二、IP地址与子网划分

Anthony_2312026-01-23 13:27

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第2课：IP地址与子网划分

第2课：IP地址与子网划分

🎯 这节课为什么重要？

您每天都会遇到这些场景：

  • 🔧 "这台服务器应该配置什么IP地址？"
  • 🔧 "这个网段能容纳多少台设备？"
  • 🔧 "为什么我的IP地址和别人的冲突了？"
  • 🔧 "如何规划公司内网的IP地址？"

IP地址与子网划分 是必修课，因为：

  • ✅ 工作中天天要配置IP地址
  • ✅ 子网划分错误会导致网络不通

📦 核心概念：IP地址就像"家庭住址"

什么是IP地址？

定义：IP地址是互联网协议地址，用于在网络中唯一标识一台设备。

类比 ：IP地址就像家庭住址

复制代码 
您的家庭住址：北京市朝阳区XX路XX号XX小区XX室
                ↓            ↓
                城市          具体房间

IP地址：    192.168.1.100
           ↓        ↓    ↓
           网络号   主机号

关键特点：

  • 📍 唯一性：同一网络内不能有两台设备使用相同IP
  • 📍 层次性：分为网络部分和主机部分
  • 📍 可路由：路由器根据IP地址转发数据包

📚 一、IP地址的构成

1.1 IP地址的结构

IPv4地址是一个32位 的二进制数，通常用点分十进制表示：

复制代码 
IP地址：192.168.1.100
二进制：11000000.10101000.00000001.01100100
       └─网络部分─┘└───主机部分───┘

每一部分（点分十进制的每个数字）：
  十进制：192
  二进制：11000000（8位）
  范围：0-255

1.2 网络位与主机位

网络位 （Network Portion）：标识设备所在的网络
主机位（Host Portion）：标识该网络内的具体设备

复制代码 
示例1：192.168.1.0/24
  网络位：前24位（192.168.1）
  主机位：后8位（100）

  二进制表示：
  11000000.10101000.00000001.  01100100
  └──────网络部分（24位）─────┘└主机（8位）┘

示例2：10.0.0.0/8
  网络位：前8位（10）
  主机位：后24位（0.0.0）

  二进制表示：
  00001010.        00000000.00000000.00000000
  └网络（8位）┘└────────────主机（24位）────────────┘

关键理解：

  • 相同网络位的IP地址在同一网段，可以直接通信
  • 不同网络位的IP地址在不同网段，需要路由器转发

📖 二、子网掩码详解

2.1 什么是子网掩码？

定义：子网掩码（Subnet Mask）用于区分IP地址中的网络位和主机位。

作用：告诉计算机"IP地址中哪部分是网络号，哪部分是主机号"

2.2 子网掩码的表示方法

有两种表示方法：

方法1：点分十进制表示法
复制代码 
子网掩码：255.255.255.0
二进制：  11111111.11111111.11111111.00000000
          └────1的部分是网络位────┘└0的部分是主机位┘
方法2：CIDR表示法（推荐）
复制代码 
表示为：/24
含义：前24位是网络位，后8位是主机位

示例：
192.168.1.0/24  → 子网掩码是 255.255.255.0
10.0.0.0/8     → 子网掩码是 255.0.0.0
172.16.0.0/16  → 子网掩码是 255.255.0.0

为什么CIDR更好？

  • ✅ 更简洁（/24 比 255.255.255.0 短）
  • ✅ 更容易识别网络位长度
  • ✅ 现代网络标准，广泛使用

2.3 常见子网掩码对照表

CIDR 子网掩码 二进制掩码 可用IP数量 网络位 主机位
/8 255.0.0.0 11111111.00000000.00000000.00000000 16,777,214 8位 24位
/16 255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000 65,534 16位 16位
/24 255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.00000000 254 24位 8位
/25 255.255.255.128 11111111.11111111.11111111.10000000 126 25位 7位
/26 255.255.255.192 11111111.11111111.11111111.11000000 62 26位 6位
/27 255.255.255.224 11111111.11111111.11111111.11100000 30 27位 5位
/28 255.255.255.240 11111111.11111111.11111111.11110000 14 28位 4位
/29 255.255.255.248 11111111.11111111.11111111.11111000 6 29位 3位
/30 255.255.255.252 11111111.11111111.11111111.11111100 2 30位 2位
/32 255.255.255.255 11111111.11111111.11111111.11111111 1 32位 0位

