TCPIP协议栈从入门到精通 - 第4节
IPv4地址结构：从32位说起
IP协议是整个TCP/IP栈的“交通警察”。而IPv4地址，就是每台设备在网络上的门牌号。
IPv4地址只有32位，分成4组8位二进制数。比如 192.168.1.1，写成二进制就是：
11000000.10101000.00000001.0000000132位，总共能表示约43亿个地址。听起来不少对吧？但说实话，互联网发展太快了，这个数字早就捉襟见肘。我2012年做运营商项目时，就亲眼见过IPv4地址池被分到只剩几个C类段。
网络号 vs 主机号
IPv4地址不是平铺直叙的。它分成两部分：网络号和主机号。
- 网络号：标识你属于哪个“小区”
- 主机号：标识你在小区里的具体“门牌”
举个例子：192.168.1.0/24 这个网段里，192.168.1 是网络号，最后一个 0 是主机号。主机号全0代表网络本身，全1代表广播地址。
关键点：主机号全0和全1不能分配给设备。所以一个/24网段实际可用地址是254个，不是256个。
分类编址：老派的做法
早期互联网把IPv4地址分成A、B、C、D、E五类。说白了就是按地址的前几位来划分“大中小”三种网络规模。
| 类别 | 前几位 | 网络号位数 | 主机号位数 | 地址范围 | 最大主机数 |
|---|---|---|---|---|---|
| A类 | 0 | 8位 | 24位 | 1.0.0.0 – 126.255.255.255 | 约1677万 |
| B类 | 10 | 16位 | 16位 | 128.0.0.0 – 191.255.255.255 | 约6.5万 |
| C类 | 110 | 24位 | 8位 | 192.0.0.0 – 223.255.255.255 | 254 |
| D类 | 1110 | 组播 | — | 224.0.0.0 – 239.255.255.255 | 组播 |
| E类 | 1111 | 保留 | — | 240.0.0.0 – 255.255.255.255 | 实验 |
你看，A类一个网段就能容纳1600多万台设备，C类才254个。这种“一刀切”的方式，浪费太严重了。我记得有家公司申请了一个B类地址段，结果只用了不到1000个IP，剩下的全空着——别人想用也用不了。
注意：127.0.0.0/8是回环地址段，不属于任何分类。你电脑上的127.0.0.1就是“本机自己”。
子网掩码：把大网切小
分类编址浪费严重，怎么办？子网掩码就是用来“切蛋糕”的。
子网掩码也是一个32位的数，网络号部分全1，主机号部分全0。比如 255.255.255.0 的二进制就是24个1加8个0。
怎么用？把IP地址和子网掩码做“按位与”运算，就能得到网络号。
IP地址： 192.168.1.100 → 11000000.10101000.00000001.01100100
子网掩码： 255.255.255.0 → 11111111.11111111.11111111.00000000
按位与结果： 11000000.10101000.00000001.00000000
→ 192.168.1.0 （网络号）子网掩码可以灵活调整。比如一个C类网段，你可以用 255.255.255.192（即/26）把它切成4个子网，每个子网62个可用地址。我在做企业内网规划时，经常这么干——给财务部一个子网，给研发部一个子网，互不干扰。
小技巧：快速判断两个IP是否在同一子网？把IP和掩码做按位与，结果相同就在同一子网。这个判断在配置ACL和路由策略时天天用。
CIDR：终结分类编址
到了90年代，分类编址的浪费问题已经忍无可忍了。1993年，CIDR（无类别域间路由）正式登场。
CIDR的核心思想就一句话：不再按A/B/C类固定分，而是用“前缀长度”灵活指定网络号位数。
写法很简单：IP地址后面加个斜杠，再写网络号的位数。比如 10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.1.0/24。
你想想看，以前B类地址固定16位网络号，现在你可以用 /18、/20、/22……想怎么切就怎么切。
CIDR的优势
- 减少路由表条目：多条小路由可以聚合成一条大路由。比如16个连续的C类网段，可以聚合成一个
/20的路由条目。 - 地址分配更灵活：需要500个地址？给一个
/23（510个可用地址）就行，不用浪费半个B类。 - 缓解IPv4枯竭：虽然只是治标不治本，但确实多撑了好几年。
我曾经帮一家连锁企业做网络规划，他们有300多家门店，每家需要10-20个IP。用CIDR，我直接分配 /27 或 /28 的子网，整整齐齐，路由聚合后核心路由器上就两条条目。
CIDR vs 分类编址：分类编址是“先定大小再切”，CIDR是“要多大切多大”。后者明显更科学。
核心知识体系
下面这张图，把IPv4地址的核心概念串起来了。我建议你多看几遍，理清它们之间的关系。
避坑指南
做网络规划这么多年，我踩过不少坑。挑几个典型的说说：
- 子网掩码写错：我曾经把
255.255.255.192写成255.255.255.128，结果两个子网互相能ping通，但跨子网访问时断时续。排查了整整一下午。 - 忘了广播地址：分配IP时没留广播地址，导致设备配置冲突。记住，每个子网的最后一个IP是广播地址，不能分配给主机。
- CIDR聚合太激进：把不连续的路由硬聚合成一条，结果流量跑偏了。聚合前一定要确认地址段是连续的。
重要提醒：私有地址段（10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16）只能在内部网络使用，千万别在公网上路由它们。我见过有人把内网地址配到公网接口上，结果整个公司上不了外网。
好了，IPv4地址结构、分类编址、子网掩码和CIDR就讲到这里。这些概念是IP协议的基石，理解了它们，后面学路由协议、VLSM、NAT就会轻松很多。