位；为0的bit对应IP地址中的主机位，以此来辅助我们识别一个IP地址中的网络与主机位，如下图：

为了方便书写，我们往往使用掩码长度的方式来表示一个IP地址+掩码：

192.168.1.1 255.255.255.0 等同于 192.168.1.1/24。

因为255.255.255.0写成二进制的话，从左往右数就是24个1，所以我们也说，它的掩码长度为24。

默认情况下，A类IP地址，首个八位组为网络位，其他位为主机位，因此A类地址的默认掩码就是255.0.0.0，或者长度为/8。

B类IP地址前两个八位组为网络位，后两个八位组为主机位，因此B类地址的默认掩码就是255.255.0.0或者/16。

C类地址的前三个八位组为网络位，后面一个八位组是主机位，因此C类地址的默认掩码就是255.255.255.0，或者/24。

从这里我们可以看出来，如果你申请到一个A类地址空间：

123.0.0.0/8，那么这是一个相当庞大的地址空间，因为这个空间有2的24次方个IP地址。

相对的，一个B类的IP网络地址空间默认有2的16次方个IP地址，而C类地址则更少。

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IP地址类型

这里给你说说下面这三种类型。

● 网络地址：

标识一个网络，相当于一个“面”的概念。是一个IP地址中主机位全0的地址。例如192.168.10.0/24。

● 广播地址：

用于向网络中的所有主机发送数据的特殊地址。广播地址即主机部分的各比特位全部为1的地址。例如192.168.10.255/24。

● 主机地址：

可分配给网络中终端设备的地址。例如192.168.10.1/24至192.168.10.254/24。

例：192.168.1.0 这个C类网络的网络号、广播号及可分配IP分别是？

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为什么要划分子网

假设你有一个B类地址：172.16.0.0，由于B类地址的默认掩码是255.255.0.0，这就意味着这个网络内有2的16次方个地址。

而可分配给PC使用的IP地址就有2的16次方-2这么多个IP，为什么要减去2？

因为广播地址及网络号是不能分配给PC使用的。

设想一下，如果你真有这么多台PC，这么多个IP地址处于同一个网络中、同一个网段中、同一个广播域中，如上图所示。

那么一旦网络中发生广播，影响可就大了。

再者，实际的业务环境中，我们往往给一个业务单元，划分一个网段，不同的业务单元不同的网段。

那么如果你有10个业务单元，每个业务单元才百来号设备，一个业务单元就耗费一个B类地址，这就造成地址空间的浪费。

因此，我们提出子网划分的概念，子网划分的术语叫做VLSM（Variable Length Subnet Mask，可变长子网掩码），事实上是拿子网掩码变戏法。

在上图中，我们有五个网段，需要五个IP地址段。

而如果你只有一个B类地址（172.16.0.0/16）可用，通过子网划分，可以将这个B类地址划分成一个个小一点的子网。

这样一来，一个庞大的广播域可以被分割成小的单元，另外IP地址的使用也更为科学更为合理。

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如何划分子网

现在假设我们有一个B类地址：172.16.0.0/16。

默认情况下，这个B类地址的掩码为255.255.0.0，前两个八位组是网络位，后两个八位组是主机位。

那么这个单一的网络中，有2的16次方个IP地址，如上图所示，非常庞大。

现在，将原有的16个位的网络位向主机位去“借”一位，这样一来网络位就扩充到了17位，相对的主机位就变成了15位。

那么借过来的这一位，就是子网位了，如上图所示。

由于我们借了这一位，因此掩码就从默认的255.255.0.0变成了255.255.128.0或者说从/16变成了/17。

于是从原来的只有172.16.0.0/16的一个大网段，变成现在拥有172.16.0.0/17及172.16..128.0/17这两个小一点的网段。

这就是子网划分。

务必要关注网络掩码在这个过程中发挥的作用。

接下来给你说两个子网划分的案例。

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子网划分—案例1

现在有一个IP地址：192.168.1.0，这是一个C类地址，默认的掩码是/24。

我要对它做子网划分，向主机位借一位作为子网位，也就是掩码变成/25，那么我能拿到几个子网？

每个子网网络号是多少？每个子网广播号是多少？每个子网的可用IP是多少?

步骤如下：

 01  判断类别，找默认掩码 

首先这是一个C类地址，因此默认的掩码长度为/24，你可以划一条竖线帮助计算。线的左边为网络位，右边为主机位，如上图所示。

 02  变更掩码，找子网 

在原有的/24掩码基础上，向主机位借一位，掩码变成/25。

借出来的这一位就是子网位，如上图所示，我们只要将虚线往右移动一格就行。

这个子网位要么为0，要么为1，两种可能性。

这就创造了两个子网（2的1次方），子网位为0时，得到的网络号是192.168.1.0/25，子网位为1时，得到另一个子网的网络号192.168.1.128/25。

如下图所示：

 03  得出广播号 

上面分别列出了子网1及子网2的广播号，其实很简单，就是把各个子网的主机位全部置1即可。

因此子网192.168.1.0/25的广播号为192.168.1.127；子网192.168.1.128/25的广播号为192.168.1.255；

 04  得出每个子网的可用IP地址数量 

经过上面的计算，得出了子网1及子网2的网络号和广播号，那么每个子网可用的IP地址也就出来了，因为可用IP实际上就是该子网的网络号与广播号之间夹着的那些个IP。

所以实际上我们对192.168.1.0这个C类地址，用了一个变长子网：/25，也就是向主机位借1位后产生出了2个子网，每个子网有126个可用IP地址。

这里有个公式：

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子网划分—案例2

假设现在你有一个IP地址：192.168.1.64/27，想把这个地址配置在一台PC上，是否可行？

默认掩码/24，新掩码/27因此网络位向主机位借了3位，产生了8个子网，每个子网可用IP地址为30；

而相应的每个子网块的大小就为32，也就是2的5次方（5是剩余的主机位数）。

现在开始把每个子网罗列一下，结果发现192.168.1.64/27这个IP地址，其实是一个子网的网络号。

既然是网络号，当然是不能分配给PC用的了。

编辑：黄飞