概觀
在上一章中，我們研究了網(wǎng)絡(luò)層及其在通信中的作用剿骨。在本章中代芜，我們將介紹ipv4尋址。這是網(wǎng)絡(luò)中最重要的概念之一浓利，對于您在網(wǎng)絡(luò)中的整體成功至關(guān)重要挤庇。理解本章對其他學(xué)習(xí)至關(guān)重要钞速。本章分為兩部分，以便更好地理解嫡秕。在第一部分中渴语，我們將看二進(jìn)制與十進(jìn)制，然后我們將介紹子網(wǎng)劃分昆咽。然后我們將通過劃分幾個地址來完成驾凶。
十進(jìn)制與二進(jìn)制
我們習(xí)慣于小數(shù)。今天到處使用的數(shù)字系統(tǒng)大多是二進(jìn)制的掷酗〉魑ィ基數(shù)為10。
10 ^ 0 = 1
10 ^ 1 = 10
10 ^ 2 = 100
這就是我們在日承汉洌活動中使用的內(nèi)容翰萨。但是，計(jì)算機(jī)僅限于2位數(shù)糕殉∧豆恚“1”和“0”，表示“ON”和“OFF”阿蝶。我們使用的ip尋址系統(tǒng)基于這個概念雳锋。我們使用的所有ipv4地址都是計(jì)算機(jī)知道的二進(jìn)制形式的十進(jìn)制表示。
下表顯示了十進(jìn)制和二進(jìn)制內(nèi)涵之間的差異羡洁。
在本章和其他章節(jié)中，您將更頻繁地看到二進(jìn)制表筑煮。
如何解決網(wǎng)絡(luò)問題
我相信大多數(shù)人都看過ip地址辛蚊。使用的ip尋址方案包含兩部分。
- 網(wǎng)絡(luò)部分 - 從左側(cè)開始
- 主持人部分 - 從右側(cè)開始
在IPv4地址中真仲，高位（從左側(cè)開始的位）表示網(wǎng)絡(luò)地址袋马，低位（右側(cè)的位）表示主機(jī)部分。在IPv4尋址中秸应，具有匹配的高位比特的主機(jī)被稱為在同一網(wǎng)絡(luò)中虑凛。
網(wǎng)絡(luò)部分或主機(jī)部分的每一側(cè)中的比特?cái)?shù)分別確定網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)的數(shù)量。
要了解網(wǎng)絡(luò)如何工作软啼，我們需要了解二進(jìn)制到十進(jìn)制和十進(jìn)制到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換桑谍。
以192.168.1.0作為ip地址示例。我們需要將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制祸挪。下圖顯示了如何完成此操作锣披。
下圖顯示了如何做到這一點(diǎn)。
請記住以下步驟：
- 將32位分成4個八位字節(jié)雹仿。
- 將每個八位字節(jié)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制增热。
- 在每個小數(shù)之間添加一個“點(diǎn)”
注意：您需要練習(xí)將十進(jìn)制格式地址轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制格式盅粪，以便您了解IPv4尋址钓葫，因此，練習(xí)至關(guān)重要票顾。
現(xiàn)在我們已經(jīng)學(xué)會了這個概念础浮，下表顯示了一種可以輕松地將每個數(shù)字轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的方法。
基于此表豆同，您可以輕松地將任意數(shù)字轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制或十進(jìn)制。
例如含鳞，如果我們想將255轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制影锈，我們將采取以下步驟。
取255蝉绷，將其與128進(jìn)行比較鸭廷，如果較大，則減去128得127
如果是熔吗，則127大于64辆床，然后減去64得到63
是大于32的63，如果是桅狠，則減去32得到31
是大于16的31讼载，如果是，則減去16給15
是大于8的15中跌，如果是咨堤，則減去8給7，
是大于4的7漩符，如果是一喘，則減去4給3
是大于2的3，如果是陨仅，則減去2得1
是1大于或等于1津滞，是的。這是該過程的最后一步灼伤。
這可以在下面顯示的流程圖中總結(jié)。
現(xiàn)在狐赡，如果上面示例中的數(shù)字大于或等于二進(jìn)制等價，則二進(jìn)制數(shù)將為1疟丙，如果小于該值颖侄，則二進(jìn)制數(shù)將為0鸟雏。
因此，255的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換將是11111111览祖。
