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一、背景介绍
IPv4 地址采用 32 位二进制结构，通过点分十进制表示，核心由网络部分与主机部分组成。早期分类编址（A/B/C 类）因固定前缀划分导致资源分配失衡（大网闲置、小网不足）和广播域过大等问题。子网划分技术通过子网掩码解构主机号，形成（网络部分-子网部分-主机部分）三层架构，实现三大价值：
精准分配：利用 VLSM 按需划分子网，提升地址利用率至接近 100%；
性能优化：缩小广播域，降低网络负载，典型场景广播包占比可降至 5% 以下；
精细管理：支持按业务 / 安全需求隔离子网，配合访问控制提升运维效率。该技术推动 IP 地址管理从粗放分配转向精细化运营，后续将深入解析计算实操与通信原理。
二、IPv4地址组成部分
2.1 网络部分
定义：
标识设备所在的逻辑网络（子网或网段），同一网络内的设备共享相同的网络部分。
作用：
路由器通过网络部分判断数据报应转发到哪个目标网络。
网络部分长度决定了网络规模（长度越长，网络数量越多，每个网络的主机数越少）。
分类编址下的默认划分（传统A/B/C类网络）：
A 类地址：前8位为网络部分（默认掩码255.0.0.0，即/8）。
B 类地址：前16位为网络部分（默认掩码255.255.0.0，即/16）。
C 类地址：前24位为网络部分（默认掩码255.255.255.0，即/24）。
无类编址（CIDR）：网络部分长度可自定义（如192.168.1.0/27表示前27位为网络部分）。
2.2 主机部分
定义：
标识网络内的具体设备（如主机、路由器接口等），同一网络内的主机部分必须唯一。
作用：
在局域网内，主机部分用于区分不同设备，确保数据准确到达目标主机。
限制：
主机部分全为0时，代表网络地址（如192.168.1.0/24是网络地址，不分配给主机）。
主机部分全为1时，代表广播地址（如192.168.1.255/24，用于向网络内所有主机发送广播包）。
可用主机数计算：
公式：2^n-2（n为主机部分位数，减2是排除网络地址和广播地址）。
例：主机部分8位时，可用主机数为2⁸-2=254。
2.3 网络掩码（子网掩码）
定义：
32位二进制数，用1标识地址中的网络部分，0标识主机部分，格式与IPv4地址一致（点分十进制）。
作用：
明确划分IP地址的网络部分和主机部分，是子网划分的核心依据。
设备通过掩码与 IP 地址进行按位与运算，得到目标网络地址（如 IP地址 AND 掩码 = 网络地址）。
表示方法：
点分十进制：如255.255.255.0（对应C类默认掩码，前24位为1，后8位为0）。
CIDR 前缀：如/24（表示前 24 位为网络部分，等价于255.255.255.0）。
2.4 地址换算示例
以192.168.1.100/24为例：
二进制表示：11000000.10101000.00000001.01100100（前24位为网络部分，后8位为主机部分）。
网络掩码：255.255.255.0（或/24）。
网络部分：192.168.1（前24位，标识该设备属于192.168.1.0/24网络）。
主机部分：100（后8位，二进制01100100，标识该网络内的地址为100的主机）。
三、IPv4地址分类
A类地址
地址范围：1.0.0.0 ~ 126.255.255.255（十进制）。
私有地址段：10.0.0.0/8（10.0.0.0 ~ 10.255.255.255），用于内部网络。
B类地址
地址范围：128.0.0.0 ~ 191.255.255.255。
私有地址段：172.16.0.0/12（172.16.0.0 ~ 172.31.255.255）。
C类地址
地址范围：192.0.0.0 ~ 223.255.255.255。
私有地址段：192.168.0.0/16（192.168.0.0 ~ 192.168.255.255）。
D类地址（用于组播）
地址范围：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255。
E类地址（保留为实验或科研用途）
地址范围：240.0.0.0 ~ 255.255.255.255（其中 255.255.255.255 为受限广播地址）。
四、换算示例一（192.168.1.0/24）
明确子网掩码与地址结构
前缀 /24：表示子网掩码的前24位为网络部分，后8位为主机部分。
子网掩码二进制：11111111 11111111 11111111 00000000（点分十进制：255.255.255.0）。
IP地址二进制：192.168.1.0 转换为二进制为：
11000000 10101000 00000001 00000000 （前24位：网络部分，后8位：主机部分）二进制转十进制方法
0 0 0 0 0 0 0 0 （这个8位二进制对应的十进制数值，每8位都可以对应，如二进制0变为1则选择下方的十进制数值）
128 64 32 16 8 4 2 1
0 0 0 0 0 0 0 0 （如二进制00000000转换十进制为0）
128 64 32 16 8 4 2 1
0 0 1 0 1 0 0 0 （如二进制00101000转换十进制为40）
128 64 32 16 8 4 2 1计算网络地址
规则：网络地址是将IP地址的主机部分全部置为0（即IP地址与子网掩码按位与运算）。
二进制计算：
IP地址： 11000000 10101000 00000001 00000000
子网掩码： 11111111 11111111 11111111 00000000
按位与结果：11000000 10101000 00000001 00000000 （主机部分全0）
十进制结果：192.168.1.0（与原地址相同，因为原地址已是网络地址）。计算广播地址
规则：广播地址是将IP地址的主机部分全部置为 1（网络部分不变，主机部分全 1）。