2.4 如何计算可用IP数量？

公式：

复制代码 
可用IP数量 = 2^主机位 - 2

为什么要减2？
  → 第1个IP：网络地址（不能分配给设备）
  → 最后1个IP：广播地址（不能分配给设备）

计算示例：

示例1：192.168.1.0/24

复制代码 
主机位：8位
总IP数：2^8 = 256个
可用IP：256 - 2 = 254个

IP范围：192.168.1.1 ~ 192.168.1.254
网络地址：192.168.1.0
广播地址：192.168.1.255

示例2：192.168.1.0/26

复制代码 
主机位：6位
总IP数：2^6 = 64个
可用IP：64 - 2 = 62个

IP范围：192.168.1.1 ~ 192.168.1.62
网络地址：192.168.1.0
广播地址：192.168.1.63

示例3：192.168.1.0/30

复制代码 
主机位：2位
总IP数：2^2 = 4个
可用IP：4 - 2 = 2个

IP范围：192.168.1.1 ~ 192.168.1.2
网络地址：192.168.1.0
广播地址：192.168.1.3

适用场景：点对点链路（如两个路由器之间的连接）

💼 三、IP地址分类

3.1 按用途分类

A类地址
复制代码 
范围：1.0.0.0 ~ 126.255.255.255
子网掩码：255.0.0.0 (/8)

特点：
  - 第一位固定为0
  - 网络位：8位
  - 主机位：24位
  - 可用IP数量：16,777,214个

适用场景：大型网络（如跨国公司、政府机构）
示例：10.0.0.0/8（私有地址）
B类地址
复制代码 
范围：128.0.0.0 ~ 191.255.255.255
子网掩码：255.255.0.0 (/16)

特点：
  - 前两位固定为10
  - 网络位：16位
  - 主机位：16位
  - 可用IP数量：65,534个

适用场景：中型网络（如大学、大型企业）
示例：172.16.0.0/16（私有地址）
C类地址
复制代码 
范围：192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
子网掩码：255.255.255.0 (/24)

特点：
  - 前三位固定为110
  - 网络位：24位
  - 主机位：8位
  - 可用IP数量：254个

适用场景：小型网络（如小型企业、家庭网络）
示例：192.168.1.0/24（私有地址）
D类地址（组播地址）
复制代码 
范围：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

特点：
  - 前四位固定为1110
  - 用于组播（Multicast）
  - 不分网络位和主机位

示例：视频会议、在线直播
E类地址（保留地址）
复制代码 
范围：240.0.0.0 ~ 255.255.255.255

特点：
  - 前四位固定为1111
  - 保留用于未来使用

3.2 特殊IP地址

私有IP地址（内网地址）
复制代码 
用途：在局域网内使用，不能直接访问互联网

A类私有地址：10.0.0.0 ~ 10.255.255.255  (10.0.0.0/8)
B类私有地址：172.16.0.0 ~ 172.31.255.255  (172.16.0.0/12)
C类私有地址：192.168.0.0 ~ 192.168.255.255  (192.168.0.0/16)

应用场景：
  - 家庭网络：192.168.1.0/24
  - 公司内网：10.0.0.0/8 或 172.16.0.0/16
网络地址与广播地址
复制代码 
网络地址（Network Address）：
  - 主机位全为0
  - 标识一个网段本身
  - 不能分配给设备
  示例：192.168.1.0/24