現(xiàn)在基于這兩種形式孝鹊，您可以將以下內(nèi)容轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制嗎？
178,168,150,10,4展蒂。
這些順序步驟將有助于了解如何子網(wǎng)又活。
因?yàn)槲覀兊牡刂繁硎緝H限于單個八位字節(jié)的十進(jìn)制值，所以我們只檢查將8位二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為0到255的十進(jìn)制值的過程锰悼。
地址類型
在任何IPv4網(wǎng)絡(luò)地址范圍內(nèi)柳骄，我們有3種主要類型的地址：
- 網(wǎng)絡(luò)地址 - 這是我們用來命名網(wǎng)絡(luò)的地址。
- 廣播地址 - 這是一種特殊類型的IPv4地址箕般，用于將數(shù)據(jù)包發(fā)送到特定網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)
- 主機(jī)地址 - 這些地址可以分配給我們網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)或設(shè)備耐薯，如PC，筆記本電腦丝里，IP電話等曲初。
網(wǎng)絡(luò)地址
網(wǎng)絡(luò)地址是我們?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)提供的名稱，例如杯聚，具有下面顯示的地址的網(wǎng)絡(luò)稱為“10.0.0.0”網(wǎng)絡(luò)臼婆。此網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)都屬于10.0.0.0網(wǎng)絡(luò)。這些主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)部分都是相同的械媒。
在網(wǎng)絡(luò)中目锭，網(wǎng)絡(luò)中的第一個IPv4地址通常是網(wǎng)絡(luò)地址。
廣播地址
IPv4中的廣播地址是一個特殊地址痢虹，用于向網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)發(fā)送信息。廣播地址始終是網(wǎng)絡(luò)中的最高或最后一個地址主儡。在下面的示例中奖唯，廣播地址是主機(jī)區(qū)域中全1的地址。
任何網(wǎng)絡(luò)中的最后一個地址始終是廣播地址糜值。
前三個八位字節(jié)代表網(wǎng)絡(luò)部分，第三個八位字節(jié)代表廣播地址寂汇。
主機(jī)地址
如前所述病往，我們網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)需要分配IPv4地址〗景辏可以分配給這些主機(jī)的地址是介于網(wǎng)絡(luò)IP地址和廣播IP地址之間的任何IP地址停巷。
注意：您無法將網(wǎng)絡(luò)和廣播地址分配給主機(jī)，這些都是保留的。
從上面我們可以問自己畔勤，我們怎么知道有多少位代表網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)部分蕾各？那么，為此庆揪，我們使用前綴長度式曲。這是通過計(jì)算網(wǎng)絡(luò)部分中的位數(shù)來完成的。當(dāng)我們以十進(jìn)制形式表示地址時缸榛，我們使用反斜杠“/”后跟高位的數(shù)量吝羞，如下表所示。
在這種情況下仔掸，網(wǎng)絡(luò)172.16.1.0具有24個高階位脆贵，因此表示為172.16.1.0/24
網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)數(shù)或網(wǎng)絡(luò)位數(shù)決定了要使用的前綴號起暮。
注意：當(dāng)高位的數(shù)量增加時卖氨，低位的數(shù)量減少，因此hsots的地址減少负懦。
獲取每個前綴的主機(jī)數(shù)的公式是
2 ^ n-2 =主機(jī)地址筒捺，其中n是主機(jī)位數(shù)。
因此對于192.168.3.0/28纸厉，網(wǎng)絡(luò)位數(shù)是28系吭，因?yàn)閕pv4地址有32位，4位將構(gòu)成主機(jī)部分颗品。
根據(jù)以上公式肯尺，該網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)將是：
2 ^ n-2 =網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)
