📖 IPv4 地址的分类编址方法

🎯 课程摘要：本节课介绍 IPv4 地址的分类编址方法，将 32 比特的 IPv4 地址划分为网络号(net-id)和主机号(host-id)两部分，并按固定长度分为 A、B、C、D、E 共五类地址。重点掌握各类地址的范围、网络数、主机数、默认掩码，以及特殊 IPv4 地址的使用规则。

📝 详细笔记

概念定义：分类编址方法将 32 比特的 IPv4 地址分为**网络号(net-id)和主机号(host-id)**两部分。
- 网络号(net-id)：标志主机或路由器的接口所连接到的网络。
- 主机号(host-id)：标志该主机或路由器的接口本身。
原理解析：
- 同一网络中，不同主机/路由器接口的 IPv4 地址的网络号必须相同（表明属于同一网络）。
- 同一网络中，不同主机/路由器接口的 IPv4 地址的主机号必须各不相同（用于区分自身）。
- 不同网络的网络号必须不同。
⚠️ 重点/考点：仅凭地址本身无法判断网络号与主机号的分界，必须先确定地址类别。

地址类别	网络号位数	主机号位数	固定前缀	用途
A 类	8 bit	24 bit	`0`	单播地址
B 类	16 bit	16 bit	`10`	单播地址
C 类	24 bit	8 bit	`110`	单播地址
D 类	—	—	`1110`	多播地址
E 类	—	—	`1111`	保留地址

各类地址在 IPv4 地址空间中的占比：

网络号 8 bit，最高位固定为 0。
最小网络号 0：保留，不指派。
最小可指派网络号 1 → 网络地址 1.0.0.0。
最大网络号 127：用于本地软件环回测试，不指派。
- 最小环回地址：127.0.0.1
- 最大环回地址：127.255.255.254
- 环回地址用于本主机内进程之间的通信，数据报不会被发送到任何网络。
最大可指派网络号 126 → 网络地址 126.0.0.0。

项目	数值
可指派 A 类网络数量	$2^{8-1} - 2 = 126$
每个 A 类网络可分配地址数	$2^{24} - 2 = 16{,}777{,}214$

减 2 的原因：网络号去掉 0 和 127；主机号去掉全 0（网络地址）和全 1（广播地址）。

项目	数值
可指派 B 类网络数量	$2^{16-2} = 16{,}384$
每个 B 类网络可分配地址数	$2^{16} - 2 = 65{,}534$

项目	数值
可指派 C 类网络数量	$2^{24-3} = 2{,}097{,}152$
每个 C 类网络可分配地址数	$2^{8} - 2 = 254$

类别	第一字节范围	网络号范围	可指派网络数	每网可分配地址数	默认掩码
A 类	1 ~ 126	1.0 ~ 126.0	126	$2^{24}-2$	255.0.0.0
B 类	128 ~ 191	128.0 ~ 191.255	$2^{14}$	$2^{16}-2$	255.255.0.0
C 类	192 ~ 223	192.0.0 ~ 223.255.255	$2^{21}$	$2^{8}-2$	255.255.255.0
D 类	224 ~ 239	—	—	—	—
E 类	240 ~ 255	—	—	—	—

根据地址左起第一个十进制数的值判断类别：

不能分配给主机/路由器接口的三种情况：

容易造成 IPv4 地址的大量浪费。例如某网络需要 255 个地址，一个 C 类网（254 个）不够，只能分配一个 B 类网（65,534 个），造成大量浪费。
为解决该问题，IETF 提出了划分子网的编址方法（下节课介绍）。