彻底理解 IP 地点，子网掩码，子网划分
原文地点：彻底理解 IP 地点，子网掩码，子网划分什么是 IP 协议
在回答什么是 IP 协议前，我们先需要回答另外一个问题：什么是网络？从普通人的角度看，网络无非是手机上的一个 WIFI 标记，是电脑上一根网线而已。但是从学术角度上看，网络是一组硬件软件的聚集体，是无数先贤的汗水与智慧的结晶，是横跨四大洋七大洲，连接无数人喜怒哀乐的桥梁。
IP 协议是众多网络协议中的一个底子协议，它位于 OSI 模型中的网络层。IP 协议有几个版本，比较紧张的是 IPV4 和 IPV6，当前在互联网广泛利用的是 IPV4，未来会被 IPV6 取代，本文偏重叙述 IPV4 协议。
IP 协议既然是协议，那么它的作用就是就是制定一个标准。那么 IP 协议到底制定了哪些标准，这些标准又带来了什么呢？如果将这个问题展开来说，未免篇幅太长，所以我们将从 IP 地点，子网划分两个大方面来切入 IP 协议。如果你有爱好查看整个 IPV4 协议的标准，可以查看 IETF 于 1981 年 9 月发布的 RFC 791
IP 协议在设定之初，就假定网络硬件底子设施是不可靠的，比如因天气原因导致的光纤中断或者停电导致的设备断电，并且其利用的是动态连接和节点，也就是说不存在中心监控跟踪和维护网络状态。由于这种设计的结果，IP 协议只能做到尽最大努力的投送报文。这样就会带来几个显而易见的问题：
[*]数据损坏或者丢失，比方从南京向上海发送十个报文，在苏州大概某条光纤中断，导致最终上海只收到了九个报文；
[*]数据乱序或者重复，还是上面的例子，上海大概收到凌驾十个报文，而且收到报文的顺序也极有大概是杂乱无章的。
IP 协议只保证尽最大努力发送报文，至于数据是否正确，则是 OSI 模型更上一层的工作，也就是传输层。比方闻名的 TCP 协议就是一种传输控制协议，不过这是后话了。
IP 地点
IP 地点被规定是一个 32 位的二进制数字。比方 11000000 10101000 00000001 00000011 就是一个 IP 地点，为了方便人类认知和记忆，可以用点分十进制来表示它：198.168.1.89。IP 地点一共可以标识 2^32 次方个设备，也就是 4,294,967,296 个。依据 RFC 791 的描述， IP 地点有两个非常紧张的作用：表示设备位置并且找到它，说白话，就是找到一台设备在哪。试想这些地点匀称的分布到地球的每个角落，你该怎么快速找到其中的一个呢？很直觉的，理所应当的想到了分类，所以 IP 地点被分成了 A，B，C，D，E 五类，D 类用作多播地点，E 类保留利用，所以我们这里只讨论 A，B，C 三类 IP 地点。
IP 地点该怎样公道的分类呢？首先需要将 IP 地点拆成三部分，网络标识位，网络号，主机号，这个概念十分紧张，是理解 IP 地点的焦点底子，如图所示：
https://api.oldme.net/static/rich/202409/d4aqljarhc70ftvfzr.png
首先我们来理解这张图，以 B 类地点举例，依据 IP 协议的规定，B 类地点的高位是 10，也就是网络标识位，紧随其后的的十四位属于网络号，最后的 16 位是主机号。也就是说，凡是一个 IP 地点的高位是 10，那么这个归属于 B 类 IP 地点。假使出现一个这样的 IP 地点，10111101 00001010 01011010 00010100(189.10.90.20)，那么其网络号和主机号如下图所示：
https://api.oldme.net/static/rich/202409/d4are5t1dv4ozql1el.png
网络号用于标识该网在哪，主机号用于标识该主机在哪，同网络号的主机可以相互通信，不消网络号的主句则必须颠末网关（路由器）。IP 地点之所以这么设计，就是为了管理 IP 地点和寻址。根据上文所述，我们可以归纳出详细的 IP 地点的分类表格：
描述A 类B类 C 类网络标识位010110IP地点范围0.0.0.0 - 127.255.255.255128.0.0.0 - 191.255.255.255192.0.0.0 - 223.255.255.255可用IP地点范围1.0.0.1 - 127.255.255.254128.0.0.1 - 191.255.255.254192.0.0.1 - 223.255.255.254网络数量126（2^7 - 2）16384 (2^14)2097152 (2 ^ 21)每个网络可用主机16777214 （2^24 - 2）65534 (2 ^ 16 - 2)254 (2^8 - 2)上述的 IP 地点范围可以通过二进制 IP 地点计算出来，比方 A 类地点，其开头必然是 00000000 00000000 00000000 00000000，末端必然是 01111111 11111111 11111111 11111111，点分十进制表达就是 0.0.0.0 - 127.255.255.255。由于 A 类地点网络号是 7 位，主机号是 24 位，所以网络数量和主机数量也很容易计算出来。那么为什么每个网络中的主机需要减 2， A 类地点的网络数量也需要减 2 呢？