2 ^ 4-2 = 14
因此將有14個主機(jī)IP地址。
子網(wǎng)掩碼
如前所述躯枢，IPv4地址分為網(wǎng)絡(luò)部分和主機(jī)部分则吟。我們還說過，前綴長度是網(wǎng)絡(luò)部分中的比特?cái)?shù)或高階比特锄蹂。它告訴我們主機(jī)IP地址和網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量氓仲。
網(wǎng)絡(luò)中的路由器和其他設(shè)備也需要知道高階位和低階位的數(shù)量，為此它們使用子網(wǎng)掩碼得糜，它表示十進(jìn)制的前綴長度敬扛。如前所述，前綴長度是左側(cè)的1的數(shù)字朝抖，它表示網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)部分啥箭。
要表示網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的前綴長度，請使用稱為子網(wǎng)掩碼的特殊類型的IPv4地址治宣。它由32位組成捉蚤，就像在常規(guī)IPv4地址中一樣抬驴。通過在網(wǎng)絡(luò)部分中放置1并在主機(jī)部分中放置0來顯示子網(wǎng)掩碼炼七。例如缆巧，/ 24前綴表示為子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0（11111111.11111111.11111111.00000000）。子網(wǎng)掩碼的其余位（低位）為零豌拙，表示網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)地址陕悬。
當(dāng)我們在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上配置IP地址時，它必須伴隨子網(wǎng)掩碼按傅。
二進(jìn)制ANDing
所以問題是捉超，在做出轉(zhuǎn)發(fā)決定時，路由器如何知道它剛收到的數(shù)據(jù)包中的IP地址屬于哪個網(wǎng)絡(luò)唯绍？
IPv4主機(jī)地址與其子網(wǎng)掩碼進(jìn)行邏輯AND運(yùn)算拼岳，以確定與主機(jī)關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)地址。當(dāng)執(zhí)行地址和子網(wǎng)掩碼之間的AND運(yùn)算時况芒，結(jié)果將產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)地址惜纸。
AND操作
ANDing是一個邏輯操作，ANDing過程用于計(jì)算網(wǎng)絡(luò)地址绝骚，給定子網(wǎng)掩碼和IP地址耐版。當(dāng)對IP地址和子網(wǎng)掩碼位進(jìn)行比較時，邏輯AND操作會給出以下結(jié)果压汪。
- 1和1 = 1
- 1 AND 0 = 0
- 0和1 = 0
- 0和0 = 0
二進(jìn)制ANDing的原因是：
- 一個網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以決定該數(shù)據(jù)包是屬于本地網(wǎng)絡(luò)還是應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)
- 路由器根據(jù)二進(jìn)制ANDing過程的結(jié)果做出轉(zhuǎn)發(fā)決策粪牲。
下表顯示了網(wǎng)絡(luò)192.168.2.45/24的ANDing過程
因此止剖，IP地址192.168.2.45/24的網(wǎng)絡(luò)地址為192.168.2.0
你應(yīng)該通過練習(xí)來學(xué)習(xí)二元ANDing腺阳。下面顯示的IP地址將是一個很好的起點(diǎn)。
您認(rèn)為可以確定以下IP地址的網(wǎng)絡(luò)地址嗎穿香？
- 192.168.1.35/27
- 10.10.10.23/14
- 172.16.3.134/19
所有關(guān)于子網(wǎng)劃分
現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了如何將ip地址從十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制亭引，現(xiàn)在是時候引入子網(wǎng)了。
子網(wǎng)劃分允許我們從單個IP地址塊創(chuàng)建更多網(wǎng)絡(luò)扔水。這些網(wǎng)絡(luò)使用路由器互連痛侍，因此路由器上的每個接口必須位于不同的網(wǎng)絡(luò)上。
