【网安基础】--ip地址与子网掩码

本文主要讲了一些关于ip的知识，其中子网掩码计算算是基础中的基础，十分重要.

IP地址与子网掩码

在网络通信中，IP地址就像设备的“身份证”，子网掩码则是“地址解析器”，二者结合才能实现数据包的精准路由。

一、IP地址：网络世界的“身份证”

IP地址是网络层用于标识设备接口的32位（IPv4）或128位（IPv6）二进制数，核心作用是为IP报文提供寻址依据。我们日常接触最多的是IPv4，下面重点围绕IPv4展开。

1. IPv4与IPv6的核心区别

IPv4因地址空间有限（仅32位，约43亿个地址），已无法满足物联网时代的设备需求，因此诞生了IPv6（128位，地址数量近乎无限）。二者格式差异如下：

版本	表示格式	比特数	示例
IPv4	点分十进制	32	192.168.1.1
IPv6	冒号分十六进制	128	2001::F（压缩格式）

“::” 代表连续的一组或多组全为 0 的十六进制数，用于替代地址中连续的零段，减少书写长度。简单来说就是中间有多少位空着的数就填多少个0

举例说明：后续有许多类似10.1.1.1/8的表示。/8 是CIDR（无类别域间路由，Classless Inter-Domain Routing）表示法的核心部分，其含义是该 IP 地址对应的子网掩码中，“网络位” 的长度为 8 比特（bit）。说人话就是转化为32位二进制数的前八位是网络位，求主机位等东西时候前八位不变，后面所有位数可以从全0到全1任意改变。
提问：10.1.1.1/8属于哪一类地址，求网络位与主机位，求网络地址与广播地址？
解答：a类，8比特，24比特，10.0.0.0，10.255.255.255

2. IPv4的两类关键分类

IPv4的分类主要分为“有类IP”和“无类IP”，前者是早期的标准划分，后者为解决地址浪费问题而生。

A.类: 强制第一位为0 （单播地址）
默认网络位：8位 默认主机位：24
范围：0xxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
0.0.0.0-127.255.255.255
私有IP地址：10.0.0.0-10.255.255.255（10.0.0.0/8）满足局域网

B类：强制第一位1 第二位为0 （单播地址）
默认网络位：16位 默认主机位：16
范围：10xxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
128.0.0.0-191.255.255.255
私有IP地址：172.16.0.0.-172.31.255.255（172.16.0.0/12）满足局域网

C类：强制第一位1 第二位为1 第三位为0 （单播地址）
默认网络位：24位 默认主机位：8
范围：110xxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
192.0.0.0-223.255.255.255
私有IP地址：192.168.0.0.-192.168.255.255（192.168.0.0/16）满足局域网

D类：强制第一位1 第二位为1 第三位为1 第四位为0 （组播地址）
范围：1110xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
224.0.0.0-239.255.255.255

E类：强制第一位1 第二位为1 第三位为1 第四位为1 （科研）
范围：1111xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
240.0.0.0-255.255.255.255

（1）有类IP：按固定规则划分网络位与主机位

有类IP将地址分为A、B、C、D、E五类，每类的“网络位（标识网段）”和“主机位（标识网段内设备）”长度固定，且首几位二进制有强制规则。具体分类如下表：

类别	首几位二进制	网络位长度	主机位长度	地址范围	私有IP段（局域网专用）	点分十进制范围	网络号长度（比特）	主机号长度（比特）	每个网络最大可用主机数	可用网络数量
A类	0	8位	24位	0.0.0.0-127.255.255.255	10.0.0.0/8（10.0.0.0-10.255.255.255）	1.0.0.1 - 126.255.255.254	7	24	(2^{24}-2 = 16777214)	(2^7 - 2 = 126)
B类	10	16位	16位	128.0.0.0-191.255.255.255	172.16.0.0/12（172.16.0.0-172.31.255.255）	128.0.0.1 - 191.255.255.254	14	16	(2^{16}-2 = 65534)	(2^{14} = 16384)
C类	110	24位	8位	192.0.0.0-223.255.255.255	192.168.0.0/16（192.168.0.0-192.168.255.255）	192.0.0.1 - 223.255.255.254	21	8	(2^8 - 2 = 254)	(2^{21} = 2097152)
D类	1110	-	-	224.0.0.0-239.255.255.255	无（组播地址，用于多设备通信）	224.0.0.0 - 239.255.255.255	-	-	-	-
E类	1111	-	-	240.0.0.0-255.255.255.255	无（科研专用，不对外开放）	240.0.0.0 - 255.255.255.255	-	-	-	-