广播地址（Broadcast Address）：
  - 主机位全为1
  - 用于向整个网段发送数据
  - 不能分配给设备
  示例：192.168.1.255/24
回环地址（Loopback Address）
复制代码 
地址：127.0.0.1

用途：
  - 本机测试
  - 网络软件自检
  - 永远代表"本机"

示例：
  ping 127.0.0.1  → 测试TCP/IP协议栈是否正常
自动专用地址（APIPA）
复制代码 
范围：169.254.0.0/16

用途：
  - 当DHCP服务器故障时
  - Windows自动分配的IP地址
  - 只能在同网段通信

示例：
  IP地址：169.254.123.45
  → 说明DHCP获取失败

🛠️ 四、子网划分实战

4.1 什么是子网划分？

定义：将一个大的网络划分成多个小的子网络。

目的：

  • ✅ 提高网络性能（减少广播域）
  • ✅ 增强网络安全性（隔离不同部门）
  • ✅ 节省IP地址资源
  • ✅ 便于网络管理

4.2 子网划分示例

场景：公司有一个C类网段 192.168.1.0/24，需要划分成4个子网

原始网络：

复制代码 
192.168.1.0/24
  - 可用IP：254个
  - 所有设备在同一网段

划分后的4个子网：

子网1：

复制代码 
192.168.1.0/26
网络位：26位（借用2位主机位）
子网掩码：255.255.255.192
可用IP：62个
IP范围：192.168.1.1 ~ 192.168.1.62
广播地址：192.168.1.63
用途：研发部

子网2：

复制代码 
192.168.1.64/26
子网掩码：255.255.255.192
可用IP：62个
IP范围：192.168.1.65 ~ 192.168.1.126
广播地址：192.168.1.127
用途：市场部

子网3：

复制代码 
192.168.1.128/26
子网掩码：255.255.255.192
可用IP：62个
IP范围：192.168.1.129 ~ 192.168.1.190
广播地址：192.168.1.191
用途：财务部

子网4：

复制代码 
192.168.1.192/26
子网掩码：255.255.255.192
可用IP：62个
IP范围：192.168.1.193 ~ 192.168.1.254
广播地址：192.168.1.255
用途：服务器区

4.3 子网划分步骤总结

复制代码 
步骤1：确定需要划分的子网数量
  示例：需要4个子网

步骤2：计算需要借用的主机位
  2^n >= 子网数量
  2^2 = 4 >= 4
  → 需要借用2位主机位

步骤3：确定新的子网掩码
  原主机位：8位
  借用后：8 - 2 = 6位
  新掩码：/26（255.255.255.192）

步骤4：计算每个子网的地址范围
  子网块大小：2^6 = 64个IP
  子网1：192.168.1.0 ~ 192.168.1.63
  子网2：192.168.1.64 ~ 192.168.1.127
  子网3：192.168.1.128 ~ 192.168.1.191
  子网4：192.168.1.192 ~ 192.168.1.255

⚙️ 五、配置命令示例

5.1 Windows配置IP地址

图形界面配置
复制代码 
1. 右键点击"网络"→"属性"
2. 点击"更改适配器设置"
3. 右键网卡→"属性"
4. 双击"Internet 协议版本 4 (TCP/IPv4)"
5. 选择"使用下面的IP地址"
6. 输入：
   IP地址：192.168.1.100
   子网掩码：255.255.255.0
   默认网关：192.168.1.1
   首选DNS：114.114.114.114
命令行配置
cmd 复制代码 
# 查看当前IP配置
ipconfig /all

