18_划分_IP_地址范
网络协议那些事儿
内容简介
- 前言
划分 IP 地址范围，又被称为 “IP 地址段划分”，等等。
学习如何划分 IP 地址范围的这几课，需要你振奋起精神，因为需要不少的思考，将会有很多计算要做（可以使用这样的网站：进制转换 ），也有不少概念要掌握。
请不要忽视这些概念，因为这些概念对于本专栏的后续课程是非常必要的！
我们将要学习的 “划分 IP 地址范围” 的知识点是网络管理员的工作的重要组成部分。作为网络管理员，必须精通 IP 地址范围划分的技术，并且对这门技术非常得心应手，以便能快速且正确地识别网络。
好了，系好你的安全带，我们又要发车了！
- 用基本方法来划分
在这几课中，我们将努力学习如何正确地划分 IP 地址范围。
但是，划分 IP 地址范围到底是什么意思啊？
设想一下，你管理着一所著名的大学（比如 清华、 北大、 复旦、 浙大、 上海交大，等等）的计算机学院的网络。
计算机学院中的学生可是会学习网络的工作原理哦，他们可能会寻找你的网络的缺陷，来加以利用。
假设你已经将计算机学院的网络中的主机配置为属于同一大型网络 10.0.0.0 / 255.255.0.0。
不过，在这个网络中，有学生、老师和行政管理人员。你很快意识到，一些有点小聪明的学生成功进入了他们老师的主机，更改了自己期末考试的成绩。
那该怎么办呢？
我们可以把这个大的网络分成几个较小的网络。然后，我们可以将学生放在一个网络中，将老师放在另一个网络中。甚至还有一个网络专门留给行政管理人员，这样老师们就不能更改自己的工资单了。
划分 IP 地址范围在网络领域很常用，将一个大的地址范围分为几个小的地址范围，以分隔不同的群体。
简单来说，就是从一个大的网络（大的 IP 地址范围）中分出若干小的网络（小的 IP 地址范围），这些小的网络被称为子网。
这也是子网掩码的名称由来：基于子网掩码，可以将一个网络划分为若干子网。
CIDR 表示法：“懒人” 专用写法
在网络领域，总有一些 “懒人”，至少我就是，哈哈。因此，网络领域的先驱为了我们这些 “懒人”，专门发明了一种子网掩码的更快速写法，就是 CIDR 表示法。
CIDR 是 Classless Inter-Domain Routing 的缩写，表示 “无类别域间路由”。光看这名字实在不好理解。
我们以后再讲 CIDR 的确切含义，目前我们暂时先使用 CIDR 表示法来表示子网掩码。
我们知道子网掩码有 32 位。在这 32 位中，有一些位是 1，其余的位则为 0。
我们之前已经学过，子网掩码的 0 和 1 的二进制位是不能混合排列的（由于子网掩码的二进制位的连续性），因此只要知道子网掩码中 1 的位数，就可以知道整个子网掩码了。
所以，我们只需要简单地将 1 的位数写出来，就可以代表整个子网掩码咯。
例如，我们可以将子网掩码 255.255.255.0 简写为 /24，表示该子网掩码中前 24 位都是 1。
同样地，可以将 192.168.0.1 / 255.255.255.0 简写为 192.168.0.1/24。
这样的表示法写起来更快，对吧？也许这不是革命性的，但是当你必须写很多子网掩码时，速度会快很多！
从现在开始，我们可以用 /20 这种表示法来代替 255.255.240.0 了。之后的课程中，我们有时会用 CIDR 表示法，有时会用传统的表示法。
当然了，CIDR 表示法对于我们的计算不是那么方便，我们常常不得不将其转回到点分十进制的表示法，才能方便计算。
小试牛刀
假设有一个公司，它的网络为 10.0.0.0/16，我们将划分这个网络的地址范围。
该公司拥有 1000 名技术人员，200 名商务人员和 20 名经理。因此，我们需要在这个网络中划分出三个子网。
我们该怎么来划分呢？
确认足够的地址数目
首先，我们要确认大的地址范围（10.0.0.0/16）是否包含足够 1220（1000 + 200 + 20）名员工使用的地址数目。
10.0.0.0/16 这个网络的子网掩码有 16 位是 1，16 位是 0（因为子网掩码总共有 32 位）。
之前的课程中我们学过一个公式，该公式使我们能够根据子网掩码中 0 的位数来确定网络中的可用 IP 地址数。
我们回顾之前说过的那个公式：
网络中可用的 IP 地址数 = 2 的 “子网掩码中 0 的 个数” 次方。
因此，在上面的网络中，有 2 的 16 次方 个地址，也就是 65536 个可用的 IP 地址，这对于分配给 1220 名员工来说已经绰绰有余了。
好的，我们已经确定了：大的地址范围（10.0.0.0/16）包含足够 1220 名员工使用的地址数目。
子网掩码的计算
现在，我们已经知道每个子网中需要包含多少个地址，还有前面提到的公式（该公式为我们提供了网络中的可用地址数与子网掩码中 0 的位数之间的关系）。因此，我们肯定可以推断出每个子网掩码所需的 0 的位数，从而确定三个子网的子网掩码。
对于 1000 名技术人员，我们需要一个至少有 1000 个可用地址的网络。
根据之前说的那个公式（网络中可用的 IP 地址数 = 2 的 “子网掩码中 0 的 个数” 次方），我们可以推断出子网掩码中需要的 0 的位数。
我们有 1000 名技术人员，1000 小于 2 的 10 次方（2 的 10 次方是 1024）。
