CCNA基礎：IP地址和子網掩碼
CCNA基礎：為什么要使用IP地址？
一個IP地址是用來標識網絡中的一個通信實體，比如一臺主機，或者是路由器的某一個端口。而在基于IP協議網絡中傳輸的數據包，也都必須使用IP地址來進行標識，如同我們寫一封信，要標明收信人的通信地址和發信人的地址，而郵政工作人員則通過該地址來決定郵件的去向。
同樣的過程也發生在計算機網絡里，每個被傳輸的數據包也要包括的一個源IP地址和一個目的IP地址，當該數據包在網絡中進行傳輸時，這兩個地址要保持不變，以確保網絡設備總是能根據確定的IP地址，將數據包從源通信實體送往指定的目的通信實體。
目前，IP地址使用32位二進制地址格式，為方便記憶，通常使用以點號劃分的十進制來表示，如：202.112.14.1.
一個IP地址主要由兩部分組成：一部分是用于標識該地址所從屬的網絡號；另一部分用于指明該網絡上某個特定主機的主機號。
為了給不同規模的網絡提供必要的靈活性，IP地址的設計者將IP地址空間劃分為五個不同的地址類別，如下表所示，其中A，B，C三類最為常用：
A類 0－127 0 8位 24位
B類 128－191 10 16位 16位
C類 192－223 110 24位 8位
D類 224－239 1110 組播地址
E類 240－255 1111 保留試驗使用
網絡號由因特網權力機構分配，目的是為了保證網絡地址的全球唯一性。主機地址由各個網絡的管理員統一分配。因此，網絡地址的唯一性與網絡內主機地址的唯一性確保了IP地址的全球唯一性。
CCNA基礎：劃分子網
為了提高IP地址的使用效率，可將一個網絡劃分為子網：采用借位的方式，從主機位***位開始借位變為新的子網位，所剩余的部分則仍為主機位。這使得IP地址的結構分為三部分：網絡位、子網位和主機位。
引入子網概念后，網絡位加上子網位才能全局唯一地標識一個網絡。把所有的網絡位用1來標識，主機位用0來標識，就得到了子網掩碼。如下圖所示的子網掩碼轉換為十進制之后為：255.255.255.224
子網編址使得IP地址具有一定的內部層次結構，這種層次結構便于IP地址分配和管理。
它的使用關鍵在于選擇合適的層次結構——如何既能適應各種現實的物理網絡規模，又能充分地利用IP地址空間（即：從何處分隔子網號和主機號）。
小竅門——子網的計算
在思科網絡技術學院CCNA教學和考試當中，不少同學在進行IP地址規劃時總是很頭疼子網和掩碼的計算。現在給大家一個小竅門，可以順利的解決這個問題。
首先，我們看一個CCNA考試中常見的題型：一個主機的IP地址是202.112.14.137，掩碼是255.255.255.224，要求計算這個主機所在網絡的網絡地址和廣播地址。
常規辦法是把這個主機地址和子網掩碼都換算成二進制數，兩者進行邏輯與運算后即可得到網絡地址。其實大家只要仔細想想，可以得到另一個方法： 255.255.255.224的掩碼所容納的IP地址有256－224＝32個（包括網絡地址和廣播地址），那么具有這種掩碼的網絡地址一定是32的倍數。而網絡地址是子網IP地址的開始，廣播地址是結束，可使用的主機地址在這個范圍內，因此略小于137而又是32的倍數的只有128，所以得出網絡地址是202.112.14.128.而廣播地址就是下一個網絡的網絡地址減1.而下一個32的倍數是160，因此可以得到廣播地址為 202.112.14.159.可參照下圖來理解本例：
CCNA考試中，還有一種題型，要你根據每個網絡的主機數量進行子網地址的規劃和計算子網掩碼。這也可按上述原則進行計算。比如一個子網有10臺主機，那么對于這個子網就需要10＋1＋1＋1＝13個IP地址。（注意加的***個1是指這個網絡連接時所需的網關地址，接著的兩個1分別是指網絡地址和廣播地址。）13小于16（16等于2的4次方），所以主機位為4位。而256－16＝240，所以該子網掩碼為255.255.255.240.
