网络划分之IP地址计算器

背景

我们工作中，会经常遇到网络规划的场景，那对于工程师来说避免不了的就是网络划分，之前我们可通过网络地址的构成原理手动计算，但这样效率可能有点低，现在已经流行很多在线网络计算工具，工程师科借助此，来辅助网络规划工作，提升效率，本文，列出了几个网络划分工具的路径，以供相关参考！

另外，让我们回顾下相关网络知识：

1）IP地址的结构

IP地址=网络地址+主机地址 或者 IP地址=网络地址+子网地址+主机地址，其中，有2个概念：

网络位（网络地址）：用于计算机/网络协议识别主机所在的网络身份；

主机位（主机地址）：用于识别该网络中的主机身份。

2）IP地址类别： IP地址可分为以下五类：

其中：A类：用于政府机构；B类分配给中等规模的公司；C类则可分配给任何需要的人；D类用于组播；E类用于实验。127.X.X.X是保留地址，用做循环测试用，不能通讯。如上图所示，当将IP地址写成二进制形式时，A类地址的第一位总是0，B类地址的前两位总是10，C类地址的前三位总是110。

A类地址的IP范围：1.0.0.0-126.255.255.255；
本地测试IP范围：127.0.0.0-127.255.255.255；
B类地址IP范围：128.0.0.0–191.255.255.255
C类地址IP范围：192.0.0.0–223.255.255.255
D类地址IP范围：224.0.0.0——239.255.255.255
E类地址IP范围：240.0.0.0——255.255.255.255

私网地址：

3）IPv6地址：

IPv4最大的问题在于网络地址资源有限，基于此，发展了互联网协议第6版，即Pv6。后者解决了网络地址资源数量不够用的问题，大大降低了多种接入设备连入互联网的障碍。IPv6的地址长度为128b，16字节，是IPv4地址长度的4倍。区别与IPv4的十进制格式，它采用十六进制表示。IPv6有3种表示方法：

①冒分十六进制表示法

格式为X:X:X:X:X:X:X:X，其中每个X表示地址中的16位，以十六进制表示，格式类似如下：
　　ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789
　　
②0位压缩表示法

某些情况下，一个IPv6地址中问可能包含很长的一段0，可以把连续的一段0压缩为“::”。但为保证地址解析的唯一性，地址中”::”只能出现一次，例如：
　　FF01:0:0:0:0:0:0:1101 → FF01::1101
　　0:0:0:0:0:0:0:1 → ::1
　　0:0:0:0:0:0:0:0 → ::
　　
③内嵌ipv4表示法

通过 IPv4 映射对应的 IPv6 地址，实现IPv4-IPv6互通，IPv4地址会嵌入IPv6地址中，它允许 IPv6 应用程序直接与 IPv4 应用程序通信。我们在IPv4过渡IPv6阶段，会常用到这种格式，常表示为：X:X:X:X:X:X:d.d.d.d，其中，d.d.d.d为对应的IPv4地址，格式类似如下，

0:0:0:0:0:ffff:192.1.56.10 和 ::ffff:192.1.56.10/96（短格式）。

关于进制如何转化为16进制?这里用一个网络示例来介绍，方法是将IPv4的各十进制数除以16，反向取余数，除到不能除为止。如将135.75.43.52 ，化成16进制,其中16进制的10、11、12、13、14、15分别用A、B、C、D、E、F来表示；：

如上图示，十进制的IP135.75.43.52 最终得出的是十六进制87.4B.2B.34，而87.4B.2B.34这串地址还是8位，将前96位补零，如下：
0000:0000:0000:0000:0000:0000:874B:2B34或者::874B:2B34。

4）子网掩码(subnet mask)作用

子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。作用如下：

①将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分，可判断两台设备是否属于同一网段；

②用于将一个大的IP网络划分为若干小的子网络，减少IP浪费。

如果两台计算机各自的IP地址与子网掩码进行与运算（按位与：全1则得1，不全1则得0）后，若得出的结果是相同的，则可说明这两台计算机是处于同一个子网络上的，可以进行直接的通讯。

