详解IP与子网掩码的关系

IP地址

IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”。

IP地址分类
二进制表示

地址类型

二进制地址范围

A类地址

00000000 00000000 00000000 00000001 - 01111111 11111111 11111111 11111111

B类地址

10000000 00000000 00000000 00000000 - 10111111 11111111 11111111 11111111

C类地址

11000000 00000000 00000000 00000000 - 11011111 11111111 11111111 11111111

D类地址

11100000 00000000 00000000 00000000 - 11101111 11111111 11111111 11111111

E类地址

11110000 00000000 00000000 00000000 - 11110111 11111111 11111111 11111111

十进制表示

地址类型

十进制地址范围

特征

A类地址

1.0.0.0 - 127.255.255.255

第1个8位中的第1位始终为0

B类地址

128.0.0.0 - 191.255.255.255

第1个8位中的第1、2位始终为10

C类地址

192.0.0.0 - 223.255.255.255

第1个8位中的第1、2、3位始终为110

D类地址

224.0.0.0 - 239.255.255.255

第1个8位中的第1、2、3、4位始终为1110

E类地址

240.0.0.0 - 247.255.255.255

第1个8位中的第1、2、3、4、5位始终为11110

特殊：

D类地址：用于组播

E类地址：用于科研保留

注意：

A类地址 从1.0.0.0 到126.255.255.255 ， 其中127.x.x.x段地址空间是被保留的回环地址

IP地址构成

IP地址 = 网络地址 + 主机地址

地址类型

网络地址

主机地址

A类地址

前8位

后24位

B类地址

前16位

后16位

C类地址

前24位

后8位

网络地址

网络地址（Network address）由ip和子网掩码按位与得出，只有网络地址相同的ip才在同一子网内

网络地址是子网中最小的地址

计算方式：网络地址 = IP & 子网掩码

主机地址

主机（IP）地址即该网段中 主机的地址编号

广播地址

广播地址（Broadcast Address）是专门用于同时向网络中所有工作站进行发送的一个地址

广播地址是该子网主机地址全1的地址，即子网中最大的地址

计算方式：广播地址 = (~子网掩码) | 网络地址

子网掩码

子网掩码 （Subnet mask）是一个32位的2进制数 ，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。

缩写

有时候我们会看到192.168.1.123/24这样的表示方法，其中/24就是子网掩码255.255.255.0的缩写

计算方式：二进制子网掩码中1的个数

默认子网掩码

网络类型

默认子网掩码

缩写

A类地址

255.0.0.0

/8

B类地址

255.255.0.0

/16

C类地址

255.255.255.0

/24

子网容量计算

子网数

根据子网掩码可划分的最大子网数

计算方式：子网数 = 2^(实际子网掩码缩写 - 相应网络类型默认子网掩码缩写)

最大主机数

计算方式：最大主机数 = 2^(主机地址的位数)

可用主机数

计算方式：可用主机数 = 最大主机数 - 2

因为一个子网中主机号全为0的是网络地址，全为1的是广播地址，所以要 -2

代码计算示例

下面代码采用C语言编写(c11)

#include<stdio.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

uchar bin1num(uchar num);

void main() {
	uchar IP[] = {192,168,1,53};	//IP地址
	uchar SubnetMask[] = {255,255,255,224};	//子网掩码

	//网络类型和默认子网掩码缩写
	uchar DefaultSubnetMaskAbbr;
	if(IP[0]<224) DefaultSubnetMaskAbbr = 24;	//C类地址
	if(IP[0]<192) DefaultSubnetMaskAbbr = 16;	//B类地址
	if(IP[0]<128) DefaultSubnetMaskAbbr = 8;	//A类地址
	//实际子网掩码缩写：二进制中1的个数
	uchar SubnetMaskAbbr = bin1num(SubnetMask[0])+bin1num(SubnetMask[1])+bin1num(SubnetMask[2])+bin1num(SubnetMask[3]);
	//网络地址：IP & 子网掩码
	uchar Network[] = {IP[0] & SubnetMask[0], IP[1] & SubnetMask[1], IP[2] & SubnetMask[2], IP[3] & SubnetMask[3]};
	//广播地址：(~子网掩码)|网络地址
	uchar Broadcast[] = {(~SubnetMask[0])|Network[0], (~SubnetMask[1])|Network[1], (~SubnetMask[2])|Network[2], (~SubnetMask[3])|Network[3]};
	//子网数：2^(实际子网掩码缩写-默认子网掩码缩写)
	uint SubnetNum = 1;
	for(int i=0; i<SubnetMaskAbbr-DefaultSubnetMaskAbbr; i++) {
		SubnetNum *=2;
	}
	//最大主机数：2^(32-子网掩码缩写)
	uint HostNum = 1;
	for(int i=0; i<32-SubnetMaskAbbr; i++) {
		HostNum *=2;
	}

	/*打印结果*/
	printf("ip地址：%d.%d.%d.%d\n", IP[0], IP[1], IP[2], IP[3]);
	printf("子网掩码：%d.%d.%d.%d\n", SubnetMask[0], SubnetMask[1], SubnetMask[2], SubnetMask[3]);
	if(DefaultSubnetMaskAbbr==8) printf("网络类型：A类\n");
	if(DefaultSubnetMaskAbbr==16) printf("网络类型：B类\n");
	if(DefaultSubnetMaskAbbr==24) printf("网络类型：C类\n");
	printf("子网掩码缩写：%d\n", SubnetMaskAbbr);
	printf("网络地址：%d.%d.%d.%d\n", Network[0], Network[1], Network[2], Network[3]);
	printf("广播地址：%d.%d.%d.%d\n", Broadcast[0], Broadcast[1], Broadcast[2], Broadcast[3]);
	printf("子网数：%d\n", SubnetNum);
	printf("最大主机数：%d\n", HostNum);
	printf("可用主机数：%d\n", HostNum-2);
}

//计算8位二进制数1的个数(1必须从第一位开始，每个1必须相邻)
uchar bin1num(uchar num) {
	uchar Divisor[] = {128,64,32,16,8,4,2,1};	//除数(8位)
	uchar Remainder = num;	 //余数
	uchar ret;	//结果
	for(ret=0; ret<10; ret++) {
		if(Remainder>0) Remainder = Remainder%Divisor[ret];
		else break;
	}
	return ret;
}