IP地址\子网掩码和特例探讨
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摘要：介绍ip地址和子网掩码的快速计算方法。并探讨在类似C类地址252掩码下，首尾IP地址是否可用的原因。
Abstract: The rapid calculation method of IP address and net mask is introduced. The paper also discusses if the head and end IP address is available in a similar class C address mask 252.
关键词：IP地址；子网掩码；计算；特例
Key words: IP address；net mask；calculation；special case
中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）33-0164-01
1老话重提
IP地址由32位组成（而MAC地址48位、12个16进制），分别描述网路地址和主机地址。这32位又分成4个8bit组。例如IP地址192. 20. 30. 1可以用8bit组分解。
IP地址的种类是按照IP地址中第一个8bit组的前三位的值来判断的。
2子网掩码
网络掩码的作用：掩码由32位二进制组成，它的作用在于区分IP地址中的网络部分地址和主机部分地址。由掩码指定的网络部分是不能改变的，而主机部分是可以随意处理，这些位还可以用来划分子网。
通过IP地址和掩码，就可以获得网络地址。
掩码可以用一种斜杠格式表示。
有类路由的概念：在跨多个主网络通信时不携带子网掩码的信息，并假定对于同一主网络，使用的子网掩码都是一样的。例如，主网络地址10.0.0.0，默认子网掩码是255.0.0.0。
无类路由是在通信时，必须携带子网掩码信息。
3通用的网络（子网）地址计算
网络地址的运算是通过“逻辑与”（AND）的过程。
例如，IP地址：192.20.30.41，掩码：255.255.255.252。
标识子网的位组合公式：2n-2（其中是n用于标识子网的位数）。
全0和全1的组合，对于一些网络设备可能会出现一些问题，所以减2。标识主机的位组合公式：2n-2 （其中是n用于标识主机的位数）。
主机位全0时，此时IP地址相当于只是标识了一个网络地址；主机位全1时，此时IP地址相当于一个广播地址地址，所以减2。
例如：假设一家公司被分配了一个C类地址192.20.30.0/24，而此公司有7个部门，每个部门最多11个主机。注意192.20.30.0的前24位是不能改变的，只能对最后一个8bit组进行子网划分。
如果网络位取4位，则网路地址数量为：24-2＝14，主机地址数量为：24-2＝14。
这样的子网划分能满足该公司的组网要求，所以，该公司内部的子网掩码应设为/28，即255.255.255.240。
4网络地址另类算法
对于一个C类地址，只能对其最后一个8bit组进行子网划分，我们来看看对这8bit组中每一位进行掩码的情况：
1位掩码，能提供的网络地址数量为：21-2＝0，无效。
7位掩码，能提供的主机地址数量为：21-2＝0，无效。
8位掩码同样无效，而实际此掩码是广播地址。
2位掩码（255.255.255.192），能提供的网络地址数量为：22-2＝2。
注意：网络地址是最小网络地址64的倍数。
3位掩码（255.255.255.224），能提供的网络地址数量为：23-2＝6。
注意：网络地址是最小网络地址32的倍数。
同理：
4位掩码（255.255.255.240），能提供的网络地址数量为：24-2＝14。
网络地址是最小网络地址16的倍数。
5位掩码（255.255.255.248），能提供的网络地址数量为：25-2＝30。
网络地址是最小网络地址8的倍数。
6位掩码（255.255.255.252），能提供的网络地址数量为：25-2=62。
网络地址是最小网络地址4的倍数。
结论：网络地址是最小网络位的倍数。
例如：
192.16.12.52/28，使用4位掩码，所有网络地址都是16的倍数，比52小的16的倍数中最大的数是48，所以，网络地址位192.16.12.48。
192.30.20.17/30，使用6位掩码，所有网络地址都是4的倍数，比17小的4的倍数中最大的数是16，所以，网络地址位192.16.12.16。另外，下一个网络地址是192.16.12.20，那么子网192.16.12.16的广播地址为192.16.12.19。
这两个例子和用逻辑与（AND）的计算结果一致。
这种网路地址倍增关系同样适合B类地址，只是计算较为复杂，还不如用逻辑与的方法计算来得快。
5特例探讨
来看一个C类地址：211.145.117.1/30（255.255.255.252），按照前面的分析，我们可以很快得出211.145.117.1/30的网络地址为211.145.117.0。同样211.145.117.2/30、211.145.117.3/30的网络地址也为211.145.117.0，211.145.117.4/30本身就是网络地址。
而211.145.117.x/24的网络地址也为211.145.117.0。
这样，211.145.117.1/30、211.145.117.2/30、211.145.117.3/30与211.145.117.x/24具有相同的子网地址，使得子网地址的划分具有二义性。
同样，211.145.117.1～8/29（255.255.255.248）面临同样的问题。依此类推，211.145.117.1～16/28（255.255.255.240）等等。
同样，211.145.117.253/30、211.145.117.252/30遇到同样的麻烦，而211.145.117.251/30本身就是广播地址。
另外211.145.117.254～247/29、211.145.117.254～239/28，依此类推，都有同样的问题。
上述这种IP地址配置的限制，在Cisco路由器约v12.5之前和Radvision MCU的配置中，都对这种配置加以拒绝。
但在Cisco路由器约v12.5之后，未对地址配置进行限制。可能是考虑让IP地址配置灵活度大一些，特别是像/30的掩码，只有两个可用的IP地址，这种连接主要用于串行连接网，如两个路由器用串口直接连接，不会影响到网络中的其它部分。
参考文献：
[1]新编电信小百科[Z].