1. 类别（IPv4地址类别）

概念解释：IPv4地址根据首几位二进制数值的固定规则，划分为A、B、C、D、E五类，核心作用是区分地址的用途（如用于大型网络、中型网络、小型网络、多播通信或保留扩展）。不同类别对应不同的网络位与主机位分配比例，决定了地址可覆盖的网络规模和终端数量，是早期IPv4地址规划的基础分类方式。

2. 首几位二进制

概念解释：用于界定IPv4地址类别的核心标识，是每类地址的“特征位”。通过地址最高位的固定二进制数值，可直接判断地址所属类别（如A类首1位为0，B类首2位为10，C类首3位为110等）。这一规则是地址分类的根本依据，确保不同类别地址的范围不重叠，便于网络设备快速识别地址用途。

3. 网络位长度（网络号长度）

概念解释：在A、B、C类等“可路由”地址中，用于标识“不同网络”的二进制位数。网络位长度决定了可划分的网络数量——长度越长，能区分的网络越多。例如A类地址网络位长度为8位，意味着可划分出多个独立网络；网络位对应的十进制段（如A类的第一段）共同构成“网络号”，用于在公网或局域网中定位特定网络。

4. 主机位长度

概念解释：在A、B、C类地址中，用于标识“同一网络内终端设备”的二进制位数。主机位长度决定了单个网络能容纳的最大终端数量——长度越长，可连接的设备越多。例如C类地址主机位长度为8位，意味着单个网络最多可容纳254台可用设备（需排除特殊地址）；主机位对应的十进制段构成“主机号”，用于在网络内定位单个终端。

5. 地址范围（二进制/点分十进制范围）

概念解释：

• 二进制地址范围：基于每类地址的“首几位二进制”规则，确定地址最高位的固定值，进而划定该类地址的二进制取值区间（如D类地址首4位固定为1110，二进制范围即从11100000…到11101111…）；
• 点分十进制范围：将二进制地址范围转换为“四段十进制数”（每段0-255）后的取值区间（如A类地址点分十进制范围为0.0.0.0~127.255.255.255），是实际网络配置中直观识别地址类别的方式。

6. 私有IP段（局域网专用IP段）

概念解释：从A、B、C类公网地址中划分出的“专用地址区间”，仅允许在局域网（如家庭WiFi、企业内网）内使用，无法在互联网中直接路由。其核心作用是解决IPv4公网地址不足的问题——多个局域网可重复使用同一私有IP段，通过NAT（网络地址转换）技术共享少量公网IP访问互联网，确保内网设备通信安全且不占用公网地址资源。

7. 每个网络最大可用主机数

概念解释：在A、B、C类网络中，单个网络内可实际分配给终端设备（如电脑、手机、服务器）的IP地址数量。计算公式为“2^主机位长度 - 2”，减2的原因是：需排除“网络地址”（主机位全为0，用于标识网络本身）和“广播地址”（主机位全为1，用于向网络内所有设备发送消息），这两个地址无法分配给具体终端。

8. 可用网络数量

概念解释：在A、B、C类地址中，可实际划分的独立网络总数。计算公式为“2^(网络位长度 - 固定高位数) - 2”，其中“固定高位数”是每类地址的特征位长度（如A类固定高位数为1，B类为2），减2是因为需排除“全0网络”（网络位全为0，无实际意义）和“全1网络”（早期协议中定义为广播网络，不用于常规路由），确保划分的网络可正常通信。

核心概念延伸：

• 网络地址：网段的“起始地址”，主机位全为0（如192.168.10.0）；
• 主机地址：网段内可分配给设备的地址，需排除网络地址和广播地址（如192.168.10.1-192.168.10.254）；
• 广播地址：网段的“结束地址”，主机位全为1（如192.168.10.255）。

eg.
对于：10.1.1.1/16
网络地址：10.1.0.0/16
广播地址：10.1.255.255/16

（2）无类IP：用子网掩码解决地址浪费

有类IP的固定划分会导致大量地址浪费（如一个C类网段有254个主机位，若仅需10个设备，剩余244个地址会闲置）。因此引入“无类IP”，通过子网掩码灵活划分网络位和主机位。

• 子网掩码：32位二进制数，与IP地址一一对应，“1”代表网络位，“0”代表主机位（如255.255.255.128，二进制为11111111.11111111.11111111.10000000）；
• 表示方法：IP地址/网络位长度（如192.168.1.1/25，代表前25位是网络位）；
• VLSM（可变长子网掩码）：同一网络中使用不同长度的子网掩码，进一步优化地址分配（如一个大网段中，给需要20台设备的部门分/27掩码，给需要50台设备的部门分/26掩码）。