首先回答第一个问题。每个网络的主机号全 0 代表网络其本身，全 1 用作广播地点，所以对于 192.168.1 这个网络号，192.168.1.0 代表本网络，192.168.1.255 用作广播。广播的用作是在本网络中的所有主机之间发送数据包，即一个发送方，多个吸收方，吸收方自行决定吸收到报文后利用还是丢弃。
再回答第二个问题。A 类地点的 128 个网络中被保留了两个网络号，分别是 7 位全 0 (0.0.0.0) 和全 1 (127.0.0.0)。0.0.0.0 用作广播到本机所有的地点，所以在程序开发中，它可以用作监听本机的所有地点。127.0.0.0 用作环回测试，也就是说除了 127.0.0.1 和 127.0.0.255 这两个特殊主机地点之外，其他的地点都指向自己，我们常用 127.0.0.1 代表自己，实在 127.0.0.1 - 127.0.0.254 都代表自己，都可以 ping 通，不信你可以试试。
子网划分
在一个 B 类网络地点中，仍旧可以容纳 65534 台主机。然而在实际的应用中，很少有组织可以利用到这么庞大的网络，另外由于主机数量大，导致同一网络流传路径就会变的更远，从而影响同网流传效率。所以为了更高效的流传信息，我们需要将一个网络拆开成许多个子网，就像现实中一个都会也需要拆分成几个区。经由子网划分后，同一个 B 类网络对内划分出了多少个子网，对外则还是一张网。
怎么完成子网划分呢？我们需要引出另外一个新的概念：子网掩码。子网掩码和 IP 地点一样，由一个 32 位的二进制数字组成，一般来说，子网掩码由高位部分连续的 1 和地位部分连续的 0 组成。来看一张图：
https://api.oldme.net/static/rich/202409/d4axrc7vsw9l2ec5kh.png
对于 189.10.90.20 这个 IP 地点来说，原本是由网络标识位+网络号+主机号三部分构成，经由子网划分后，变成了网络标识位+网络号+子网号+主机号四部分构成，表达为 189.10.90.20/20。IP 地点后的 20 即代表子网掩码的高位由 20 个连续的 1 构成，点分十进制表示为 255.255.240.0，由于主机号被子网掩码占用 4 位，所以主机位变成了 12 位，可容纳的主机也变成了 4092(2^12 - 2) 个，这个 IP 地点的子网号为 0101(5)。
同一网段的判断
如果没有子网划分，189.10.90.20 和 189.10.200.20 这两个 IP 是在同一 B 类网络下，可以不经由网关直接通讯，但假使我们利用了 20 这个子网掩码进行子网划分，两者还能直接通讯吗？答案是不能，由于二者不在同一子网下。我们可以利用子网掩码和 IP 地点进行 and 运算，如果结果是相同的，则处于同一网络下，可以直接通讯。还是以 189.10 这个网络号，20 为掩码为例：
IP地点计算过程结果189.10.90.20189.10.90.20 & 255.255.240.010111101000010100101000000000000189.10.200.20189.10.200.20 & 255.255.240.010111101000010101100000000000000189.10.202.20189.10.202.20 & 255.255.240.010111101000010101100000000000000关于位运算，如果你不太清楚，可以点此了解。
可见，90.20 和 200.20，202.20 不在同一网络下，而 200.20，202.20 在同一网络下，可以直接通讯。最后提问一个问题：192.168.1.1/26 和 192.168.1.89/26 是否可以直接通讯？
默认子网掩码
对于 A，B，C 类的地点，它们也有着默认的子网掩码：
范例子网掩码A 类地点255.0.0.0，十进制表示：8B 类地点255.255.0.0，十进制表示：16C 类地点255.255.255.0，十进制表示：24。我们常在局域网中配的掩码正是来源于此，代表 C 类地点没有划分子网。私有地点
在 RFC 1918 中保留了一些地点做为私有地点，私有地点不能直接接入公网，而公网也不会分配私有地点到公网上。私有地点仅作为家庭或组织内部利用，私有地点如下：
范例范围子网掩码IP 数量A 类地点10.0.0.0 - 10.255.255.25510.0.0.0/816,777,216B 类地点172.16.0.0 - 172.31.255.255172.16.0.0/121,048,576C 类地点192.168.0.0 - 192.168.255.255192.168.0.0/1665,536
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