如果一個子網有14臺主機，不少同學常犯的錯誤是：依然分配具有16個地址空間的子網，而忘記了給網關分配地址。這樣就錯誤了，因為14＋1＋1＋1 ＝17 ，大于16，所以我們只能分配具有32個地址（32等于2的5次方）空間的子網。這時子網掩碼為：255.255.255.224.
CCNA基礎： IP 地址的局限性
最初的因特網設計者沒有預想到網絡會有如此快速地發展，因此現在網絡面臨的問題都可以追溯到因特網發展的早期決策上，IP地址的分配更能體現這點。
目前使用的IPv4地址使用32位的地址，即在IPv4的地址空間中有232（4，294，967，296，約為43億）個地址可用。這樣的地址空間在因特網早期看來幾乎是無限的，于是便將IP地址根據申請而按類別分配給某個組織或公司，而很少考慮是否真的需要這么多個地址空間，沒有考慮到IPv4地址空間最終會被用盡。
因此，IPv4地址是按照網絡的大小（所使用的IP地址數）來分類的，它的編址方案使用"類"的概念。A、B、C三類IP地址的定義很容易理解，也很容易劃分，但是在實際網絡規劃中，它們并不利于有效地分配有限的地址空間。對于A、B類地址，很少有這么大規模的公司能夠使用，而C類地址所容納的主機數又相對太少。所以有類別的IP地址并不利于有效地分配有限的地址空間，不適用于網絡規劃。
在這種情況下，人們開始致力于下一代因特網協議——IPv6的研究。由于現在IPv6的協議并不完善和成熟，需要長期的試驗驗證，因此，IPv4到 IPv6的完全過渡將是一個比較長的過程，在過渡期間我們仍然需要在IPv4上實現網絡間的互連。而在90年代初期引入了變長子網掩碼（VLSM）和無類域間路由（CIDR）等機制，作為目前過渡時期提高IPv4地址空間使用效率的短期解決方案起到了很大的作用。
CCNA基礎：快速計算子網掩碼和主機塊
（一）明確概念
在介紹十進制算法前我們先要明確一些概念。
類范圍：IP地址常采用點分十進制表示方法X.Y.Y.Y，在這里，X在1～126范圍內稱為A類地址；X在128～191范圍內稱為B類地址；X在 192～223范圍內稱為C類地址。比如10.202.52.130，因為X為10，在1～126范圍內，所以稱為A類地址。
類默認子網掩碼：A類為 255.0.0.0； B類為 255.255.0.0； C類為 255.255.255.0.當我們要劃分子網用到子網掩碼M時，類子網掩碼的格式如下：A類為 255.M.0.0，B類為 255.255.M.0，C類為 255.255.255.M.M是相應的子網掩碼，比如255.255.255.240.
十進制計算基數是256（下面，我們所有的十進制計算都要用256來進行）。
（二）變量說明
1.Subnet_block指可分配子網塊大小，表示在某一子網掩碼下子網的塊數。
2.Subnet_num是可分配子網數，指可分配子網塊中要剔除首、尾兩塊，是某一子網掩碼下可分配的實際子網數量。Subnet_num =Subnet_block－2.
3.IP_block指每個子網可分配的IP地址塊大小。
4.IP_num指每個子網實際可分配的IP地址數。因為每個子網的首、尾IP地址必須保留（一個為網絡地址，一個為廣播地址），所以它等于IP_block－2，IP_num也用于計算主機塊。
5.M指子網掩碼。
表示上述變量關系的公式如下：
M=256－IP_block IP_block=256/Subnet_block或Subnet_block=256/IP_block IP_num=IP_block－2 Subnet_num=Subnet_block－2.