注意：我們將通過子網(wǎng)創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)將稱為子網(wǎng)魔市。因此主届，當(dāng)您看到單詞subnet而不是network時，不應(yīng)該感到困惑待德。
子網(wǎng)劃分是一個簡單的過程君丁，我們從主機(jī)部分借位以創(chuàng)建新網(wǎng)絡(luò)。以下圖所示為例将宪。地址192.168.1.0/24是主要類绘闷，如果我們從主機(jī)部分借用2比特橡庞，則新的前綴長度將為26.因此，2比特將被分配給網(wǎng)絡(luò)部分印蔗。
當(dāng)我們借用主機(jī)位時，新的二進(jìn)制地址將是相同的华嘹，但是吧趣，顯示網(wǎng)絡(luò)部分的子網(wǎng)掩碼將不同，如下所示：
當(dāng)我們通過借用主機(jī)部分中的位來擴(kuò)展子網(wǎng)掩碼時强挫，我們基本上將網(wǎng)絡(luò)數(shù)量增加了一倍。但是薛躬，我們從主機(jī)部分借用的位越多俯渤，每個創(chuàng)建的子網(wǎng)可用的主機(jī)IP地址數(shù)就越少。
每當(dāng)我們借用主機(jī)位時計(jì)算創(chuàng)建了多少子網(wǎng)的公式是：
2 ^ n =新網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量型宝。
要計(jì)算每個網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)數(shù)八匠，我們使用公式
2 ^ n - 2其中n =主機(jī)剩余的位數(shù)。
以網(wǎng)絡(luò)172.16.1.0/24的下面示例為例诡曙，如果我們想要將該網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)化為2個網(wǎng)絡(luò)臀叙，我們需要從主機(jī)端借用1個主機(jī)位并將它們添加到網(wǎng)絡(luò)部分。
從第四個八位字節(jié)借用兩個主機(jī)位后劝萤，新網(wǎng)絡(luò)將如下所示。
子網(wǎng)掩碼還有1個1位床嫌。
因此，在借用1個主機(jī)位后胸私，我們將創(chuàng)建2個以上的網(wǎng)絡(luò)但我們將減少主機(jī)數(shù)量厌处。
現(xiàn)在新的子網(wǎng)將如下所示172.16.1.0/25
172.16.1.128/25
子網(wǎng)掩碼為255.255.255.128
注意：每當(dāng)我們劃分子網(wǎng)時阔涉，最后一個子網(wǎng)將始終與新子網(wǎng)掩碼的最后一個八位字節(jié)具有相同的位。
以下面顯示的示例為例捷绒。
如果我們將172.16.1.0/24子網(wǎng)分配給8個新網(wǎng)絡(luò)瑰排。
步驟1.我們需要從主機(jī)段借多少位？
2 ^ N = 8
2 ^ 3 = 8
因此我們需要借用3個主機(jī)位暖侨。
新的子網(wǎng)掩碼 - 255.255.255.224
前2個和最后一個子網(wǎng)將是：
172.16.1.0/27
172.16.1.32/27
最后一個子網(wǎng) - 172.16.1.224
增量號通常是最后借用的主機(jī)位宅广。在上面的場景中，這是32些举。
在子網(wǎng)劃分到/ 27后跟狱，172.16.1.0 / 24的子網(wǎng)將是：
為什么子網(wǎng)
在我們的網(wǎng)絡(luò)中金拒，IP地址要求可能會有所不同兽肤。我們可能需要很少的IP地址用于點(diǎn)對點(diǎn)等連接，我們可能有一個部門有200個用戶绪抛，而另一個只有20個用戶。
子網(wǎng)劃分允許我們劃分網(wǎng)絡(luò)电禀，以便最佳地使用IP地址幢码。如果我們?yōu)橹恍枰?0個的網(wǎng)絡(luò)分配了200個ip地址，那么我們就會浪費(fèi)很多地址尖飞。
如果我們使用電話服務(wù)提供商的類比症副，那么沒有子網(wǎng)就像給客戶100個電話號碼，而他們只需要1個政基。
劃分子網(wǎng)時贞铣，我們應(yīng)該仔細(xì)考慮擴(kuò)展計(jì)劃，因?yàn)槲覀兊木W(wǎng)絡(luò)可能會因需求而增長沮明。
在下面顯示的場景中辕坝，我們將根據(jù)HOSTS的數(shù)量進(jìn)行子網(wǎng)劃分。這是理解子網(wǎng)劃分的關(guān)鍵因素荐健。
場景
在下面的場景中酱畅，我們需要劃分三個網(wǎng)絡(luò)地址：
192.168.1.0/24用于wan連接LINK A和LINK B.