# 设置静态IP地址
netsh interface ip set address "以太网" static 192.168.1.100 255.255.255.0 192.168.1.1

# 设置DNS服务器
netsh interface ip set dns "以太网" static 114.114.114.114

# 设置为DHCP自动获取
netsh interface ip set address "以太网" dhcp
netsh interface ip set dns "以太网" dhcp

5.2 Linux配置IP地址

临时配置（重启失效）
bash 复制代码 
# 查看当前IP配置
ip addr show
ifconfig

# 配置IP地址
ip addr add 192.168.1.100/24 dev eth0

# 启用网卡
ip link set eth0 up

# 添加默认路由
ip route add default via 192.168.1.1
永久配置（重启生效）

CentOS/RHEL：

bash 复制代码 
# 编辑配置文件
vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0

# 配置内容：
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=static
DEFROUTE=yes
NAME=eth0
DEVICE=eth0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.1.100
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.1.1
DNS1=114.114.114.114

# 重启网络服务
systemctl restart network

Ubuntu/Debian：

bash 复制代码 
# 编辑配置文件
vi /etc/network/interfaces

# 配置内容：
auto eth0
iface eth0 inet static
  address 192.168.1.100
  netmask 255.255.255.0
  gateway 192.168.1.1
  dns-nameservers 114.114.114.114

# 重启网络
/etc/init.d/networking restart

Ubuntu新版本（Netplan）：

bash 复制代码 
# 编辑配置文件
vi /etc/netplan/01-netcfg.yaml

# 配置内容：
network:
  version: 2
  ethernets:
    eth0:
      dhcp4: no
      addresses: [192.168.1.100/24]
      gateway4: 192.168.1.1
      nameservers:
        addresses: [114.114.114.114]

# 应用配置
netplan apply

5.3 华为交换机配置VLAN接口

shell 复制代码 
# 进入系统视图
system-view

# 创建VLAN
vlan batch 10 20 100

# 配置VLANIF接口（三层接口）
interface Vlanif 10
 ip address 192.168.10.1 24
 quit

interface Vlanif 20
 ip address 192.168.20.1 24
 quit

interface Vlanif 100
 ip address 192.168.100.1 24
 quit

# 查看接口IP配置
display ip interface brief

# 保存配置
save

⚠️ 六、常见误区与易错点

误区1：混淆子网掩码的表示方法

错误认识：

复制代码 
"子网掩码必须是255.255.255.0这样的格式"

正确理解：

复制代码 
子网掩码有两种表示方法，它们是等价的：

/24 = 255.255.255.0
/26 = 255.255.255.192
/30 = 255.255.255.252

CIDR表示法(/24)更简洁，现代网络标准推荐使用

误区2：忘记网络地址和广播地址不能使用

错误认识：

复制代码 
"/24的网段有256个IP可用"

正确理解：

复制代码 
/24的网段：
  总IP数：256个
  可用IP：254个（减去网络地址和广播地址）

不能用：
  网络地址：192.168.1.0（主机位全0）
  广播地址：192.168.1.255（主机位全1）

可以分配：
  192.168.1.1 ~ 192.168.1.254

误区3：认为所有IP地址都能直接访问互联网

错误认识：

复制代码 
"我有IP地址就能上网"

正确理解：

复制代码 
私有IP地址（10.x.x.x, 172.16-31.x.x, 192.168.x.x）
  → 不能直接访问互联网
  → 需要通过NAT转换成公网IP

公网IP地址
  → 可以直接访问互联网
  → 需要向ISP申请购买

家庭/公司网络：
  私有IP → 路由器NAT → 公网IP → 互联网

误区4：子网划分时计算错误

错误认识：

复制代码 
"把/24划分成4个子网，每个子网有64个IP可用"

正确理解：

复制代码 
把/24划分成4个/26子网：

原始：192.168.1.0/24
  可用IP：254个

划分后：4个/26子网
  每个子网总IP数：64个
  每个子网可用IP：64 - 2 = 62个（减去网络地址和广播地址）

总可用IP：62 × 4 = 248个
损失IP：254 - 248 = 6个（子网划分的开销）

误区5：忽略默认网关的重要性

错误认识：

复制代码 
"配置了IP地址就能通信"