6.2的冪數。大家要熟練掌握28（256）以內的2的冪代表的十進制數（如128=27、64=26等），這樣可以使我們立即推算出Subnet_block和IP_block的數目。
（三）舉例說明
現在，通過舉一些實際例子，大家可以對子網掩碼和主機塊的十進制算法有深刻的了解。
1.已知所需子網數12，求實際子網數。
這里實際子網數指Subnet_num，由于12最接近2的冪為16（24），即Subnet_block=16，那么Subnet_num=16－2=14，故實際子網數為14.
2.已知一個B類子網的每個子網主機數要達到60×255個（約相當于X.Y.0.1～X.Y.59.254的數量），求子網掩碼。
首先，60接近2的冪為64（26），即IP_block=64； 其次，子網掩碼M=256－IP_block=256－64=192，***由子網掩碼格式B類是255.255.M.0得出子網掩碼為255.255.192.0.
3.如果所需子網數為7，求子網掩碼。
7最接近2的冪為8，但8個Subnet_block因為要保留首、尾2個子網塊，即 8－2=6< 7，并不能達到所需子網數，所以應取2的冪為16，即Subnet_block=16.因為IP_block=256/Subnet_block= 256/16=16，所以子網掩碼M=256－IP_block=256－16=240.
4.已知網絡地址為211.134.12.0，要有4個子網，求子網掩碼及主機塊。
由于211.Y.Y.Y是一個C類網，子網掩碼格式為255.255.255.M，又知有4個子網，4接近2的冪是8（23），所以 Subnet_block=8，Subnet_num=8－2=6，IP_block=256/Subnet_block=256/8=32，子網掩碼M =256－IP_block=256－32=224，故子網掩碼表示為255.255.255.224.又因為子網塊的首、尾兩塊不能使用，所以可分配6 個子網，每個子網有32個可分配主機塊，即32～63、64～95、96～127、128～159、160～191、192～223，其中首塊（0～31）和尾塊（224～255）不能使用。
由于每個子網塊中的可分配主機塊又有首、尾兩個不能使用（一個是子網網絡地址，一個是子網廣播地址），所以主機塊分別為33～62、65～94、 97～126、129～158、161～190及193～222，因此子網掩碼為255.255.255.224，主機塊共有6段，分別為 211.134.12.33～211.134.12.62、211.134.12.65~211.134.12.94、 211.134.12.97～211.134.12.126、211.134.12.129～211.134.12.158、 211.134.12.161～211.134.12.190及211.134.12.193～211.134.12.222.用戶可以任選其中的4段作為4個子網。
總之，只要理解了公式中的邏輯關系，就能很快計算出子網掩碼，并得出可分配的主機塊。
子網掩碼的主要功能是告知網絡設備，一個特定的IP地址的哪一部分是包含網絡地址與子網地址，哪一部分是主機地址。網絡的路由設備只要識別出目的地址的網絡號與子網號即可作出路由尋址決策，IP地址的主機部分不參與路由器的路由尋址操作，只用于在網段中唯一標識一個網絡設備的接口。本來，如果網絡系統中只使
用A、B、C這三種主類地址，而不對這三種
主類地址作子網劃分或者進行主類地址的匯總，則網絡設備根據IP
地址的***個字節的數值范圍即可判斷它屬于A、B、C中的哪一個主類網，進而可確定該IP地址的網絡部分和主機部分，不需要子網掩碼的輔助。
但為了使系統在對A、B、C這三種主類網進行了子網的劃分，或者采用無類別的域間選路技術（Classless Inter-Domain Routing，CIDR）對網段進行匯總的情況下，也能對IP地址的網絡及子網部分與主機部分作正確的區分，就必須依賴于子網掩碼的幫助。
子網掩碼使用與IP相同的編址格式，子網掩碼為1的部分對應于IP地址的網絡與子網部分，子網掩碼為0的部分對應于IP地址的主機部分。將子網掩碼和 IP地址作"與"操作后，IP地址的主機部分將被丟棄，剩余的是網絡地址和子網地址。例如，一個IP分組的目的IP地址為：10.2.2.1，若子網掩碼為：255.255.255.0，與之作"與"運算得：10.2.2.0，則網絡設備認為該IP地址的網絡號與子網號為：10.2.2.0.子網掩碼是用來判斷任意兩臺計算機的IP地址是否屬于同一子網絡的根據。
