31-IP、子网、子网掩码、网关、默认网关
IP
IP 地址（Internet Protocol Address）是互联网上用于唯一标识和定位计算机设备的数字地址。它是在 TCP/IP 协议中使用的一种地址，用于在网络上标识设备和进行数据传输。
IP 地址是由 32 位（IPv4）或 128 位（IPv6）的二进制数字组成，通常以点分十进制的形式表示。IPv4 地址通常以四个十进制数表示，每个数的取值范围是0到255，例如：192.0.2.1。IPv6 地址则采用更长的表示方式，通常以 8 组四位十六进制数表示，例如：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。
在 IPv4 地址中，通常将地址划分为网络部分和主机部分，划分的位置取决于地址所属的网络类别。IPv4 地址的网络部分和主机部分之间是通过子网掩码来确定的。
IP 地址 = 网络地址 + 主机地址（又称：网络号和主机号），我们把网络号相同的主机称之为本地网络中的主机，网络号不相同的主机称之为远程网络中的主机。
本地网络中的主机可以直接相互通信，远程网络中的主机要相互通信必须通过本地网关（Gateway）来传递转发数据。
IP 地址主要有 A、B、C、D、E 五类地址：
- A类：第一个字节（即第一个句点之前的部分）用来表示网络，后三个字节用来表示主机。网络地址的最高位必须是“0”。 地址范围是 1.0.0.0 到 127.255.255.255，共 126=2^7 个网络，每个网络中的主机数：2^24-2=16777214，默认子网掩码为 255.0.0.0，也可写作/8。 主要分配给大量主机而局域网网络数量较少的大型网络；
- B类：前两个字节（即前两个句点之间的部分）用来表示网络。后两个字节用来表示主机。网络地址的最高位必须是“10”。 地址范围是 128.0.0.0 到 191.255.255.255，共 2^14=16384 个网络，每个网络中的主机数：2^16-2=65534，默认子网掩码为 255.255.0.0，也可写作/16。 一般用于国际性大公司和政府机构；
- C类：前三个字节（即前三个句点之间的部分）用来表示网络，后一个字节用来表示主机。网络地址的最高位必须是“110”。地址范围是 192.0.0.0 到 223.255.255.255，共 2^21=2097152 个网络，每个网络中的主机数：2^8-2=254， 默认子网掩码为 255.255.255.0，也可写作/24。用于一般小公司校园网研究机构等；
- D类：第一个字节由“1110”开始。地址范围是 224.0.0.0 到 239.255.255.255，又称做广播地址，因此任何第一个字节大于 223 小于 240 的IP地址是多点播送地址。无子网掩码。
- E类：由“11110”开始，地址范围是 240.0.0.0 到 255.255.255.255，暂时保留。
注：
只有 A,B,C 有网络号和主机号之分，D 类地址和 E 类地址没有划分网络号和主机号。A 类地址第一组数字为 1~126，数字 0 和 127 不作为 A 类地址。
私有地址：不直接用于互联网，通常在局域网中使用。
- A类私有地址：10.0.0.0/8，范围是：10.0.0.0~10.255.255.255。保留了 1 个 A 类网络。
- B类私有地址：172.16.0.0/12，范围是：172.16.0.0~172.31.255.255。保留了 16 个 B 类网络。
- C类私有地址：192.168.0.0/16，范围是：192.168.0.0~192.168.255.255。保留了 256 个 C 类网络。
主机位全0，表示本网络的网络地址，主机位全1，表示本网络的广播地址。
一些特殊地址：
- 0.0.0.0：不是一个真正意义上的IP地址。它表示所有不清楚的主机和目的网络（代表任意地址）。如果计算机的IP地址和网络中的其他计算机地址冲突，使用ipconfig命令看到的就是0.0.0.0，子网掩码也是0.0.0.0。
- 255.255.255.255：广播地址。对本机来说，这个地址指本网段内(同一广播域)的所有主机。
- 127.0.0.1～127.255.255.254：本机回环地址，主要用于测试。用的最多的是127.0.0.1。在传输介质上永远不应该出现目的地址为 127.0.0.1 的数据包。
- 主机ID全为0的地址：特指某个网段，比如：192.168.10.0 255.255.255.0，指192.168.10.0网段。
- 主机ID全为1的地址：特指该网段的全部主机，比如：192.168.10.255，如果你的计算机发送数据包使用主机ID全是1的IP地址，数据链层地址用广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF。