172.16.1.0/24用于LAN A.
LAN B為172.16.2.0/24
LAN C為192.168.2.0/24
所以我們將從WAN鏈接開始江场。
WAN鏈接
對于這樣的鏈接纺酸，我們每個鏈路只需要2個ip地址，因此址否，我們需要詢問哪個子網(wǎng)掩碼只允許2個主機(jī)地址餐蔬。
我們需要計(jì)算我們需要的右側(cè)比特?cái)?shù)，然后將其余部分分配給網(wǎng)絡(luò)部分佑附。
2 ^ n = 2 - 2
2 ^ 2 = 4
4-2 = 2
因此樊诺，我們只需要2個主機(jī)位。6位將在網(wǎng)絡(luò)部分中帮匾。
我們向網(wǎng)絡(luò)部分添加6位后的新子網(wǎng)掩碼將是：
192.168.1.0/30
因此瘟斜，增量將為4.在這種情況下缸夹，第一個網(wǎng)絡(luò)將是192.168.1.0/30
第二個網(wǎng)絡(luò)將是192.168.1.4/30，如下所示
這些將為WAN鏈路提供足夠的主機(jī)IP地址橡类。
羊毛
對于第2部分，我們需要為LAN A提供足夠的主機(jī)IP地址芽唇。
LAN A需要40個IP地址顾画。
因此，我們需要計(jì)算我們需要容納多少個主機(jī)位匆笤。
2 ^ n-2 = 40
2 ^ 5 2 = 30研侣，這小于40因此不夠。
2 ^ 6-2 = 62.因此炮捧，這對于LAN A中的主機(jī)來說已經(jīng)足夠了庶诡。
主機(jī)位為6，我們將借用2個主機(jī)位來獲得這些新網(wǎng)絡(luò)咆课。
子網(wǎng)劃分后172.16.1.0/24網(wǎng)絡(luò)的新子網(wǎng)掩碼將是：
255.255.255.192
增量編號為64，因此四個網(wǎng)絡(luò)將是：
LAN B
在網(wǎng)絡(luò)172.16.2.0/24的情況下喇澡，我們需要65個主機(jī)IP地址
首先，我們需要確定主機(jī)部分中需要多少主機(jī)位殊校。
2 ^ n-2 = 65
2 ^ 6-2 = 62晴玖，這還不夠。
2 ^ 7-2 = 126箩艺，這將足夠并允許擴(kuò)展窜醉。
因此，主機(jī)部分將具有7位艺谆，并且網(wǎng)絡(luò)部分將從第四個八位位組借位1位榨惰。
網(wǎng)絡(luò)172.16.2.0的新子網(wǎng)掩碼如下所示。
這是255.255.255.128
因此琅催，增量將為128。
第一個網(wǎng)絡(luò)如下圖所示虫给。172.16.2.0/25
第二個也是最后一個網(wǎng)絡(luò)將是172.16.2.128/25
LAN C
在LAN C中抹估，我們需要使用網(wǎng)絡(luò)192.168.2.0/24的子網(wǎng)缠黍，每個子網(wǎng)可容納12個主機(jī)。
首先药蜻，我們確定需要多少主機(jī)IP地址位瓷式。
2 ^ N-2 = 12
2 ^ 4-2 = 14就足夠了替饿。
因此，主機(jī)部分將具有4位贸典，而網(wǎng)段將借4位视卢。
網(wǎng)絡(luò)192.168.2.0的新子網(wǎng)掩碼將是。
子網(wǎng)掩碼是：255.255.255.240
該網(wǎng)絡(luò)的增量為16据过。
第一和第二網(wǎng)絡(luò)分別為192.168.2.0/28和192.168.2.16/28。
摘要
這標(biāo)志著ipv4尋址的第一部分結(jié)束妒挎。在第2部分中绳锅，我們將深入研究子網(wǎng)劃分，并探索其他概念饥漫，如超級網(wǎng)絡(luò)榨呆。
