IP地址、子网掩码详解

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2⁷ -2=126个网段（第一个可用网段号1，最后一个可用网段号126）（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2²⁴-2=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（第一个可用网段号128.0，最后一个可用网段号1291.255），网络中的主机标识占2组8位二进制数，每个网络允许有2¹⁶-2=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（第一个可用网络号192.0.0，最后一个可用网络号223.255.255），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2^x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(2⁷-2) 1 126 16777214

B 16384(2¹⁴) 128.0 191.255 65534

C 2097152(2²¹) 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，这就像有很多的世界公园，每个公园内都可命名相同的大街，如香榭丽舍大街，但对外我们只能看到公园的地址和真正的香榭丽舍大街。下面是A、B、C类网络中的私有地址段。你自己组网时就可以用这些地址了。

　　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：

（1）含网络号127的分组不能出现在任何网络上；

（2）主机和网关不能为该地址广播任何寻径信息。

由以上规定可以看出，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

255·0·0·0 换算成二进制为 11111111·00000000·00000000·00000000

　可以清楚地看出前8位是网络地址，后24位是主机地址，也就是说，如果用的是标准子网掩码，看第一段地址即可看出是不是同一网络的。如21.0.0.0.1和21.240.230.1，第一段为21属于A类，如果用的是默认的子网掩码，那这两个地址就是一个网段的。

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

　B类、C类分析同上。

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

这些子网掩码又是什么意思呢？这些子网掩码的出现是为了把一个网络划分成多个网络。

还记得上面的例子吗？如下所示：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。下面的子网划分将作详细介绍。

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地址的界面大家都很熟悉，图中出现了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，那这些名词都是什么意思呢?学习IP地址的相关知识时还会遇到网络地址、广播地址、子网等概念，这些又是什么意思呢？

要解答这些问题，先看一个日常生活中的例子。如下图所示，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。也就是说，北大街的任何一个用户喊一声能让"广播地址-1"个用户听到。

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，IP地址=网络地址+主机地址，图1中的IP地址是192.168.100.1，这个地址中包含了很多含义。如下所示：

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

这些地址是如何计算出来的呢？为什么计算这些地址呢？要想知道如何，先要明白一个道理，学习网络的目的就是如何让网络中的计算机相互通讯，也就是说要围绕着"通"这个字来学习和理解网络中的概念，而不是只为背几个名词。

　注：192.168.100.1是私有地址，是不能直接在Internet网络中应用的，上Internet要转为公有地址，下面详细说明。

　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。先看看最简单的网络，下图中是用网线（交叉线）直接将两台计算机连起来。下面是几种IP地址设置，看看在不同设置下网络是通还是不通。

1）设置1号机的IP地址为192.168.0.1子网掩码为255.255.255.0，2号机的IP地址为192.168.0.200子网掩码为255.255.255.0，这两台计算机就能正常通讯。

　2）如果1号机地址不变，将2号机的IP地址改为192.168.1.200子网掩码还是为255.255.255.0，那这两台就无法通讯。

3）设置1号机的IP地址为192.168.0.1子网掩码为255.255.255.192，2号机的IP地址为192.168.0.200子网掩码为255.255.255.192，注意和第1种情况的区别在于子网掩码，1为255.255.255.0本例是255.255.255.192这两台计算机就不能正常通讯。

第1种情况能通是因为这两台计算机处在同一网络192.168.0.0，所以能通，而2、3种情况下两台计算机处在不同的网络，所以不通。

这里先给个结论：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。这就像我们上面举的例子，同是北大街的住户由于街道名称都是北大街，且各自的门牌号不同，所以能够相互找到对方。

计算网络地址就是判断网络中的计算机在不在同一网络，在就能通，不在就不能通。注意，这里说的在不在同一网络指的是IP地址而不是物理连接。那么如何计算呢？

2、如何计算网络地址

我们日常生活中的地址如：北大街1号，从字面上就能看出街道地址是北大街，而我们从IP地址中却难以看出网络地址，要计算网络地址，必须借助我们上边提到过的子网掩码。

计算过程是这样的，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。与运算如下所示，上下对齐，1位1位的算，1与1=1 ，其余组合都为0。

