IP地址及其子网分割
一、IP地址的功用
正如在现实生活中给别人写信得首先确定对方的收信地址那样，网络中的两台计算机（确切地说是两个节点－node）间要相互通信必须事先知道对方节点的地址，在INTERNET上，这种标识网络节点的地址信息被称为IP地址（IP
ADDRESS），通常简称为IP。INTERNET上的计算机正是通过这个具有唯一性的网络标识来识别其它的计算机，从而实现信息传输。
二、IP地址的组成及其分类
1、管理机构：为了确保IP地址的不重复性，客观上需要一个机构来统一管理，这个机构就是IANA（Internet
Assigned Number Authority 国际号码分配局），她和各个区域的NIC（Network Information Center
网络信息中心)一起，统一分配全球范围内的IP地址，并且研究、接纳新的IP地址方案，以保证Internet飞速发展的需要。
2、组成：现行的IP地址系统是IPv4，即IP地址第4版，它以32位二进制数来表示Internet上的节点的地址，并照一定的规律划分为网络ID（netid）和主机ID（hostid）两部分。netid标识同一个物理网络上的所有节点，hostid标识在这个物理网络上的一个节点。
3、子网掩码：在TCP/IP网络上每一个节点都需要一个32位的子网掩码（Subnet Mask），它用于屏蔽IP地址的一部份，使得网络协议（TCP/IP协议组）能够区别netid和hostid。当TCP/IP节点间进行通信时，子网掩码用于判断一个节点是在本地网络还是远程网络上，以确定是否经路由转发。如果子网掩码无效，则会导致不必要的广播，从而产生广播风暴而降低系统性能，且可能导致主机的挂起。
4、表示方式：由于32位二进制数的难于记忆，因此通常将其分为四组，每组八位，中间用实心小圆点“.”隔开，并把每组中的八位二进制数转换成十进制数，形如：W.X.Y.Z的格式，这种标式称为间断十进制计数（dotted decimal notation）。以下是一个合法的IP地址：11001010110011100000000100000001（二进制格式）其对应的间断十进制格式为：202.206.1.1。
5、分类：IANA把32位的IP地址划分为A类、B类、C类、D类、E类等五类地址。其中A类地址被分配给大型网络使用，地址的最高位为0，随后7位为netid，后24位为hostid，其IP地址范围从1.0.0.1至126.255.255.254；B类地址被分配给中型网络使用，地址的最高两位为10，随后14位为netid，后16位为hostid，其IP地址范围从128.0.0.1至191.255.255.254；C类地址被分配给小型网络使用，地址的最高三位为110，随后21位为netid，后8位为hostid，其IP地址范围从192.0.0.1至223.255.255.254；D类地址通常用于多点传送给多个网络节点；E类地址用于试验性网络，保留为以后使用。除此之外，还有些特殊地规定，如：在一个netid下，hostid全为0的规定为本地地址，hostid全为1则用于广播（broadcast）；A类地址中的127.0.0.0用于回送（looplack）功能，其作用是在局部计算机上试验进程间的通信等等。
各类网络可用的最大网络数及每个网络所支持的最大主机
网络类别 数 A类 B类 4 C类 2097254 127 163816777214 65534 网络每个网络所支持的最大主机数 152
三、IP地址的子网分割
1、子网分割的优点：每一个IP地址指定唯一的一台主机，而一台主机可以有不只一个IP地址，例如路由器（Route），通常具有多个节点，每个节点对应一个IP。由于IP地址由netid和hostid组成，网关（Gateway）可以很容易地从32位地址的netid域中提取网络标识符，并以此netid为基准选择路由，即网关只需知道其它网络的位置而不需要知道INTERNET上每个主机的位置，从而大大减轻路由器的负担。
众所周知，INTERNET是各种不同的网络通过共同的通信协议（TCP/IP协议组）连接而成的，在一个netid下，通常包含多个不同类型的网络（如以太网和令牌环网），再加上每个网络所支持的主机数都有一定的限制，因此有必要把同一个netid下的网络分割成多个子网（Subnet），子网间的通信不用经过网关，从而提高网络传输的效率。具有相同netid的网络经过分割，其IP地址变成由netid、subnetid、hostid三部分组成。