最為簡單的理解就是兩臺計算機各自的IP地址與子網掩碼進行AND運算后，如果得出的結果是相同的，則說明這兩臺計算機是處于同一個子網絡上的，可以進行直接的通訊。就這么簡單。
請看以下示例：
運算演示之一：aa
I P 地址 192.168.0.1
子網掩碼 255.255.255.0
AND運算
轉化為二進制進行運算：
I P 地址 11010000.10101000.00000000.00000001
子網掩碼 11111111.11111111.11111111.00000000
AND運算
11000000.10101000.00000000.00000000
轉化為十進制后為：
192.168.0.0
運算演示之二：
I P 地址 192.168.0.254
子網掩碼 255.255.255.0
AND運算
轉化為二進制進行運算：
I P 地址 11010000.10101000.00000000.11111110
子網掩碼 11111111.11111111.11111111.00000000
AND運算
11000000.10101000.00000000.00000000
轉化為十進制后為：
192.168.0.0運算演示之三：
I P 地址 192.168.0.4
子網掩碼 255.255.255.0
ND運算
轉化為二進制進行運算：
I P 地址 11010000.10101000.00000000.00000100
子網掩碼 11111111.11111111.11111111.00000000
AND運算
11000000.10101000.00000000.00000000
轉化為十進制后為：
192.168.0.0
通過以上對三組計算機IP地址與子網掩碼的AND運算后，我們可以看到它運算結果是一樣的。均為192.168.0.0
所以計算機就會把這三臺計算機視為是同一子網絡，然后進行通訊的。我現在單位使用的代理服務器，內部網絡就是這樣規劃的。
也許你又要問，這樣的子網掩碼究竟有多少了IP地址可以用呢？你可以這樣算。
根據上面我們可以看出，局域網內部的ip地址是我們自己規定的（當然和其他的ip地址是一樣的），這個是由子網掩碼決定的通過對255.255.255.0的分析。可得出：
前三位IP碼由分配下來的數字就只能固定為192.168.0 所以就只剩下了***的一位了，那么顯而易見了，ip地址只能有（2的8次方-1），即256-1=255一般末位為0或者是255的都有其特殊的作用。
但是這樣劃分但浪費地址了，所以后來又引出一種叫VLSM（可變長掩碼）的新算法。
如果共有50臺機器 ，那一定是用C類地址。但是如果用C類的話每一個網段可以用到253臺主機而你現在只有50臺，這樣的話不是要浪費200臺了嗎？但是如果用了VLSM就不同了請看。
如果是靜態掩碼的話C類地址因該是255.255.255.0
50< 2的7次方，化為十進制就是64.所以VLSM就是255.255.255.64
例一：IP：192.168.0.1
SubstMask：255.255.255.64
轉化為二進制11000000.10101000.00000000.00000001
11111111.11111111.00000000.1000000
AND與運算
11000000.10101000.00000000.00000000
轉化為十進制192.168.0.0
例二：192.168.0.50
SubstMask：255.255.255.64
轉化為二進制11000000.10101000.00000000.00110010
11111111.11111111.11111111.01000000
AND與運算
11000000.10101000.00000000.00000000
轉化為十進制192.168.0.0
以上二個地址在同一網段
再看：
例三：IP：192.168.0.65
SubstMask：255.255.255.64
轉化為二進制11000000.10101000.00000000.01000001
11000000.10101000.00000000.01000000
AND與運算
110000000.10101000.00000000.010000000
轉化為十進制192.168.0.64
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