如何计算IP地址及CIDR-武汉北大青鸟网络技术

　　企业对网络工程师的重视日益提升，在北大青鸟武汉宏鹏光谷校区选择网络工程师专业的学员也越来越多，为了让学员能够提前关注到网络工程师的价值，特设网络技术专区一栏，帮助学员提前了解网络相关技术。今日技术点：如何计算IP地址及CIDR。

       一、 IP地址概念

　　IP地址是一个32位的二进制数，它由网络ID和主机ID两部份组成，用来在网络中的标识的一台计算机。网络ID用来标识计算机所处的网段;主 机ID用来标识计算机在网段中的位置。IP地址通常用4组3位十进制数表示，中间用“.”分隔。比如，192.168.0.1。

　　补充(IPv6)：前面所讲的32位IP地址称之为IPv4，随着信息技术的发展，IPv4可用IP地址数目已经不能满足人们日常的需要，据权威机 构预测到2010年要充分应用信息技术，每个人至少需要10个IP地址，比如：计算机、笔记本、手机和智能化冰箱等。为了解决该问题开发了IPv6规 范，IPv6用128位表示IP地址，其表示为8组4位16进制数，中间为“：”分隔。比 如，AB32:33ea:89dc:cc47:abcd:ef12:abcd:ef12。

　　二、IP地址分类

　　为了方便IP寻址将IP地址划分为A、B、C、D和E五类，每类IP地址对各个IP地址中用来表示网络ID和主机ID的位数作了明确的规定。当主机ID的位数确定之后，一个网络中是多能够包含的计算机数目也就确定，用户可根据企业需要灵活选择一类IP地址构建网络结构。

　　A类

　　A类地址用IP地址前8位表示网络ID，用IP地址后24位表示主机ID。A类地址用来表示网络ID的位必须以0开始，其他7位可以是任意值， 当其他7位为0是网络ID小，即为0;当其他7位为1时网络ID更大，即为127。网络ID不能为0，它有特殊的用途，用来表示所有网段，所以网络 ID小为1;网络ID也不能为127;127用来作为网络回路测试用。所以A类网络网络ID的有效范围是1-126共126个网络，每个网络可以包含 224-2台主机。

　　B类

　　B类地址用IP地址前16位表示网络ID，用IP地址后16位表示主机ID。B类地址用来表示网络ID的前两位必须以10开始，其他14位可以是任 意值，当其他14位为0是网络ID小，即为128;当其他14位为1时网络ID更大，个字节数更大，即为191。B类IP地址个字节的有效 范围为128-191，共16384个B类网络;每个B类网络可以包含216-2台主机(即65534台主机)。

　　C类

　　C类地址用IP地址前24位表示网络ID，用IP地址后8位表示主机ID。C类地址用来表示网络ID的前三位必须以110开始，其他22位可以是任 意值，当其他22位为0是网络ID小，IP地址的个字节为192;当其他22位为1时网络ID更大，个字节数更大，即为223。C类IP地 址个字节的有效范围为192-223，共2097152个C类网络;每个C类网络可以包含28-2台主机(即254台主机)。

　　D类

　　D类地址用来多播使用，没有网络ID和主机ID之分，D类IP地址的个字节前四位必须以1110开始，其他28位可以是任何值，则D类IP地址的有效范围为224.0.0.0到239.255.255.255。

　　E类

　　E类地址保留实验用，没有网络ID和主机ID之分，E类IP地址的字节前四位必须以1111开始，其它28位可以是任何值，则E类IP地址的有效范围为240.0.0.0至255.255.255.254。其中255.255.255.2555表示广播地址。

　　在实际应用中，只有A、B和C三类IP地址能够直接分配给主机，D类和E类不能直接分配给计算机。

　　三、 网络ID、主机ID和子网掩码

　　网络ID用来表示计算机属于哪一个网络，网络ID相同的计算机不需要通过路由器连接就能够直接通信，我们把网络ID相同的计算机组成一个网络称之为本地网络(网段);网络ID不相同的计算机之间通信必须通过路由器连接，我们把网络ID不相同的计算机称之为远程计算机。