因此，我们只要将子网掩码中的 10 位二进制位置为 0，就应该足够标识 1000 台机器了（毕竟我们有 1024 个可用地址）。如果子网掩码中包含 10 个 0，那么我们的子网掩码将是：
11111111.11111111.11111100.00000000（点分二进制表示），也就是 255.255.252.0（点分十进制表示），也可以表示为 /22（CIDR 表示法）。
因此，对于技术人员的网络，我们可以选用子网掩码 255.255.252.0，使得网络具有 1024 个可用的地址，从而为 1000 名技术人员提供足够的 IP 地址。
我们可以为 200 名商务人员执行相同的计算：200 小于 2 的 8 次方（2 的 8 次方是 256），因此商务人员的网络的子网掩码是 255.255.255.0。
最后，对于 20 名经理：20 小于 2 的 5 次方（2 的 5 次方是 32），因此经理的网络的子网掩码是 255.255.255.224。
但是我们拿这些子网掩码做什么呢？
我们的目标是找到与上面的三个子网掩码相关联的 IP 地址范围。为此，我们可以从提供的大的地址范围中进行很多选择。
IP 地址范围的选择
我们拥有 10.0.0.0/16 这个包含 65536 个可用地址的网络，我们要在这 65536 个地址中为我们的技术人员找一个包含 1024 个地址的子网。
对于我们来说，最简单的选择是从最低地址开始，虽然这不是唯一的选择。
因此，我们可以让技术人员的网络的地址范围从 10.0.0.0 开始。
我们已经可以通过 10.0.0.0 / 255.255.252.0 这个 IP 地址和子网掩码的关联对来标识技术人员的网络。但是，最好知道该子网的最后一个地址，这样我们能更加直观地了解地址范围。
让我们开始计算吧。
通常，我们会将 IP 地址和子网掩码都转换为二进制。但是仔细考虑一下，我们意识到子网掩码的 4 个字节中只有一个是我们感兴趣的，也就是 1 和 0 之间出现划分的那个字节，对于 255.255.252.0 这个子网掩码来说是第三个字节，也就是 252。
因此，我们只需要处理第三个字节（毕竟我们 “喜欢偷懒”，哈哈），而不需要用二进制来计算整个地址。
-
子网掩码的第三个字节：252 -> 11111100
-
IP 地址的第三个字节：0 -> 00000000
因此，根据子网掩码，子网中所有主机的 IP 地址的第三个字节都会以 000000 开头。
子网中的最后一个地址将是主机部分的所有位都为 1 的地址，即第三个字节为 00000011（就是十进制的 3）和第四个字节为 11111111（就是十进制的 255）。可别忘了第四个字节哦。
因此，技术人员的网络的地址范围的最后一个地址是 10.0.3.255。
因此，我们在大的地址范围内为技术人员选择了合适的地址范围。
接着，我们需要为 200 名商务人员选择地址范围。然而，地址范围的选择有了一个限制，因为技术人员的网络已经占用了大的地址范围内从 10.0.0.0 到 10.0.3.255 的地址。
例如，我们可以在技术人员的地址范围之后紧跟商务人员的地址范围，也就是让商务人员的地址范围从 10.0.4.0 开始。
我们已经可以通过 10.0.4.0 / 255.255.255.0 这个关联对来标识商务人员的网络。和之前一样，我们也想要知道这个地址范围的最后一个地址。
这次，由于划分位于两个字节之间，因此计算很容易。商务人员的网络的最后一个地址是 10.0.4.255。
我们可以对经理的网络的地址范围执行相同的推理，让其从 10.0.5.0 开始。
通过将经理的网络的子网掩码（255.255.255.224）与此地址关联，我们找到了地址范围的最后一个地址 10.0.5.31。
这样，我们就从给定的网络（10.0.0.0/16 -> 从 10.0.0.0 到 10.0.255.255）中划分出了三个子网：
-
技术人员的网络：10.0.0.0/22 -> 从 10.0.0.0 到 10.0.3.255；
-
商务人员的网络：10.0.4.0/24 -> 从 10.0.4.0 到 10.0.4.255；
-
经理的网络：10.0.5.0/27 -> 从 10.0.5.0 到 10.0.5.31。
这三个群组里的每个地址都是不同的，并且都包含在大的地址范围之内。
很好，我们成功了！
下一课，我们继续学习划分 IP 地址范围，内容将会越来越有趣哦。
- 总结
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CIDR 表示法可以让我们通过一个斜杠（ / ）后接子网掩码中的 1 的位数（例如 /24 ）来简约地表示一个子网掩码；
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请记住这个公式：网络中可用的 IP 地址数 = 2 的 “子网掩码中 0 的 个数” 次方。可以通过这个公式快速算出每个子网所需的子网掩码；
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划分 IP 地址范围时，我们通常有多种选择。
一起加油吧~
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