　　1...0...1...0

　　1...0...0...0

　　与运算________________　

　　1...0...0...0

例如：计算IP地址为：202.99.160.50子网掩码是255.255.255.0的网络地址步骤如下：

1）将IP地址和子网掩码分别换算成二进制

　　202.99.160.50 换算成二进制为 11001010·01100011·10100000·00110010

　　255.255.255.0 换算成二进制为 11111111·11111111·11111111·00000000

2）将二者进行与运算

　　11001010·01100011·10100000·00110010

　　11111111·11111111·11111111·00000000

　　与运算________________________________________

　　11001010·01100011·10100000·00000000

3）将运算结果换算成十进制，这就是网络地址。

　　11001010·01100011·10100000·00000000换算成十进制就是202.99.160.0

　　现在我们就可以解答上面三种情况的通与不通的问题了。

1、从下面运算结果可以看出二台计算机的网络地址都为192.168.0.0且IP地址不同，所以可以通。

　　192.168.0.1　　　　　　11000000.10101000.00000000.00000001

　　255.255.255.0　　　　　11111111.11111111.11111111.00000000

　　与运算______________________________________________________________

　　192.168.0.0　　　　　　11000000.10101000.00000000.00000000

　　192.168.0.200　　　　　11000000.10101000.00000000.11001000

　　255.255.255.0　　　　　11111111.11111111.11111111.00000000

　　与运算______________________________________________________________

　　192.168.0.0　　　　　　11000000.10101000.00000000.00000000

2、从下面运算结果可以看出1号机的网络地址为192.168.0.0，2号机的网络地址为192.168.1.0 不在一个网络，所以不通。

　　192.168.1.200　　　　　11000000.10101000.00000001.11001000

　　255.255.255.0　　　　　11111111.11111111.11111111.00000000

　　与运算______________________________________________________________

　　192.168.1.0　　　　　　11000000.10101000.00000001.00000000

3、从下面运算结果可以看出1号机的网络地址为192.168.0.0，2号机的网络地址为192.168.0.192 不在一个网络，所以不通

　　192.168.0.1　　　　　　11000000.10101000.00000000.00000001

　　255.255.255.192　　　　11111111.11111111.11111111.11000000

　　与运算______________________________________________________________

　　192.168.0.0　　　　　　11000000.10101000.00000000.00000000

　　192.168.0.200　　　　　11000000.10101000.00000000.11001000

　　255.255.255.192 　　　 11111111.11111111.11111111.00000000

　　与运算______________________________________________________________

　　192.168.0.182　　　　　11000000.10101000.00000000.11000000

相信看到这应该明白了为何计算网络地址和如何计算了，但也许还有很多疑问，如IP地址为什么写成这样，子网掩码到底是怎么回事等等，别急，下面慢慢介绍。

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】下面例子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

　　192.168.100.5　　　　　11000000.10101000.01100100.00000101

　　255.255.255.0　　　　　11111111.11111111.11111111.00000000

　　与运算______________________________________________________________

　　结果为：　192.168.100.0　　　　　11000000.10101000.01100100.00000000

3） 将上面的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。

　　网络地址为：　192.168.100.0　　　　　11000000.10101000.01100100.00000000

　　___________________________________________________________________________

　　将主机地址变为全1　

　　广播地址为：　192.168.100.255　　　　11000000.10101000.01100100.11111111

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，由此可以看出

地址范围是： 网络地址+1 至 广播地址-1

本例的网络范围是：192·168·100·1 至 192·168·100·254

也就是说下面的地址都是一个网段的。

　　192·168·100·1、192·168·100·2 ... 192·168·100·20 ... 192·168·100·111... 192·168·100·254

　5） 主机的数量

　　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。本例二进制的主机位数是8位。

主机的数量=2⁸-2=254

　2、总体计算

我们把上边的例子合起来计算一下过程如下：

　　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

　　192.168.100.5　　　　　11000000.10101000.01100100.00000101

　　255.255.255.0　　　　　11111111.11111111.11111111.00000000

　　与运算　　　______________________________________________________________

　　结果为网络地址：192.168.100.0　　　　　11000000.10101000.01100100.00000000

　　___________________________________________________________________________

将结果中的网络地址部分不变，主机地址变为全1

结果为广播地址：192.168.100.0　　　　　11000000.10101000.01100100.11111111

主机的数量：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2⁸-2=254

地址范围是：　　　网络地址：　192.168.100.0　...... 广播地址为：　192.168.100.255

主机的地址范围是：网络地址+1：192.168.100.1　...... 广播地址-1：　192.168.100.254

【例2】IP地址为128·36·199·3 子网掩码是255·255·240·0。算出网络地址、广播地址、地址范围、主机数。

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

　　128•36•199•3 10000000•00100100•1100 0111•00000011

　　255•255•240•0 11111111•11111111•1111 0000•00000000

2）IP地址和子网掩码进行与运算，结果是网络地址

　　128•36•199•3 10000000•00100100•1100 0111•00000011

　　255•255•240•0 11111111•11111111•1111 0000•00000000

　　与运算　　　______________________________________________________________

　　结果为网络地址：128•36•192•0　　　10000000•00100100•1100 0000•00000000

3）将运算结果中的网络地址不变，主机地址变为1，结果就是广播地址。

　　128•36•192•0　　　10000000•00100100•1100 0000•00000000

　　______________________________________________________________

　　广播地址：　128•36•207•255 10000000•00100100•1100 1111•11111111

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，由此可以看出

本例的网络范围是：128•36•192•1 至 128•36•207•254

5） 主机的数量

　　主机的数量=2^{二进制位数的主机}-2=212-2=4094

从上面两个例子可以看出不管子网掩码是标准的还是特殊的，计算网络地址、广播地址、地址数时只要把地址换算成二进制，然后从子网掩码处分清楚连续1以前的是网络地址，后是主机地址进行相应计算即可。