2、子网分割的过程：我们以一个C类网络202.206.1.Z为例来说明子网分割的过程。在此IP地址中，前3个八位组为netid，Z为hostid。当从左至右取1位子网掩码位时，IP地址开如：11001010，11001110，00000001，1???????，即分成两个子网，每个子网所支持的最大主机数为128个，其子网掩码为：255.255.255.128；当取2位掩码位时，分成四个子网，每个子网所支持的最大主机数为64个，其子网掩码为：255.255.255.192??当取7位掩码位时，分成128个子网，每个子网所支持的最大主机数为2个，其子网掩码为：255.255.255.254。
3、子网分割的地址损失：一个完整的IP地址段经子网分割后，按规定第一以及最后一段为不可用，中间各段的起始地址和终了地址也不可用。如此一来，当分割成段数最小（1个掩码位）及最大（7个掩码位）都是无意义的，因为其IP地址全部无效，而在此之间根据掩码位数的不同而有不同的地址损失。在实际应用中应根据需要进行子网掩码的设定，既要减少IP地址的损失，又得考虑子网的个数和每个子网中的有效的地址数，而且还得考虑网络进一步升级的需要。
C类IP经分割后地址的损失表 掩子网掩码位 码 1 2 3 4 5 6 7 202.206.1.128 202.206.1.192 202.206.1.224 202.206.1.240 202.206.1.248 202.206.1.252 202.206.可用子网号 无效 2-3 2-7 2-15 2-31 2-63 无效 前后两段子网地址损失数 无效 128 64 32 16 8 无效 每段子网最大主机数 无效 64 32 16 8 4 无效 中间段地址损失数 无效 4 12 28 60 124 无效 地址损失总数 256 132 76 60 76 132 256 1.254 4、两个IP地址是否在同一个网络的判定：前面讲过网络上每个节点对应一个IP地址，每个IP地址都要有子网掩码。利用IP地址及子网掩码，网关能很容易地判断宿主机和目的主机是否在同一个网段上以决定是否IP转发。当网络路由接收到宿主机发出的数据报时，它把源地址与其子网掩码进行“与”运算，再把目的地址与其子网掩码进行与运算，两次运算的结果如果相同，则说明宿主机和目的主机都在当前网络上，不经转发；否则，根据netid进行转发。以202.206.1.2为例，（假设其子网掩码为：255.255.255.192）它分别向202.206.1.3和255.255.255.254发送数据报，路由运算的结果如下：
宿主机 目的主机一
IP 地 址11001010110011100000000100000010 11001010110011100000000100000011 子网掩码11111111111111111111111111000000 11111111111111111111111111000000 运算结果11001010110011100000000100000000 11001010110011100000000100000000 十 进 制202.206.1.0 202.206.1.0 目的主机二
IP 地 址 11001010110011100000000111111110 子网掩码 11111111111111111111111111000000 运算结果 11001010110011100000000111000000 十 进 制 202.206.1.192
由此可见，宿主机与目的主机一在同一网段上，而与目的主机二不在同一网段，需要转发。
四、展望 1、域名解析DNS：为了解除对无意思的数字的记忆，开发了DNS（Domain Name System 域名解析系统），DNS服务器负责将域名转换为IP地址，以帮助人们的记忆。
2、IPv6：现行的IP地址系统的版本是IPv4，它用32位二进制数来标识网络上的主机ID，最多能达40多亿台，但在实际应用中考虑到地址损失以及其它因素，IP地址并不能充分利用，以至出现IP地址紧张的情况。为解除这种情况，工程技术人员正在开发IPv6，它用128位二进制数来标识网络上的主机ID，其要点在于如何实现IPv4向IPv6的无缝过渡。
IP地址及其子网分割