正确理解：

复制代码 
默认网关 = 本网段的出口路由器

没有网关：
  ✅ 同网段通信正常
  ❌ 跨网段通信失败

有网关：
  ✅ 同网段通信正常
  ✅ 跨网段通信正常（通过网关转发）

配置示例：
  IP地址：192.168.1.100
  子网掩码：255.255.255.0
  默认网关：192.168.1.1（通常是路由器IP）

📌 七、本节重点总结

核心要点

  1. IP地址结构：

    • 32位二进制，点分十进制表示
    • 分为网络位和主机位
    • 相同网络位在同一网段

  2. 子网掩码作用：

    • 区分网络位和主机位
    • CIDR表示法（/24）更简洁
    • /24 = 255.255.255.0

  3. 可用IP计算：

    • 公式：2^主机位 - 2
    • 减2的原因：网络地址 + 广播地址

  4. 私有IP地址：

    • 10.0.0.0/8（A类）
    • 172.16.0.0/12（B类）
    • 192.168.0.0/16（C类）
    • 不能直接访问互联网

  5. 子网划分：

    • 大网分成小网
    • 提高性能和安全性
    • 需要借用主机位

计算公式速查

复制代码 
1. 根据CIDR计算子网掩码：
   /8  = 255.0.0.0
   /16 = 255.255.0.0
   /24 = 255.255.255.0
   /26 = 255.255.255.192

2. 根据CIDR计算可用IP：
   可用IP = 2^(32-CIDR) - 2
   示例：/24 → 2^(32-24) - 2 = 254

3. 根据子网掩码计算CIDR：
   将255的个数累加
   示例：255.255.255.0 → 有3个255 → /24

4. 判断两IP是否在同一网段：
   子网掩码相同 && 网络位相同 → 同网段

🎯 思考题与实操任务

思考题1：基础计算（必答）

题目：

复制代码 
给定网段：192.168.10.0/26

请回答：
1. 子网掩码是什么
  26 / 255.255.255.192
2. 这个网段有多少个可用IP？
  可用IP=2^(32-26)-2=64
  192.168.10.1-192.168.10.64  除去网络位和广播地址-2 实际可用IP为62
  最终可用IP是192.168.10.1-192.168.10.62   
3. 第一个可用IP是什么？最后一个可用IP是什么？
   第一个 192.168.10.1，最后一个192.168.10.62
4. 网络地址和广播地址分别是什么？
   网络地址 192.168.10.0 广播地址 192.168.10.63

思考题2：场景分析（进阶）

场景：

复制代码 
公司有100台电脑，需要规划一个C类网段

要求：
1. 使用192.168.x.x私有地址段
2. 能容纳所有设备并有扩展空间
3. 考虑未来可能增加50台设备

请设计IP地址方案：
- 网络地址：（如192.168.x.x/x）
- 子网掩码：
- 可用IP范围：
- 可容纳设备数：

通用IP规划思路：

  1. 确定最大主机数：当前设备 + 未来扩展。
  2. 计算所需主机位：找最小 nn 使得 2n−2≥2n−2≥ 主机数。
  3. 确定子网前缀：前缀 = 32 − nn （IPv4）。
  4. 选私有地址段：如 192.168.x.0。
  5. 验证容量和扩展性 ：确保可用IP ≥ 需求，并留余量。
    示例：150台 → 需 /24（254个可用IP）。
bash 复制代码 
# 解题过程

1. 明确需求：

- 当前设备：100 台
- 未来增加：50 台 → 总共最多 150 台主机
- 必须使用 192.168.x.x 私有地址（C 类私有地址范围）
- 需要 一个连续子网，能容纳 ≥150 台，并留有扩展余量

1. 计算所需 IP 数量：
每个子网中，可用 IP 数 = 2^主机位数−2（减去网络地址和广播地址）

尝试不同子网大小：

- /25：主机位 = 7 → 27−2=12627−2=126 →  不够（<150）
- /24：主机位 = 8 → 28−2=25428−2=254 →  满足（>150，且预留 100+ 扩展空间）

