IP子网划分(VLSM)

1.什么是IP地址

• 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门牌号。
• 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。
• 一个IPv4地址有32位。当然，我们不可能用二进制来表示IPv4地址，那是低效的，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。
• 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。

2.十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。

以下是192这个数字，对应的二进制算法，这里就不再赘述了，这是基本技能。

3.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。

4. 网络掩码netmask

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

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。

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/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。

5.IP地址类型

• 网络地址：指代网络的地址（相当于“一个面”的概念）。是一个IP地址中主机位全0的地址。也称为网络号。
• 广播地址：用于向网络中的所有主机发送数据的特殊地址。广播地址使用该网络范围内的最大地址。即主机部分的各比特位全部为1的地址。也称为广播号。
• 主机地址：可分配给网络中终端设备的地址。

6.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，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，子网划分事实上术语叫做：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）可用的情况，通过子网划分，你可以将这个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。

7.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。那么这个个单一的网络中，有2的16次方个IP地址，非常庞大。

现在，我们将原有的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。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。

于是我们从原来的只有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。

8.例子一

下面我们来看几个例子：

现在我们有一个IP：192.168.1.0，这是一个C类地址，默认的掩码是/24，现在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?

我们的步骤如下：

1) 判断类别 找掩码

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。

2)变更掩码 找子网

现在，我们在原有的/24掩码基础上，向主机位借一位，掩码变成/25。那么借出来的这一位就是我们的子网位，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，我们拿到网络号192.168.1.0/25，另一个子网是192.168.1.128/25。

3)得出子网号

上图中就显示了向主机位借一位之后，我们得到的两个子网：

192.168.1.0/25

192.168.1.128/25

其实很简单，就是主机位全0，即可。

4)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；

5)得出主机段

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：