- 169.254.0.0：169.254.0.0-169.254.255.255实际上是自动私有IP地址。
网络地址
计算网络地址就是判断网络中的计算机在不在同一网络，在就能通，不在就不能通，需要借助本地网关的帮助。
将IP地址和子网掩码全部转换为二进制形式，然后二者逐位相与的结果就是网络地址。
1 | |
网络地址计算小技巧： IP地址和子网掩码做与运算，把IP地址的主机位直接归0，就快速得到网络地址。所以只要一看到IP地址和子网掩码，就能马上确认网络地址。
主机地址
IP与 子网掩码的非 的结果相与就是主机地址。
1 | |
子网
子网划分简单来说就是将一个大网（主机数多，主机id多）分割成多个小网。做法是把一个两级IP地址划变为三级地址，从原来的主机号中借用若干位作为子网ID，划分成 2^n 个子网。
为什么要划分子网？
在 A 类 IP 地址中，每个 A 类网络可能有 16777214 台主机，它们处于同一广播域。在同一广播域中有这么多主机是不可能的，网络会因为广播通信而饱和。另一方面，IP 地址资源越来越少。为实现更小的广播域，就需要进一步分成更小的网络。划分子网后，通过使用掩码，把子网隐藏起来，使得从外部看网络没有变化，这就是子网掩码。
子网划分是为了更有效地管理网络资源和提高网络性能而进行的。
减少广播域的大小：在一个大的网络中，广播会消耗大量的带宽和资源。通过将网络划分成多个子网，可以减少广播域的大小，限制广播消息只在子网内传播，从而减少了网络中的广播量，提高了网络的性能。
提高网络安全性：通过子网划分，可以在网络中实施更细粒度的访问控制策略。不同的子网可以设置不同的访问规则和安全策略，从而提高网络的安全性。此外，子网划分还可以减少潜在的网络攻击面，使得网络更加安全。
简化网络管理：将网络划分成多个子网后，可以更轻松地管理网络资源和设备。每个子网可以由不同的管理员负责管理，这样可以更有效地分配管理任务，简化网络管理流程。
提高网络性能：子网划分可以减少数据包在网络中传输的距离，从而减少了数据包的传输时延和丢包率，提高了网络的性能。此外，子网划分还可以使网络中的流量更加均衡，避免了网络拥塞和性能瓶颈。
IPv4 子网划分与聚合
为了解决 IPv4 的不足，提高网络划分的灵活性，诞生了两种非常重要的技术，那就是 VLSM（可变长子网掩码）和 CIDR（无类别域间路由），把传统标准的 IPv4 有类网络演变成一个更为高效，更为实用的无类网络。
VLSM 用于 IPv4 子网的划分，也就是把一个大的网络划分成多个小的子网；而 CIDR 则用于 IPv4 子网的聚合，当然主要是指路由方面的聚合，也就是路由汇总。通过 CIDR 可以把多个小的子网路由条目汇总成一个大网络的路由条目，以减少路由器中路由条目的数量，提高路由效率。
子网掩码
如果只有一个 IP 地址，我们根本不知道它的网络号是什么，同一个 IP 地址都有可能表示的是不同的网络。这时，就需要子网掩码了。
子网掩码就是划分子网的一个标志，通过子网掩码可以判断是否是在同一个网络里面。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。
子网掩码（Subnet Mask）是一个32位的二进制数字，用于将IP地址划分为网络部分和主机部分，并确定数据包在网络中的路由。它在网络内部使用，用于指示哪些位表示网络地址，哪些位表示主机地址。
子网掩码的表示方法
点分十进制表示法
二进制转换十进制，每8位用点号隔开。
例如：子网掩码二进制
11111111.11111111.11111111.00000000，表示为255.255.255.0左边连续的1的个数代表网络号的长度，（使用时必须是连续的，理论上也可以不连续），右边连续的0的个数代表主机号的长度。
CIDR 斜线记法
CIDR 表示法通过使用单个数字来表示子网掩码，以更紧凑的方式表示子网。形式：
IP地址/n。斜杠(“/“)和数字来指示子网。斜杠后面的数字表示地址的网络部分保留的位数。例1：192.168.1.100/24，其子网掩码表示为255.255.255.0，二进制表示为 11111111.11111111.11111111.00000000
例2：172.16.198.12/20，其子网掩码表示为255.255.240.0，二进制表示为 11111111.11111111.11110000.00000000
不难发现，例1中共有24个１，例2中共有20个１，所以 n 是这么来的。运营商 ISP 常用这样的方法给客户分配IP地址。