1、网络划分工具

IP地址计算器：点击进入

子网掩码换算点击进入

2、Linux系统命令划分网络

对于网络划分，linux下有一个Ip计算器工具，就是命令：Ipcalc。用法如下：

Ipcalc命令用于计算ip地址的网络地址，广播地址和子网掩码。如果没有该命令，安装 ipcalc；

sudo apt install ipcalc #Ubuntu
#yum install inits #RHEL/CentOS
#dnf install inits #Fedora

语法：Ipcalc [-bnmnps] <ip地址> [子网掩码]

选项：

-b 或broadcast ：显示给定的IP地址和网络掩码计算出的广播地址，抑制二进制输出
-4：ipv4；
-6：ipv6；
-c 或–check：检测ip地址
-h 或 hostname ：显示给定IP地址所对应的主机名；
-m 或 netmask ：由给定的IP地址计算器网络掩码；其中网络掩码“位格式”也被称为CIDR格式（CIDR=无类别域间路由选择）。
-n 或 network ：给定的IP地址和网络掩码计算网络地址；
-p 或 prefix ：显示指定子网掩码/ip的网络前缀。
-s 或–slient：安静模式，不显示指定错误信息。
–help：显示帮助信息。

示例：

1）计算网络地址：#ipcalc -n 192.168.1.2/24 //显示该ip地址所属网段，输出如下：

NETWORK=192.168.1.0

或者执行：# ipcalc -n 192.168.1.2 255.255.255.0 //输出如下：
NETWORK=192.168.1.0

2）计算广播地址：# ipcalc -b 192.168.1.2/24 //示该ip地址所属网段的广播地址，输出如下：

BROADCAST=192.168.1.255

3）计算子网掩码：# ipcalc -4 -m 192.168.1.2 //示该ip地址IPV4网段的网络掩码，输出如下：

NETMASK=255.255.255.0

4）计算网段的掩码前缀：#ipcalc -p 192.168.1.2 255.255.255.0
PREFIX=24

5）显示局域网内IP地址对应的主机名：# ipcalc -h 127.0.0.1
HOSTNAME=localhost

6）综合显示网络信息：# ipcalc -pnbm 192.168.1.2 255.255.255.0
NETMASK=255.255.255.0
PREFIX=24
BROADCAST=192.168.1.255
NETWORK=192.168.1.0

3、网络知识点：

IP组播地址范围：所有的多播地址可以很容易被认出，因为同位模式“1110”开始。

224.0.0.0 - 224.0.0.255知名多播地址，控制通道

224.0.1.0 - 238.255.255.255全球范围的（互联网宽）组播地址

239.0.0.0 - 239.255.255.255本地多播地址

4、手动子网划分

将标准的网络划分子网后，默认的子网（<网络标识>,<主机标识>）将转化为3级结构（<网络标识>,<子网标识>,<主机标识>），即实际划分只是将二级结构的IP地址的主机位部分进行了二次划分，即我能常说的主机位借位，而不改变网络位；其实，也可以向网络位借位（子网聚合）。

4.1、网络划分示例1：将192.168.0.0/24此网络划分为4个子网

1）当前为C为地址，划分为4个子网，借助公式：4=2²，即我能需要向主机位借2位进行子网划分：(如划分成8个子网则需要借用三位 (8 = 2³) ，将24位C子网掩码转成二进制：
255.255.255.0 （10进制）转化后如下：
<1111 1111.1111 1111.1111 1111>.<0000 0000> （16进制） //借主机位2位后，将借用的子网标识全部换成1，如下
<1111 1111.1111 1111.1111 1111>.<11><00 0000> //子网掩码255.255.255.192

这样，网掩码就从原来默认的没有划分子网时的255.255.255.0变成了255.255.255.192

2）借用了原先的8位主机标识的2位后主机标识剩下6位，那这6位就可以确定这要划分的子网中的主机数量为：

每个子网可以拥有的最大主机数量为2^6 -2=62个，因主机标识为全0的，即第一个地址是用于标识该子网网段，而最后一个地址全1是用做该网段的广播地址，这两个地址不能用于主机。

如果按主机数量来划分子网，也可以通过此公式来倒推：每个楼层需要58个工位，那么就需要2^n>=58，然后向前取整，2的5次方等于32，则取6次方等于64，大于58，满足子网划分要求，反推n（主机位）=6，则需要向主机位借位8-n=8-6=2，即需要将原主机位借位2个主机位，来进行子网划分。我们回到上述的示例，划分4个子网后，各子网如下：

