1. 概述
IP地址由主机地址和网络地址组成。要准确获取网络地址以及从一个网络中区分出不同的逻辑地址，除了IP地址本身，还需要子网掩码。
子网划分（Subnetting）是有类IP地址（Classful IP Addressing）中最重要的方法之一，它可以有效避免IP地址的浪费。
在本教程中，我们将详细讲解IP地址、广播地址、网络地址以及子网掩码的概念。并通过数值示例，说明如何使用IP地址和子网掩码来确定网络地址和广播地址。
2. IP地址
IP地址即Internet Protocol地址，用于在网络中唯一标识一台设备。为了在设备之间传输数据，我们需要一个标识符来定位源和目标设备。IP地址就是这样的逻辑地址。
目前主流的IP地址分为两类：IPv4 和 IPv6：
- IPv4：32位地址，通常表示为四个0~255之间的数字，如
192.168.0.1。 - IPv6：128位地址，采用十六进制表示，如
FDEC:BS68:7654:3210:ADFF:QBGF:2522:FIIF。
IPv4地址根据其前导位被划分为五类（A~E），每类用于不同的网络规模：
| 类别 | IP地址范围 | 用途 |
|---|---|---|
| A | 1.0.0.0 – 127.255.255.255 | 大型组织 |
| B | 128.0.0.0 – 191.255.255.255 | 中型组织 |
| C | 192.0.0.0 – 223.255.255.255 | 小型组织 |
| D | 224.0.0.0 – 239.255.255.255 | 多播（Multicast） |
| E | 240.0.0.0 – 255.255.255.255 | 实验用途（保留） |
随着联网设备数量的爆炸式增长，IPv4地址已逐渐枯竭，因此IPv6被提出以满足未来需求。IPv6具备更大的地址空间、内置安全机制、自动配置等优势。
3. 网络地址
IP地址由网络地址和主机地址组成。网络地址用于标识一个特定的网络，而主机地址则用于标识该网络中的具体设备。
不同类别的IP地址使用不同长度的位数表示网络地址：
- A类：前8位表示网络地址
- B类：前16位表示网络地址
- C类：前24位表示网络地址
例如，对于IP地址 192.168.1.0（C类），其网络地址为 192.168.1.0，主机地址为 0。
网络地址决定了设备所属的网络段。例如，192.168.1.0/24 表示一个网络段，其中 /24 表示前24位是网络地址。
4. 广播地址
广播地址用于向网络中的所有设备发送数据。每个网络都有一个唯一的广播地址。
确定广播地址的方法是：将网络地址中主机部分的位全部置为1。
例如：
- 网络地址：
192.168.1.0 - 子网掩码：
255.255.255.0（即/24）
由于主机部分为8位，所以广播地址为：192.168.1.255
广播地址常用于局域网内的通信，例如ARP请求。
5. 子网掩码
子网掩码（Subnet Mask）用于确定IP地址中哪些位是网络地址，哪些位是主机地址。
子网掩码的默认值根据IP地址类别而定：
| 类别 | 默认子网掩码 |
|---|---|
| A | 255.0.0.0 |
| B | 255.255.0.0 |
| C | 255.255.255.0 |
子网掩码中的 1 表示网络部分，0 表示主机部分。通过子网掩码，我们可以将一个大网络划分为多个子网，从而更有效地利用IP地址资源。
6. 确定网络地址和广播地址
✅ 示例：IP地址 + 子网掩码 → 网络地址 + 广播地址
假设：
- IP地址：
192.168.2.4 - 子网掩码：
255.255.255.240（即/28）
第一步：将IP和子网掩码转为二进制
IP地址 = 192.168.2.4 = 11000000.10101000.00000010.00000100
子网掩码 = 255.255.255.240 = 11111111.11111111.11111111.11110000
第二步：确定网络地址（按位与操作）
网络地址 = IP地址 & 子网掩码
= 11000000.10101000.00000010.00000000 = 192.168.2.0
第三步：确定广播地址（网络地址中主机位全置1）
广播地址 = 网络地址 | (~子网掩码)
= 11000000.10101000.00000010.00001111 = 192.168.2.15
第四步：确定可用主机范围
主机地址中主机部分为4位（2^4 - 2 = 14），所以可用地址范围是：
192.168.2.1 ~ 192.168.2.14
✅ 总结：
- 网络地址：
192.168.2.0 - 广播地址：
192.168.2.15 - 可用地址：
192.168.2.1 ~ 192.168.2.14
⚠️ 注意事项
- 子网掩码中连续的
1表示网络位，0表示主机位。 - 网络地址中主机位必须全为
0。 - 广播地址中主机位必须全为
1。 - 可用主机地址数量 =
2^n - 2，其中n是主机位数，减2是因为网络地址和广播地址不可用。
7. 小结
本文详细介绍了IP地址、网络地址、广播地址和子网掩码的基本概念，并通过具体示例演示了如何使用IP地址和子网掩码计算出网络地址和广播地址。
掌握这些概念和计算方法对于理解网络通信原理、排查网络问题、设计网络结构非常关键。尤其是在实际部署和运维过程中，合理使用子网划分可以有效节省IP资源，提高网络管理效率。