二进制计算：
网络部分： 11000000 10101000 00000001 （前24位）
主机部分全1：11111111 （后8位）
组合后： 11000000 10101000 00000001 11111111
十进制结果： 192.168.1.255计算 IP 地址总数
主机部分位数：8位（由/24可知，32-24=8）。
总地址数：2^8 = 256 个（包括网络地址和广播地址）。
计算可用IP地址数量
排除特殊地址：网络地址（全0）和广播地址（全1）不可分配给主机。
可用IP数：256-2=254 个。
确定可用IP地址范围
第一个可用IP：网络地址的主机部分加 1（即 192.168.1.0 + 1 = 192.168.1.1）。
最后一个可用IP：广播地址的主机部分减 1（即 192.168.1.255 - 1 = 192.168.1.254）。
范围：192.168.1.1 ~ 192.168.1.254。
五、换算示例二（192.168.1.50/26）
明确子网掩码与地址结构
前缀 /26：表示子网掩码的前26位为网络部分，后6位为主机部分。
子网掩码二进制：11111111 11111111 11111111 11000000，点分十进制表示为 255.255.255.192。
IP 地址 192.168.1.50 二进制：
11000000 10101000 00000001 00110010二进制转十进制方法
0 0 0 0 0 0 0 0 （这个8位二进制对应的十进制数值，每8位都可以对应，如二进制0变为1则选择下方的十进制数值）
128 64 32 16 8 4 2 1
0 0 0 0 0 0 0 0 （如二进制00000000转换十进制为0）
128 64 32 16 8 4 2 1
1 1 0 0 0 0 0 0 （如二进制00101000转换十进制为192）
128 64 32 16 8 4 2 1计算网络地址
规则：将 IP 地址的主机部分全部置为 0（即 IP 地址与子网掩码按位与运算）。
二进制计算：
IP 地址： 11000000 10101000 00000001 00110010
子网掩码： 11111111 11111111 11111111 11000000
按位与结果：11000000 10101000 00000001 00000000
十进制结果：192.168.1.0计算广播地址
规则：将IP地址的主机部分全部置为1（网络部分不变，主机部分全 1）。
二进制计算：
网络部分： 11000000 10101000 00000001 00 （前26位）
主机部分全 1： 111111 （后6位）
组合后： 11000000 10101000 00000001 00111111
十进制结果： 192.168.1.63计算 IP 地址总数
主机部分位数：6位（由 /26 可知，32-26 = 6）。
总地址数：2^6=64个（包括网络地址和广播地址）。
计算可用IP地址数量
排除特殊地址：网络地址（全 0）和广播地址（全 1）不可分配给主机。
可用 IP 数：64-2=62 个。
确定可用IP地址范围
第一个可用IP：网络地址的主机部分加1（即 192.168.1.0+1 = 192.168.1.1）。
最后一个可用IP：广播地址的主机部分减1（即 192.168.1.63-1 = 192.168.1.62）。
范围：192.168.1.1 ~ 192.168.1.62
六、换算示例三（172.16.1.20/22）
明确子网掩码与地址结构
前缀 /22：表示子网掩码的前22位为网络部分，后10位为主机部分。
子网掩码二进制：11111111 11111111 11111100 00000000，点分十进制表示为 255.255.252.0。
IP 地址 172.16.1.20 二进制：
10101100 00010000 00000001 00010100二进制转十进制方法
0 0 0 0 0 0 0 0 （这个8位二进制对应的十进制数值，每8位都可以对应，如二进制0变为1则选择下方的十进制数值）
128 64 32 16 8 4 2 1
0 0 0 0 0 0 0 0 （如二进制00000000转换十进制为0）
128 64 32 16 8 4 2 1
1 1 1 1 1 1 0 0 （如二进制00101000转换十进制为252）
128 64 32 16 8 4 2 1计算网络地址
规则：将IP地址的主机部分全部置为0（即IP地址与子网掩码按位与运算）。
二进制计算：
IP 地址： 10101100 00010000 00000001 00010100
子网掩码： 11111111 11111111 11111100 00000000
按位与结果： 10101100 00010000 00000000 00000000
十进制结果： 172.16.0.0计算广播地址
规则：将 IP 地址的主机部分全部置为1（网络部分不变，主机部分全1）。
二进制计算：
网络部分： 10101100 00010000 000000 （前22位）
主机部分全 1：11 11111111 （后10位）
组合后： 10101100 00010000 00000011 11111111
十进制结果： 172.16.3.255计算IP地址总数
主机部分位数：10位（由 /22 可知，32-22=10）。
总地址数：2^10=1024 个（包括网络地址和广播地址）。
计算可用IP地址数量
排除特殊地址：网络地址（全 0）和广播地址（全 1）不可分配给主机。
可用IP数：1024-2=1022 个。
确定可用IP地址范围
第一个可用IP：网络地址的主机部分加1（即 172.16.0.0+1 = 172.16.0.1）。
最后一个可用IP：广播地址的主机部分减1（即 172.16.3.255-1 = 172.16.3.254）。
范围：172.16.0.1 ~ 172.16.3.254