IP 地址與子網絡：由 Class A/B/C 到 CIDR，/24 代表甚麼？

1981 年 9 月的 RFC 791 定義 IPv4 的 32 位元地址空間，約有 43 億個地址。早期設計依前導位元，將網絡與主機欄位分成三種主要格式：

編號模式數是依位元配置算出的理論數量，不是全部都能分配。例如 0/8 與 127/8 有特殊用途。RFC 791 將前導 111 留給擴充定址；後來才整理出 Class D（前導 1110，224/4，多播）與 Class E（240/4，保留）。現今能否使用某個區塊，應查看 IANA 登錄，不能只憑歷史類別。

固定分類的粒度很粗：若想把 500 台主機放在單一歷史網絡編號內，Class C 的 254 台不夠，Class B 的 65,534 台卻過大；只用 500 台時，傳統主機編號空間有 99% 以上未使用。使用多個 Class C 也是選項，但會增加路由項目與管理成本。

1985 年 8 月的 RFC 950 在先前提案基礎上，標準化了讓單一 IP 網絡編號涵蓋多個實體網絡的子網絡劃分程序。計算核心是位元 AND 運算：

IP 地址：    192.168.1.100 = 11000000.10101000.00000001.01100100
子網絡遮罩： 255.255.255.0 = 11111111.11111111.11111111.00000000
AND 結果：   192.168.1.0   = 11000000.10101000.00000001.00000000

遮罩中為 1 的部分識別網絡與子網絡，為 0 的部分識別主機。從數學上看，一個 Class B 範圍可切成 256 個 /24，或 4 個 /18。但 RFC 950 當時建議不要將子網絡欄位全 0 或全 1 的值分配給實體子網絡；依該歷史規則，分別只有 254 個 /24 或 2 個 /18 可分配。不要把數學分割數與當時的可分配數混在一起。

當時的子網絡主要解決組織內部分割，對外仍使用原本的 Class A/B/C 網絡編號，並未消除全球分配粒度過粗與路由表增長的問題。

互聯網快速成長後，有限的 Class B 網絡編號與持續增加的路由項目形成壓力。取得一個 Class B 對中型組織可能過大，改用多個 Class C 又可能增加路由項目。

RFC 1519 在 1993 年列出的問題中，特別指出Class B 網絡地址空間耗盡與路由表增長很可能在 1～3 年內變得嚴重。需要的不是只有增加可分配編號，也包括讓多個網絡能以較少的路由資訊表示。

CIDR（Classless Inter-Domain Routing，無類別域際路由）由 1993 年 9 月的 RFC 1519 提出，2006 年 8 月的 RFC 4632（BCP 122）再整理其最佳現行做法（Best Current Practice）。

CIDR 不再由地址開頭的 Class A/B/C 格式決定網絡邊界，而是直接指定前綴長度：

歷史 Class C：固定 /24
CIDR：可使用 /20、/21、/22、/23、/24、/25 等前綴

10.0.0.0/20 → 前綴 20 位元，主機部分 12 位元
            → 傳統可用主機數 2^12 - 2 = 4,094

例如 500 台主機可考慮 /23（510 個傳統主機地址），2,000 台可考慮 /21（2,046 個），比固定類別更有彈性。

另一個重點是路由彙總：16 個連續、且邊界對齊的 /24，共 16 × 256 = 4,096 個地址，可以合併為一個 /20。除了連續，還必須共享前 20 位元，區塊數為 2 的次方，並對齊彙總前綴的邊界；不是任意 16 個連續 /24 都能合併成單一 /20。

對傳統 IPv4 子網絡（/0～/30），只扣除網絡地址與廣播地址時，數學上的主機數為：

傳統可用主機數 = 2^(32 - 前綴長度) - 2

減去的 2 個地址，分別是主機部分全 0 的網絡地址，以及全 1 的廣播地址。/31 與 /32 不適用這條公式：RFC 3021 的點對點 /31 可使用兩個地址，/32 則表示單一地址。

/24 的計算是 2^(32-24) - 2 = 256 - 2 = 254。這是理論計數，實際可分配範圍還可能受特殊用途或平台保留規則影響。雖然大小與歷史 Class C 相同，但在 CIDR 中，/24 只表示前綴長度 24，不代表地址仍屬於 Class C。

1996 年 2 月的 RFC 1918（BCP 5）為私有網絡保留三個範圍：

這些地址在私有網絡內使用，不應跨越其邊界向公用互聯網通告路由。不同私有網絡可以重複使用同一範圍，因此不同家庭的路由器都可能使用 192.168.1.1。

私有地址連到公用 IPv4 互聯網時，常見做法是 NAT（Network Address Translation，網絡地址轉換）。但NAT 並不是使用私有地址的必要條件：也可經代理伺服器、應用閘道，或只進行私有網絡內部通訊。地址共享則有助於延續有限 IPv4 資源的使用。

2011 年 2 月 3 日，IANA 將一般庫存中最後 5 個 /8 區塊分配給全球 5 個區域互聯網註冊管理機構（RIR），宣布中央未分配地址池耗盡。

這表示當時的一般庫存用完，不是全部約 43 億個地址都已由實際主機使用。後來歸還 IANA 的地址仍可能依回收地址政策重新分配。「耗盡」之後的運作包括：

• RFC 1918 與 NAT：各私有網絡重複使用有限範圍，並共享公用 IPv4 地址。
• CGNAT：營運商讓多個客戶連接共享公用 IPv4；RFC 6598 為此類用途保留 100.64.0.0/10 的 Shared Address Space。
• IPv4 地址轉移：依各 RIR 政策在組織之間轉移地址資源。
• 遷移至 IPv6：使用 128 位元、約 3.4 × 10^38 個地址的後繼協定；這不是擴充 IPv4 本身的地址空間。

IPv6 普及率會隨測量方式、地區與日期改變，需要最新數據時應查看測量來源的公開統計。

IANA IPv4 Special-Purpose Address Registry 記錄許多用途受限制的區塊：

技術文件若需要一般外部 IP 地址例子，應使用 RFC 5737 的 TEST-NET 範圍，不要任意使用真實公用地址。192.168.0.0/16 等私有範圍適合解釋私有網絡本身，但可能與讀者實際使用的網絡衝突。

• RFC 791 定義 IPv4 的 32 位元與歷史 Class A/B/C 格式。
• RFC 950 標準化以子網絡遮罩與 AND 運算進行內部分割。
• Class B 耗盡風險與路由表增長，促成 CIDR 的前綴長度與路由彙總設計。
• /24 有 256 個地址，傳統上扣除網絡與廣播後為 254；/31 與 /32 要另外處理。
• RFC 1918 保留 10/8、172.16/12、192.168/16 三個私有範圍。
• IANA 在 2011 年耗盡一般中央庫存，不等於每個 IPv4 地址都在使用。
• 外部地址例子使用 TEST-NET；IPv6 則是後繼協定，不是 IPv4 的擴充地址。