　　当为一台计算机分配IP地址后，该计算机的IP地址哪部份表示网络ID，哪部份表示主机ID，并不由IP地址所属的类来确定，而是由子网掩码确定。子网确定一个IP地址属于哪一个子网。

　　子网掩码的格式是以连续的255后面跟连续的0表示，其中连续的255这部份表示网络ID;连续0部份表示主机ID。比如，子网掩码255.255.0.0和255.255.255.0。

　　根据子网掩码的格式可以发现，子网掩码有0.0.0.0、255.0.0.0、255.255.0.0、255.255.255.0和 255.255.255.255共五种。采用这种格式的子网掩码每个网络中主机的数目相差至少为256倍，不利于灵活根据企业需要分配IP地址。比如，一 个企业有2000台计算机，用户要么为其分配子网掩为255.255.0.0，那么该网络可包含65534台计算机，将造成63534个IP地址的浪费; 要么用户为其分配8个255.255.255.0网络，那么必须用路由器连接这个8个网络，造成网络管理和维护的负担。

　　网络ID是IP地址与子网掩码进行与运算获得，即将IP地址中表示主机ID的部份部变为0，表示网络ID的部份保持不变，则网络ID的格式与IP地址相同都是32位的二进制数;主机ID就是表示主机ID的部份。

　　例1：IP地址：192.168.23.35　子网掩码：255.255.0.0

　　网络ID:192.168.0.0 主机ID:23.35

　　例2：IP地址:192.168.23.35 子网掩码：255.255.255.0

　　网络ID:192.168.23.0 主机ID:35

　　四、子网和CIDR

　　将常规的子网掩码转换为二进制，将发现子网掩格式为连续的二进制1跟连续0，其中子网掩码中为1的部份表示网络ID，子网掩中为0的表示主机ID。比如255.255.0.0转换为二进制为11111111 11111111 00000000 00000000。

　　在前面所举的例子中为什么不用连续的1部份表示网络ID，连续的0部份表示主机ID呢?答案是肯定的，采用这种方案的IP寻址技术称之为无类域间路 由(CIDR)。CIDR技术用子网掩码中连续的1部份表示网络ID，连续的0部份表示主机ID。比如，网络中包含2000台计算机，只需要用11位表示 主机ID，用21位表网络ID，则子网掩码表示为11111111.11111111.11100000.00000000，转换为十进制则为 255.255.224.0。此时，该网络将包含2046台计算机，既不会造成IP地址的浪费，也不会利用路由器连接网络，增加额外的管理维护量。

　　CIDR表示方法：IP地址/网络ID的位数，比如192.168.23.35/21，其中用21位表示网络ID。

　　例1：192.168.23.35/21

　　子网掩码：11111111 11111111 11111000 00000000则为255.255.248.0

　　网络ID：192.168.00010111.0(其中第三个字节红色部分表示网络ID，其他表示主机ID，网络ID是表示网络ID部份保持不变主机ID部变为0)则网络ID为192.168.16.0

　　起始IP地址：192.168.16.1(主机ID不能为0，为0表示网络ID后一位为1)

　　结束IP地址：192.168.00010111.11111110(主机ID不能为1，为1表示本地广播)则结束IP地址为：192.168.23.254。

　　例2：将163.135.0.0划分为16个子网，计算前两个子网的网络ID、子网掩码、起止IP地址。

　　第1步：用CIDR表示163.135.0.0/20，则子网掩码为255.255.240(11110000).0。

　　第2步：网络ID(子网掩码与IP地址与运算)：163.135.0.0

　　个IP地址：163.135.0.1　结束IP地址：163.135.15.254;