第一个网段为1100 0000.1010 1000.0000 0000.0000 0000(主机标识全为0) >> 192.168.0.0
第二个网段为1100 0000.1010 1000.0000 0000.0100 0000(子网网段不同) >> 192.168.0.64
第三个网段为1100 0000.1010 1000.0000 0000.1000 0000(子网网段不同) >> 192.168.0.128
弟四个网段为1100 0000.1010 1000.0000 0000.1100 0000(子网网段不同) >> 192.168.0.192

3）根据上面的4个子网段，就可确定每个网段可以分配给主机使用的IP范围了，可分配范围从每个网段的网络号+1开始之后的62个ip（因主机容量为62），如下所示：

第一个网段的可分配范围为：192.168.0.1–192.168.0.62
第二个网段的可分配范围为：192.168.0.65–192.168.0.126
第三个网段的可分配范围为：192.168.0.129–192.168.0.190
第四个网段的可分配范围为：192.168.0.193–192.168.0.254

4）那么各子网对应的广播地址，就是将剩下的各子网主机号设置为全1的ip地址，如下所示：

第一个网段的广播地址为：192.168.0.63
第二个网段的广播地址为：192.168.0.127
第三个网段的广播地址为：192.168.0.191
第四个网段的广播地址为：192.168.0.255

最终结果如下：

4.2、网络划分示例2：

某单位划分一个C类IP地址：201.222.5.0，子网掩码24，需要划分为6个子网，每个子网需要容纳20台主机，

1）根据需求子网数量为6，则计算向主机借位数为：

2）确定新的子网掩码：

3）验证子网数是否满足主机容量需求：

4）子网划分：为5个子网分配网络号，如下

5）确定主机地址

第一个子网：001，即<1111 1111.1111 1111.1111 1111>.<001><0 0000> //主机容量32，向后推32个地址得出2^5=32,即从第6到第2位是1，最后一位是0，即<001><1 1110> ：

第一个子网：201.222.65.0/27 则：依次类推：

第一个子网：201.222.65.32/27 //下一个网络位为：0+32=32

第三个子网：201.222.65.64/27 //网络位=24+3，去除网络位和广播位后，有30个有效地址，地址范围如下：

第四个子网：201.222.65.96/27 //96=64+32,则下一个网络位为：96+32=128

第五个子网：201.222.65.128/27 //下一个网络位为：128+32=160

第六个子网：201.222.65.160/27 //下一个网络位为：160+32=192,对应的广播地址：192+32=224

第七个子网：201.222.65.192/27 //下一个网络位为：192+32=224

第八个子网：201.222.65.224/27 //最后一位是广播地址：224+31=255

5、网络聚合

其实，子网聚和与子网划分的操作与意图是正好相反。不同于子网划分向主机位借位，子网聚合是向网络位借位（借用给主机位），将多个子网汇聚成一个大网，相当于找两个子集的并集。

网络聚合示例：将如下五个子网聚和成一个超网

192.168.11.0/27、192.168.12.0/27、192.168.14.0/27、192.168.14.32/27、192.168.14.64/27

对上述5个子网，主要是在第三个分段出现不同，我们重点关注该分段网络即可。由上观察各子网可知，我们可直接将之聚合成192.168.0.0/16，这样虽然操作最简单，但会出现一些网络问题，如局域网内又增加了一个子网192.168.0.0/18，当路由器存在此网络的路由表项时，会将其也聚合进去，而192.168.0.0/18又与上述部分子网重合从而造成路由混乱，故应尽量找到它的最小合集，即找到最小的超网，才是我们的目标。

1）将各子网掩码换算成二进制，因前2个分段相同，这里只转化后2个分段掩码：

00001 011 00000000 ==>11.0

00001 100 00000000 ==>12.0

00001 110 00000000 ==>14.0

00001 110 00100000 ==>14.32

00001 110 01000000 ==>14.64

由上可知，掩码前5位相同，剩余位数填充为网络位0，即00001000 00000000 换算后对应==> 8.0 ；故掩码长度为16（前2个分段掩码数）+5=21（新的聚合物掩码数）

结论：故可得出，这5个子网的超网为：192.168.8.0/21