IP地址的划分

IP地址是一个32位编码的地址表示，格式形如a.b.c.d，其中a,b,c,d为十进制数，范围为0-255，因此IP地址又称为点分十进制表示，每个部分为8位，一共长度为32位。因此，IP地址理论上一共有2^32个IP地址（大约有40亿个），现在这些IP地址已经不够用了，所以在开发IPv6。

子网

子网的建设在于便于网络管理，例如一台IP地址为172.16.1.1的路由器连接着3台主机，IP地址分别为172.16.1.2、172.16.1.3、172.16.1.4。是不是想起了校园网的IP地址，那个172.16.1.1就是网关，那三个IP地址就是上网时用的内网IP。同理，172.16.1.1也可以看作某一个子网的内网IP，如此逐渐往上层走，直到公网IP，也就是那40亿个IP之一。而172.16.1.2、172.16.1.3、172.16.1.4，这些不直接相连的内网主机就形成云，和路由器的172.16.1.1接口一起形成一个子网。

是不是很熟悉，这就是校园网管理，一个路由器会管理它内网中的所有IP地址。可以看出，内网中的IP地址172.16.1.2、172.16.1.3、172.16.1.4有相同的前缀，即172.16.1.*，也就是32位IP地址中的前24位是相同的，因此，该内网中所有的IP地址表示为172.16.1.0/24。172.16.1.0/24表示了所有172.16.1.*形式的IP地址都在其子网内。

注：主机和路由器接口相连形成子网，这里的主机可以是另一个路由器的接口，也可以是主机

子网分配

有了子网的表示，那么接下来就是子网的分配，路由器接口的IP地址有限，分配的方式也就有限，需要根据子网的需求以及规模合理地分配IP地址。

网络地址的分配策略称为无类别域间路由选择(CIDR)。也就是前面所说的172.16.1.0/24，一般化表示为a.b.c.d/x，其中IP地址a.b.c.d最高的x位构成网络ID，其余的32-x位构成主机ID。网络ID可以通过IP地址与子网掩码进行与运算获得，因此相同网络ID的网络设备都在一个子网内（和之前一个意思，只是换了网络ID的说法而已）。这种组织方式也称为地址聚合。我们常用的子网掩码与IP地址进行与运算，可以得到子网的网络ID。

x的不同被分为不同类别的IP地址，x取值为8,16,24分别被称为A，B，C类IP地址。

子网通信

具有相同网络ID的计算机可以直接通信，而具有不相同网络ID的计算机需要经过一层或者多层路由，在路由转发的时候，也只关心网络ID，进而大大减少了转发的长度。在通信时，使用地址的最长前缀匹配，即路由器会通知与目的地址拥有最长前缀匹配的IP。

源主机和目标主机通信时，由于其不知道目标主机的子网掩码，只知道IP地址，因此，源主机会将IP地址与自己的子网掩码进行与运算得到网络ID，进而判断是否在一个网段内，即网络ID是否相同。

例如，A主机的IP地址为192.168.1.100/24，B主机的IP地址为192.168.2.100/16。A主机的网络ID为192.168.1.0（子网掩码255.255.255.0），B主机的网络ID为192.168.0.0（子网掩码255.255.0.0）。

A主机将B主机的192.168.2.100与255.255.255.0进行与运算后得到网络ID为192.168.2.0，与A不在同一个网段，因此，主机A认为主机B不可达，将包发给路由器。

B主机将A主机的192.168.1.100与255.255.0.0进行与运算得到网络ID为192.168.0.0，与B在同一个网段，因此，主机B认为主机A可达。

因此在内网中，B发出的包A可以收到，A发出的包B收不到。

子网主机数

子网设备个数可以通过网络ID进行计算，例如172.16.1.0/24构成的子网，由于前24位构成的网络ID是相同的，也就是子网中所有设备的IP地址前24位相同，因此，只有8位主机ID可以用来分配子网的设备，因此网络中的设备数量为$2^8-2=254$台，这里2预留的有特殊用途的主机IP。因此，需要根据子网的规模以及需求合理地分配IP地址。

划分子网

当大的网络a.b.c.d/x，要进行子网划分时，x位网络ID要向32-x位的主机ID借位，即网络ID位变多，主机ID位变少，减少了可用的IP。同理，合并子网时，主机ID向网络ID借位。

公式总结：

主机数=2^主机ID位-2
网络数=2^可变的网络ID位
网络ID=IP和netmask 相与
划分子网数=2^网络ID向主机ID借的位数
划分子网损失IP数=2*（划分子网数-1）（因为每段子网中的第一个IP地址用来表示网络位，而最后一个IP地址都被用来表示本网段中的广播。）

举个栗子

（1）172.17.0.100/26

网络ID的位数为26，主机ID的位数为6

主机数=2^6-2=62
子网掩码为26个1，即11111111.11111111.11111111.11000000，转为十进制为255.255.255.192。
网络ID为172.17.0.01（000000），即172.17.0.64

（2）110.110.244.100/22

子网掩码为22个1,11111111.11111111.11111100.00000000，即255.255.252.0
主机数为：2^(32-22)-2=1022个
网络ID的值为：110.110.244.0

（3）10.100.222.100（子网掩码：255.255.248.0）

CIDR表示：10.100.222.100/21
主机个数为：2^*(32-21)-2=2046个
网络ID为：10.100.216.0，即10.100.222.100与子网掩码做与运算

（4）172.200.249.200/22，划分16个子网

划分16个子网，网络ID要向主机ID借4位（因为2^4=16）

每个子网的子网掩码为26个1，即11111111.11111111.11111111.11000000,255.255.255.192
子网的主机数为：2^(32-26)-2=62
子网最小的网络ID为（即借来的网络ID位置处的子网掩码全为0）：11111111.11111111.11111100.00000000，即为172.200.248.0/26
最大的子网IP范围为，即借来的网络ID位置处的子网掩码全为1，子网掩码为11111111.11111111.11111111.11000000，网络ID为172.200.249.192/26，对应的IP范围为172.200.249.193-172.200.249.254，注意开头的IP地址为193开始，最终到254。

（5）10.0.0.0/8 划分32子网，对第10个子网划分64个子网

对10.0.0.0/8划分32个子网，需要8位网络ID借5位，即网络ID为13位。由于第10个子网为10.72.0.0/13。（这里的72，即为借来的5位从00000开始依次加一加10次得到的01001，即IP地址第二段为01001000）。

因此，该问题等价于对10.72.0.0/13划分64个子网，即13位网络位再向主机位借6位主机位。

子网掩码为19个1，即11111111.11111111.11100000.00000000，即255.255.224.0
每个子网的主机数为：2^(32-19)-2=8190
最小的子网ID为：子网掩码中借来的6位全为0，即11111111.11111000.00000000.00000000，该子网掩码与10.72.0.0做与运算得到最小的网络ID吗，即为10.72.0.0
最大的IP地址范围为，借来的网络为的子网掩码全为1，即11111111.11111111.11100000.00000000，最后一个子网的网络ID为10.72.224.0/19，因此，IP地址范围为10.72.224.1-10.72.255.254(注意可用IP的范围)。

子网