　　第3步：第二网络ID：163.135.16.0

　　个IP地址：163.135.16.1　结束IP地址：163.135.31.254。

　　五、子网掩码和网络ID的快速计算方法

　　CIDR的子网掩码都是连续的1跟连接的0表示，则子网掩码有以下几种表示方法：

　　0000 0000　　　0

　　1000 0000　　　128

　　1100 0000　　　128+64=192

　　1110 0000　　　128+64+32=224

　　1111 0000　　　255-15=240

　　1111 1000　　　255-7=248

　　1111 1100　　　255-3=252

　　1111 1110　　　255-1=254

　　1111 1111　　　255

　　大家都知道11111111的十进制数为255，那么我们怎么来快速计算子网掩码呢?二进制的1=1，11=3，111=7，1111=15;那么 1111 1110=255-1，1111 1100=255-3，1111 1000=255-8，1111 0000=255-15这样是不是就很快呢?只要我们一旦确定子网掩码中有多少位表示网络ID，那么我们马上就可以写出子网掩码了。那么，对于1000 0000，1100 0000和1110 0000 我们又该怎么计算呢?27=8则1000 0000=128，1100 0000=128+64，1110 0000=128+64+32，所以我们不需要去记住每一个为多少，只需要做做简单的加减法就搞定子网掩码的计算。

　　网络ID的结果大家都知道网络ID部份不变，主机ID部分部变为0，那么在计算网络ID时，先看子网掩码中有多少位用来表示网络，相应在将 IP 地址转换为二进制时就只转换前面几位，比如192.168.176.15/19，网络ID一共19位，则网络ID前两个字节为192.168.X.0发生 变化的为第三个字节。那么怎样快速计算出这个变化的X的值呢?我们知道第三字节只有三位表示网络ID，转换时176>128，第1位为 1,176-128=48<64，第2位为0,48>32第3位为1，剩下的计算就没有意义了，都要转换为0，则网络ID为10100000，则网络 ID为192.168.160.0，这样计算反而出错的可能性很小。

　　六、 本地和远程网络概念

　　网络ID相同的计算机称之为本地网络，本地网络中的计算机相互通信不需要路由器连接;网络ID不相同的计算机称之为远程网络，远程网络中的计算机要相互通信必须通过路由器连接。

　　例1：192.168.10.14/28，192.168.10.15/28，192.168.10.16/28，192.168.10.31/28哪些是合法IP，哪些是非法IP地址?

　　主机ID为0和主机ID为1的为非法IP地址：192.168.10.15/28、192.158.10.16/28、192.168.10.31/28都是非法IP地址。

　　例2：192.168.10.14/28，192.168.10.15/28，192.168.10.16/28哪个不是同一网段?

　　网络ID相同的就属于同一网段，则192.168.10.16/28不属于同一网段。

　　七、子网数和主机数的计算方法

　　例：172.168.34.56/20，一共划分为了多少个子网，各子网可以包含多少台主机。

　　172.168.34.56是一个B类地址，B类地址用16位表示网络ID，题目中20位表示网络ID，则子网位数为4位，那么子网就有24次个(即从0000、0001到1111的16种变化)。

　　由于IP地址是32位，用20位表示网络ID，则主机ID的位数为12位，则每个子网可以包含212-2个IP地址，即可以包含4096个IP地址。

　　注意：为什么计算IP地址时要减2，而计算子网数目时不减2呢?IP地址减2的原因是主机ID不能为0也不能为1;子网就不存在这个问题。

　　八、 公共IP和私有IP地址

　　IP地址由IANA(Internet地址分配机构)管理和分配，任何一个IP地址要能够在Internet上使用就必须由IANA分配，IANA 分配的能够在Internet上正常使用的IP地址称之为公共IP地址;IANA保留了一部份IP地址没有分配给任何机构和个人，这部份IP地址不能在 Internet上使用，此类IP地址就称之为私有IP地址。为什么私有IP地址不能在Internet上使用呢?因为Internet上没有私有IP地 址的路由。私有IP地址范围包括：

　　A类：10.0.0.0/8

　　B类：172.16.0.0/12 即172.16.0.1-172.31.255.254共16个B类网络

　　C类：192.168.0.0/16即192.168.0.1-192.168.255.254共256个C类网络

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