3. 选择具体网段： 
从 192.168.0.0/24 到 192.168.255.0/24 中任选一个未使用的，例如
192.168.10.0/24

4. 确定关键参数：

- 网络地址：192.168.10.0
- 广播地址：192.168.10.255
- 可用 IP 范围：192.168.10.1 ～ 192.168.10.254
- 子网掩码：255.255.255.0
- 可容纳设备数：254 台

# 最终答案

- 网络地址：192.168.10.0/24
- 子网掩码：255.255.255.0
- 可用IP范围：192.168.10.1 ～ 192.168.10.254
- 可容纳设备数：254 台（满足当前 100 台 + 未来 50 台 + 充足扩展空间）

思考题3：子网划分（挑战）

场景：

复制代码 
网络管理员获得了一个C类网段：192.168.1.0/24

需要划分成：
- 子网A：研发部，需要50个IP
- 子网B：市场部，需要30个IP
- 子网C：财务部，需要10个IP
- 子网D：服务器区，需要10个IP

请设计子网划分方案：
子网A：192.168.1.__/__  （可用IP：__个）
子网B：192.168.1.__/__  （可用IP：__个）
子网C：192.168.1.__/__  （可用IP：__个）
子网D：192.168.1.__/__  （可用IP：__个）
bash 复制代码 
# 解题思路（简短）

1. 从大到小划分**：先满足最大需求（50 → 需 ≥52 个 IP，即至少 6 主机位 → /26）
2. 计算每个子网所需最小主机位**：
    - 50 台 → 26−2=6226−2=62 → /26
    - 30 台 → 25−2=3025−2=30 → 刚好，需 /27（30 可用）
    - 10 台 → 24−2=1424−2=14 → /28
3. 按顺序从 192.168.1.0 开始分配，不重叠


# 解题过程

- 子网A（50台）：/26 → 块大小 64  
    → 起始：192.168.1.0  
    → 网络地址：192.168.1.0/26 
    → 可用IP：62个（.1 ～ .62）
- 子网B（30台）：/27 → 块大小 32  
    → 下一段从 .64 开始  
    → 网络地址：192.168.1.64/27
    → 可用IP：30个（.65 ～ .94）
- 子网C（10台）：/28 → 块大小 16  
    → 下一段从 .96 开始  
    → 网络地址：192.168.1.96/28
    → 可用IP：14个（.97 ～ .110）
- 子网D（10台）：再一个 /28  
    → 下一段从 .112 开始  
    → 网络地址：192.168.1.112/28  
    → 可用IP：14个（.113 ～ .126）

> 剩余地址（.128～.255）可留作未来扩展或备用。


# 最终答案

- 子网A：192.168.1.0/26 （可用IP：62个）
- 子网B：192.168.1.64/27 （可用IP：30个）
- 子网C：192.168.1.96/28（可用IP：14个）
- 子网D：192.168.1.112/28（可用IP：14个）

实操任务1：Windows配置IP地址

任务目标：在Windows上配置静态IP地址

步骤：

复制代码 
1. 打开"控制面板"→"网络和Internet"→"网络和共享中心"
2. 点击"以太网"→"属性"
3. 双击"Internet 协议版本 4 (TCP/IPv4)"
4. 配置以下信息：
   IP地址：192.168.1.100
   子网掩码：255.255.255.0
   默认网关：192.168.1.1
   首选DNS：114.114.114.114
5. 点击"确定"保存

验证：

cmd 复制代码 
# 打开命令提示符，执行：
ipconfig /all

# 应该看到：
IPv4 地址 . . . . . . . . . . : 192.168.1.100
子网掩码 . . . . . . . . . . : 255.255.255.0
默认网关. . . . . . . . . . . : 192.168.1.1
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