什麼是 IP 地址（本文主要講解 IPv4）#
IP 地址（Internet Protocol Address），即互聯網協議地址，是一種統一的地址格式，用於為互聯網上的每一個網絡和每一台主機分配一個邏輯地址，以屏蔽物理地址的差異。IP 地址類似於電話號碼或家庭住址，它確保信息能夠準確地發送到正確的目的地。
IPv4 地址是目前廣泛使用的 IP 地址版本之一，它由 32 位二進制數構成，通常分為 4 個 8 位的二進制數（即 4 個字節）。為了便於閱讀，IPv4 地址通常採用點分十進制表示法，即將每個 8 位的二進制數轉換為十進制數，並用點（.）分隔，形如 a.b.c.d，其中 a、b、c、d 都是 0 到 255 之間的十進制整數。
IPv4 地址可以分為以下幾類：
- A 類地址：以 0 開頭，網絡號佔據第一個字節，主機號佔據後三個字節，適用於大型網絡。
- B 類地址：以 10 開頭，網絡號佔據前兩個字節，主機號佔據後兩個字節，適用於中等規模網絡。
- C 類地址：以 110 開頭，網絡號佔據前三個字節，主機號佔據最後一個字節，適用於小型網絡。
- D 類地址：以 1110 開頭，用於多播。
- E 類地址：以 1111 開頭，保留地址，用於實驗和研究。
IPv4 地址還包括特殊地址，如環回地址（127.0.0.1），用於本機通信測試，以及廣播地址（如 255.255.255.255），用於發送給本網絡上所有主機的數據包。
由於 IPv4 地址空間有限，目前已經出現了地址耗盡的問題，這也是 IPv6 地址被提出的原因，IPv6 地址具有更大的地址空間，可以滿足未來更多設備的需求。
什麼是子網掩碼#
子網掩碼介紹#
子網掩碼（Subnet Mask），是一種用於劃分 IP 地址中的網絡地址和主機地址的 32 位地址。它與 IP 地址結合使用，通過邏輯運算來區分一個 IP 地址的網絡部分和主機部分 ¹1。
子網掩碼作用#
子網掩碼的主要作用有兩個：
- 區分網絡地址和主機地址：子網掩碼通過與 IP 地址進行按位邏輯 “與” 運算，可以將 IP 地址中的網絡地址和主機地址分離出來。這有助於確定一個 IP 地址是否屬於本地網絡，還是在遠程網絡上 ²6。
- 劃分子網：子網掩碼可以將一個大的 IP 網絡劃分為若干小的子網絡，這樣做可以減少 IP 地址的浪費，提高網絡應用的效率，並便於網絡管理 ¹1。
例如，一個常見的子網掩碼是255.255.255.0，它的二進制形式是11111111.11111111.11111111.00000000。這意味著 IP 地址的前三個字節是網絡地址，最後一個字節是主機地址。如果兩台計算機的 IP 地址在應用了相同子網掩碼後的網絡地址相同，那麼它們就處於同一子網內 ¹1。
子網掩碼的設置必須遵循一定的規則，其中 1 和 0 必須分別連續，不能交錯。子網掩碼的長度也是 32 位，左邊是網絡位，用二進制數字 “1” 表示，右邊是主機位，用二進制數字 “0” 表示 ¹1。
在實際應用中，子網掩碼不僅用於局域網內部，還用於路由器判斷數據包的正確路由路徑。通過子網掩碼，路由器可以確定數據包的下一跳地址，並將數據包轉發到正確的目的地 ³8。這對於互聯網數據傳輸至關重要，確保數據能夠準確地發送到正確的目的地。
如何進行子網劃分#
子網劃分是將一個較大的網絡劃分成多個小的、獨立的子網絡的過程。這樣做可以提高網絡的管理效率和安全性，同時也可以更合理地分配和使用 IP 地址資源。進行子網劃分通常需要以下幾個步驟：
- 確定子網數量：根據實際需求確定需要劃分出多少個子網絡。
- 計算子網掩碼：根據子網數量計算新的子網掩碼。子網掩碼決定了 IP 地址中哪些部分用於網絡地址，哪些部分用於主機地址。
- 分配子網地址：為每個子網絡分配一個網絡地址。
- 計算可用的主機地址範圍：每個子網絡都有一個從網絡地址到廣播地址的範圍，其中的地址可以分配給該子網絡內的設備。
例如，如果有一個 C 類網絡地址 192.168.1.0，其默認子網掩碼是 255.255.255.0（或者 / 24），我們想要劃分出 4 個子網絡，每個子網絡至少支持 30 台主機。我們可以採取以下步驟：
- 步驟 1：確定子網數量。我們需要 4 個子網絡。
- 步驟 2：計算子網掩碼。因為我們需要 4 個子網絡，所以至少需要借用 2 位作為子網位（因為 2^2=4）。這樣，子網掩碼變為 255.255.255.192（或者 / 26），因為原來的 24 位加上借用的 2 位，總共是 26 位。
- 步驟 3：分配子網地址。第一個子網絡的網絡地址是 192.168.1.0，第二個子網絡的網絡地址是 192.168.1.64，第三個子網絡的網絡地址是 192.168.1.128，第四個子網絡的網絡地址是 192.168.1.192。
- 步驟 4：計算可用的主機地址範圍。每個子網絡可以有 2^(32-26)-2=62 個可用地址（減去 2 是因為網絡地址和廣播地址不能用於主機）。