二、子网掩码实战：如何计算网段信息？

掌握子网掩码的核心是“三步走”：确定网络位长度→计算子网数量与主机数量→推导网络地址、主机地址范围、广播地址。

1. 核心计算公式

• 子网数量 = 2^（子网掩码新增网络位）：新增网络位 = 无类网络位长度 - 有类默认网络位长度（如C类默认24位，若掩码为/25，新增1位，子网数量=2^1=2）；
• 每个子网可用主机数 = 2^（主机位长度） - 2：减2是排除网络地址（主机位全0）和广播地址（主机位全1）（如主机位7位，可用主机数=2^7-2=126）；
• 网络地址规律：是“每个子网的IP数量”的整数倍（如子网IP数量32，网络地址为x.x.x.0、x.x.x.32、x.x.x.64…）；
• 广播地址规律：是“每个子网的IP数量的整数倍 - 1”（如子网IP数量32，广播地址为x.x.x.31、x.x.x.63、x.x.x.95…）。

2. 实例拆解：以172.16.1.0/27（掩码255.255.255.224）为例

1. 确定有类默认类型：172.16.1.0属于B类IP，默认网络位16位，掩码/27表示网络位27位，新增网络位=27-16=11？不，此处需注意：无类IP的网络位是“掩码中1的总位数”，与有类默认无关，直接看掩码/27（27个1），主机位=32-27=5位；
2. 计算子网数量：子网掩码中“主机位变网络位的位数”=27-24（若按C类掩码对比，实际更简单的方式是看主机位5位，子网数量=2^（8-5）=8个，因最后一段8位中，3位是网络位，5位是主机位）；
3. 每个子网IP数量：2^5=32个（包含网络地址和广播地址）；
4. 推导网段信息：
   • 子网1：网络地址172.16.1.0，主机地址172.16.1.1-172.16.1.30，广播地址172.16.1.31；
   • 子网2：网络地址172.16.1.32，主机地址172.16.1.33-172.16.1.62，广播地址172.16.1.63；
   • 以此类推，直到子网8：网络地址172.16.1.224，广播地址172.16.1.255。

三、经典题目巩固：从理论到实践

题目1：有类IP地址计算

已知IP地址为192.168.10.1，判断其类别、网络地址、主机地址范围、广播地址。
解题步骤：

1. 判断类别：192.168.10.1属于192.0.0.0-223.255.255.255，是C类IP，默认网络位24位（掩码255.255.255.0）；
2. 网络地址：主机位（最后8位）全为0 → 192.168.10.0；
3. 主机地址范围：排除网络地址和广播地址 → 192.168.10.1-192.168.10.254；
4. 广播地址：主机位全为1 → 192.168.10.255。
   答案：类别为C类；网络地址192.168.10.0；主机地址范围192.168.10.1-192.168.10.254；广播地址192.168.10.255。

题目2：无类IP子网划分

已知IP段为192.168.1.0/24，需划分成8个子网，求每个子网的掩码、网络地址、可用主机数。
解题步骤：

1. 计算所需子网位：8个子网=2^3，需3位子网位（将原主机位8位中的3位改为网络位）；
2. 确定新掩码：原网络位24位+新增3位=27位，掩码为255.255.255.224（二进制11111111.11111111.11111111.11100000）；
3. 每个子网IP数量：主机位=32-27=5位，总IP数=2^5=32，可用主机数=32-2=30；
4. 推导网络地址：按32个IP为一个子网划分 → 192.168.1.0、192.168.1.32、192.168.1.64、192.168.1.96、192.168.1.128、192.168.1.160、192.168.1.192、192.168.1.224。
   答案：每个子网掩码为255.255.255.224（/27）；网络地址分别为192.168.1.0、192.168.1.32、192.168.1.64、192.168.1.96、192.168.1.128、192.168.1.160、192.168.1.192、192.168.1.224；每个子网可用主机数为30。

题目3：子网掩码与地址合法性判断

判断IP地址172.16.1.129/25是否在“172.16.1.128-172.16.1.255”网段内，并说明该网段的网络地址和广播地址。
解题步骤：

1. 分析掩码/25：网络位25位，主机位7位，最后一段8位中，1位是网络位，7位是主机位；
2. 计算网段IP数量：2^7=128个，因此每个子网包含128个IP；
3. 确定目标网段范围：网络地址是128的整数倍（172.16.1.128），广播地址=128+128-1=255，因此网段范围是172.16.1.128-172.16.1.255；
4. 判断合法性：172.16.1.129在128-255之间，合法。
   答案：该IP地址在目标网段内；网段的网络地址为172.16.1.128，广播地址为172.16.1.255。

四、总结：IP与子网掩码的核心逻辑

IP地址是“标识”，子网掩码是“划分规则”，二者结合的本质是“通过二进制位的划分，平衡地址利用率与网络管理效率”。无论是有类IP的固定划分，还是无类IP的灵活子网，核心都围绕“网络位标识网段，主机位标识设备”展开。