2.2.5 计算IP地址
说明：针对全0和全1网段（指在划分子网中，借主机号产生的子网号部分全为0和全为1的两个网段，如192.168.1.0/27和192.168.1.224/27这两个网段）在RFC1009中规定不能使用，但在Cisco中默认可以使用全1网段的（输入命令IP subnet-zero后，也允许使用全0网段）。因此，本书为了让读者理解更方便，叙述更简洁，后面所有举例默认全0和全1网段可以使用。如果读者在网络工程中碰到这个问题，可根据具体要求来解决。
IP地址非常重要，读者务必理解透彻，在网络工程中，需要经常对IP地址的分配进行规划，下面通过例题的方式，从易到难来讲解有关IP地址计算的问题。
1.判断IP地址是否可分配使用
例3 以下哪一个是可分配的标准B类IP地址？
A.1.1.1.1
B. 135.34.43.255
C. 222.2.255.255
D. 188.23.255.255
E.136.258.23.64
F. 12.22.255.255
G. 224.0.0.5
分析：一个IP地址是可分配的标准B类地址，必须同时满足以下条件。
1）第一个十进制数的范围在128~191之间。
2）标准B类IP地址前16位为网络号，后16位为主机号，要求网络号和主机号不能全0和全1。
3）要求每个十进制数的大小在0~255内。
从上面这些条件可知，只有B正确。
答案A中，1.1.1.1是一个合法的A类地址，不要误认为它各位全为1，因为这是一个十进制形式的IP地址，如果用二进制表达，则为00000001.00000001.00000001.00000001。
答案C中，从第一个字节为222来看，应是一个C类地址，由于C类地址最后8位为主机号，该地址的最后一个数为255，换为二进制为11111111，因此，这是一个C类的广播地址，不能分配给主机使用。
答案D，其主机号全为1，因此是一个B类的广播地址，不能分配使用。
答案E，它里面有一个258，超出了255，因此它不是一个有效的IP地址。
答案F，从第一个字节为12可知，应是A类地址，A类地址前8位为网络号，后8位为主机号，都不全0或全1，因此是一个合法的A类地址。
答案G，第一个字节为224，所以是一个D类的组播地址（该地址是一个路由协议的组播地址）。
2.计算子网数和地址数
例4 将一个C类网络划分子网，子网掩码长度为27位，能划分多少个子网？每个子网内能有多少个可分配的IP地址？
分析：标准C类网络的网络号部分为24位，划分后的子网掩码长度为27位，因此有27-24=3位是使用了主机号部分的高比特位来划分的子网，可划分23=8个子网；由于标准的C类网络最后8位是主机号部分，现使用3位来划分子网，还余5位作为子网的主机号，因此每个子网内可分配的IP地址数为25-2=30个，如图2-10所示。
图2-10 计算子网数和地址数
例5 给定一个子网掩码为255.255.248.0的A类网络，能划分多少个子网？每个子网内有多少个可分配的IP地址？
分析：思路同上，此掩码长度为21，可划分的子网数为221-8=213个，每个子网的主机位有33-21=11位，因此第个子网内可分配的IP数为211-2=2046个。
3.判断两个IP地址是否在同一个子网内
例6 判断IP地址210.23.4.90/26和210.23.4.125/26是否在同一个子网内。
分析：判断IP地址是否在同一个子网内，主要是看这两个IP地址的子网号是否相同。
采用26位作为子网掩码长度，则每个子网中主机位长度为6位，如表2-9所示。
表2-9 采用位方式分析
分析可见，这两个IP地址的子网号相同，因此在同一个子网内。
注意：像这种采用位方式的分析速度太慢，可以在此原理的基础上使用一种更快的方法，见下面例7和例8的分析过程。
4. 计算一个IP地址的网络地址、广播地址，及所在子网能容纳的最大主机数
例7 已知IP地址159.34.58.217/27，计算出它的网络地址、广播地址，及所在子网能容纳的最大主机数。
分析：1）根据掩码长度，找出关键字节。一个IP地址有4个字节，关键字节指掩码长度所在的那一个字节，这里掩码长度为27，在第4字节，这样第4字节为关键字节，计算时就不必去理会前3个字节，最后直接照写即可。