注：n 为 1 到 32 的数字，表示子网掩码中网络号的长度，通过 n 的个数确定子网的主机数=2(32-n)-2（-2的原因：主机位全为0时表示本网络的网络地址，主机位全为1时表示本网络的广播地址，这是两个特殊地址）。
为什么要使用子网掩码？
子网掩码可以分离出IP地址中的网络地址和主机地址。如果两台主机要通信，首先要判断是否处于同一网段，即网络地址是否相同。如果相同，那么可以把数据包直接发送到目标主机，否则就需要路由网关将数据包转发送到目的地。
可以这么简单的理解：A 主机要与 B 主机通信，A 和 B 各自的 IP 地址与 A 主机的子网掩码进行按位 and 运算（与运算，符号表示为 &），看得出的结果：
- 结果如果相同，则说明这两台主机是处于同一个网段，这样 A 可以通过 ARP 广播发现 B 的 MAC 地址，B 也可以发现 A 的 MAC 地址来实现正常通信。
- 如果结果不同，ARP 广播会在本地网关终结，这时候 A 会把发给 B 的数据包先发给本地网关，网关再根据 B 主机的 IP 地址来查询路由表，再将数据包继续传递转发，最终送达到目的地B。
子网掩码的分类
缺省子网掩码。也叫默认子网掩码，即未划分子网，对应的网络号的位都置 1 ，主机号都置 0 。
未做子网划分的IP地址：网络号＋主机号，则：
- A 类网络缺省子网掩码：255.0.0.0， 用 CIDR 表示为/8
- B 类网络缺省子网掩码：255.255.0.0， 用 CIDR 表示为/16
- C 类网络缺省子网掩码：255.255.255.0，用 CIDR 表示为/24
自定义子网掩码。将一个网络划分子网后，把原本的主机号位置的一部分给了子网号，余下的才是给了子网的主机号。其形式如下：
做子网划分后的 IP 地址：
网络号＋子网号＋子网主机号，举个例子：- 192.168.1.100/25，其子网掩码表示：255.255.255.128，意思就是将 192.168.1.0 这个网段的主机位的最高1位划分为了子网。
网关
计算机的网关（Gateway）就是到其他网段的出口，也就是路由器接口 IP 地址。路由器接口使用的IP地址可以是本网段中任何一个地址，不过通常使用该网段的第一个可用的地址或最后一个可用的地址，这是为了尽可能避免和本网段中的主机地址冲突。
在如下拓扑图示例中，A 与 B，C 与 D，都可以直接相互通信（都是属于各自同一网段，不用经过路由器），但是 A 与 C，A 与 D，B 与 C，B 与 D 它们之间不属于同一网段，所以它们通信是要经过本地网关，然后路由器根据对方IP地址，在路由表中查找恰好有匹配到对方IP地址的直连路由，于是从另一边网关接口转发出去实现互连。
默认网关
默认网关地址是主机位除了最后一位全置1后得到的。
假设现有一个IP地址为 193.6.7.0/24，根据网络前缀 24 可知前 24 位为网络位，后 8 位为主机位，因此该网络的默认网关地址就是IP地址 193.6.7.11111110（加粗的部分为网络位），换算成十进制数即 193.6.7.254/24。
一台主机可以有多个网关。默认网关的意思是一台主机如果找不到可用的网关，就把数据包发给默认指定的网关，由这个网关来处理数据包。现在主机使用的网关，一般指的是默认网关。一台电脑的默认网关是不可以随随便便指定的，必须正确地指定，否则一台电脑就会将数据包发给不是网关的主机，从而无法与其他网络的主机通信。默认网关的设定有手动设置和自动设置两种方式。
（1）手动设置
手动设置适用于电脑数量比较少、TCP/IP 参数基本不变的情况，比如只有几台到十几台电脑。因为这种方法需要在联入网络的每台电脑上设置“默认网关”，非常费劲，一旦因为迁移等原因导致必须修改默认网关的 IP 地址，就会给网管带来很大的麻烦，所以不推荐使用。在 Windows 9x 中，设置默认网关的方法是在“网上邻居”上右击，在弹出的菜单中点击“属性”，在网络属性对话框中选择“TCP/IP协议”，点击“属性”，在“默认网关”选项卡中填写新的默认网关的 IP 地址就可以了。
需要特别注意的是：默认网关必须是电脑自己所在的网段中的 IP 地址，而不能填写其他网段中的 IP 地址。
（2）自动设置
自动设置就是利用 DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol, 动态主机配置协议）服务器来自动给网络中的电脑分配 IP 地址、子网掩码和默认网关 。这样做的好处是一旦网络的默认网关发生了变化时，只要更改了 DHCP 服务器中默认网关的设置，那么网络中所有的电脑均获得了新的默认网关的 IP 地址。这种方法适用于网络规模较大、TCP/IP 参数有可能变动的网络。另外一种自动获得网关的办法是通过安装代理服务器软件（如MS Proxy）的客户端程序来自动获得，其原理和方法和 DHCP 有相似之处。由于篇幅所限，就不再详述了。