2）从这个IP地址的子网掩码，可以求出每个网段的最大地址容量作为步长。这里是27位长的子网掩码，表示主机号有5位，最大主机容量25=32个（为了计算方便，不必去减2），因此，这里的步长就是32。
3）对最后一个字节按步长的整数倍分段。从0开始，一直到255，可分为0—32—64—96—128—160—192—224—256。
4）将所求IP地址的关键字节的数值与分段对照，看它属于哪一段。显然，这里它属于192—224段。
5）得出结论。把224结合前3个字节，写成159.34.58.192，这就是该IP地址的网络号。须记住：下一个子网的网络号减1就是该IP地址所在子网的广播地址。因此，159.34.58.223就是该网段的广播地址，且因为主机号为5位，所以最大主机数为25-2=32-2=30。
例8 针对IP地址159.34.58.217/20，计算出它的网络地址、广播地址，及所在子网能容纳的最大主机数。
分析：步骤同上，只是这里关键字节为第3个，计算时只须针对第3个字节计算即可，它的步长为224-20=24=16。注意，由于掩码落在第3个字节内，因此计算步长时就是用三个字节长度去减掩码长度。所以分段为0—16—32—48—64—80—96—112—128—144—160—176 —192—208—224—240—256，这里关键字是58，58属于48—64段，因此得出如下结论。
① 该IP地址所在子网的网络地址为159.34.48.0。这里后面主机号为0才表示网络地址。
② 该IP地址所在子网的广播地址为159.34.63.255。这里为什么不是159.34.63.0?因为下一个网络号为159.34.64.0，它减1是在第4个字节减1，所以是159.34.63.255。
③ 该网络的主机号为32-20=12位，因此最大主机数为212-2=4094个。
子网掩码长度在8—16之间的，计算方法与上述类似，在此不再赘述。
注意：其实在分段时，计算出每段大小之后，不必把每个分段都算出来。本例中可直接去找58附近的两个能整除16的数，一个数小于58，另一个大于58，这两个数分别为48和64，58就属于48—64段，所以159.34.48.0就是该IP地址的子网号，159.34.63.255就是广播地址。
现在再回去看例6，可以知道采用26位的子网掩码，每段大小为64，关键字节90和125均落在64—128段内，因此这两个IP地址属于同一个子网。这种方式可以一次判断多个IP地址是否落在同一个子网内。
5. IP地址的分配设计
例9 将一个C类网络192.168.0.0划分为四个不同的网段，分别给一个企业的4个部门使用，要使每个部门得到的IP地址数相等，应该如何进行子网划分？假设4个部门中有一个部门有80台主机，有一个部门有50台主机，有两个部门有20台主机需要上网，这样划分能满足吗？应该如何划分子网？
分析：先看第一个问题，使4个部门的IP地址数相等，只须将192.168.0.0划分成4个相等大小的子网即可。由于划分子网是从主机号部分的高比特位进划分的，要划成4个子网，需使用2个位，可产生192.168.0.0/26、192.168.0.64/26、192.168.0.128/26、192.168.0.192/26 4个子网，每个子网中的主机号有6位，最多提供26-2=62个IP地址。
对于第二个问题，判断能否满足要求，关键要看需要IP地址最多的子网，有一个部门至少要80个IP地址，显然不能满足要求，因此需采用VLSM来划分。划分方法可参见“2.2.3可变长子网掩码”一节内容。
例10 将一个B类网络172.16.0.0划分子网，每个子网要求提供的IP地址数为480个，可以划分出多少个子网？每个子网的掩码长度是多少？
分析：要满足每个子网所需的地址数为480个，由于28<480<29，因此主机号为9位，在B类网络中，后16位为主机号，因此，还有16-9=7位用于划分的子网号，所以可以划分出27=128个子网，各子网掩码长度为B类的网络号位数16加上划分的子网号位数7，即23位。