IP地址和子網劃分學習筆記之《子網掩碼詳解》

在學習掌握了前面的《進制計數》《IP地址詳解》這兩部分知識後，要學習子網劃分，首先就要必須知道子網掩碼，只有掌握了子網掩碼這部份內容，才能很好的理解和劃分子網。

IP地址和子網劃分學習筆記相關篇章：

一、IP地址和子網劃分學習筆記之《預備知識：進制計數》

二、IP地址和子網劃分學習筆記之《IP地址詳解》

三、IP地址和子網劃分學習筆記之《子網掩碼詳解》

四、IP地址和子網劃分學習筆記之《子網劃分詳解》

五、IP地址和子網劃分學習筆記之《超網合併詳解》

1、子網掩碼

IP地址是以網絡號和主機號來標示網絡上的主機的，咱們把網絡號相同的主機稱之爲本地網絡，網絡號不相同的主機稱之爲遠程網絡主機，本地網絡中的主機能夠直接相互通訊；遠程網絡中的主機要相互通訊必須經過本地網關（Gateway）來傳遞轉發數據。

一、子網掩碼的概念及做用

①、子網掩碼（Subnet Mask）又叫網絡掩碼、地址掩碼，必須結合IP地址一塊兒對應使用。
②、只有經過子網掩碼，才能代表一臺主機所在的子網與其餘子網的關係，使網絡正常工做。
③、子網掩碼和IP地址作「與」運算，分離出IP地址中的網絡地址和主機地址，用於判斷該IP地址是在本地網絡上，仍是在遠程網絡網上。
④、子網掩碼還用於將網絡進一步劃分爲若干子網，以免主機過多而擁堵或過少而IP浪費。

二、子網掩碼的組成

①、同IP地址同樣，子網掩碼是由長度爲32位二進制數組成的一個地址。
②、子網掩碼32位與IP地址32位相對應，IP地址若是某位是網絡地址，則子網掩碼爲1，不然爲0。
③、舉個栗子：如：11111111.11111111.11111111.00000000

注：左邊連續的1的個數表明網絡號的長度，（使用時必須是連續的，理論上也能夠不連續），右邊連續的0的個數表明主機號的長度。

三、子網掩碼的表示方法

①、點分十進制表示法
二進制轉換十進制，每8位用點號隔開
例如：子網掩碼二進制11111111.11111111.11111111.00000000，表示爲255.255.255.0

②、CIDR斜線記法
IP地址/n
例1：192.168.1.100/24，其子網掩碼錶示爲255.255.255.0，二進制表示爲11111111.11111111.11111111.00000000
例2：172.16.198.12/20，其子網掩碼錶示爲255.255.240.0，二進制表示爲11111111.11111111.11110000.00000000
不難發現，例1中共有24個１，例2中共有20個１，因此n是這麼來的。運營商ISP經常使用這樣的方法給客戶分配IP地址。

注：n爲1到32的數字，表示子網掩碼中網絡號的長度，經過n的個數肯定子網的主機數=2^(32-n)-2（-2的緣由：主機位全爲0時表示本網絡的網絡地址，主機位全爲1時表示本網絡的廣播地址，這是兩個特殊地址）。

四、爲何要使用子網掩碼？

前面說道，子網掩碼能夠分離出IP地址中的網絡地址和主機地址，那爲何要分離呢？由於兩臺主機要通訊，首先要判斷是否處於同一網段，即網絡地址是否相同。若是相同，那麼能夠把數據包直接發送到目標主機，不然就須要路由網關將數據包轉發送到目的地。

能夠這麼簡單的理解：A主機要與B主機通訊，A和B各自的IP地址與A主機的子網掩碼進行And與運算，看得出的結果：

一、結果若是相同，則說明這兩臺主機是處於同一個網段，這樣A能夠經過ARP廣播發現B的MAC地址，B也能夠發現A的MAC地址來實現正常通訊。

二、若是結果不一樣，ARP廣播會在本地網關終結，這時候A會把發給B的數據包先發給本地網關，網關再根據B主機的IP地址來查詢路由表，再將數據包繼續傳遞轉發，最終送達到目的地B。

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計算機的網關（Gateway）就是到其餘網段的出口，也就是路由器接口IP地址。路由器接口使用的IP地址能夠是本網段中任何一個地址，不過一般使用該網段的第一個可用的地址或最後一個可用的地址，這是爲了儘量避免和本網段中的主機地址衝突。

在以下拓撲圖示例中，A與B，C與D，均可以直接相互通訊（都是屬於各自同一網段，不用通過路由器），可是A與C，A與D，B與C，B與D它們之間不屬於同一網段，因此它們通訊是要通過本地網關，而後路由器根據對方IP地址，在路由表中查找剛好有匹配到對方IP地址的直連路由，因而從另外一邊網關接口轉發出去實現互連。

五、子網掩碼的分類

①、缺省子網掩碼

也叫默認子網掩碼，即未劃分子網，對應的網絡號的位都置 1 ，主機號都置 0 。

未作子網劃分的IP地址：網絡號＋主機號

A類網絡缺省子網掩碼： 255.0.0.0，用CIDR表示爲/8

B類網絡缺省子網掩碼： 255.255.0.0，用CIDR表示爲/16

C類網絡缺省子網掩碼： 255.255.255.0，用CIDR表示爲/24

②、自定義子網掩碼

將一個網絡劃分子網後，把本來的主機號位置的一部分給了子網號，餘下的纔是給了子網的主機號。其形式以下：

作子網劃分後的IP地址：網絡號＋子網號＋子網主機號

舉個栗子：

如：192.168.1.100/25，其子網掩碼錶示：255.255.255.128

意思就是將192.168.1.0這個網段的主機位的最高1位劃分爲了子網。關於子網劃分將在下篇文章講到，這裏不在闡述。

六、子網掩碼和IP地址的關係

子網掩碼是用來判斷任意兩臺主機的IP地址是否屬於同一網絡的依據，就是拿雙方主機的IP地址和本身主機的子網掩碼作與運算，如結果爲同一網絡，就能夠直接通訊。

And按位與運算：
與運算是計算機中一種基本的邏輯運算方式，符號表示爲&，也能夠表示爲 and。
參加運算的兩個數據，按二進制位進行「與」運算。
運算規則：0&0=0；0&1=0；1&0=0；1&1=1；
即：兩位同時爲「1」，結果才爲「1」，不然爲0

如何根據IP地址和子網掩碼，計算網絡地址：

①、將IP地址與子網掩碼轉換成二進制數。
②、將二進制形式的 IP 地址與子網掩碼作「與」運算。
③、將得出的結果轉化爲十進制，便獲得網絡地址。
以下圖：

網絡地址計算小技巧：IP地址和子網掩碼作與運算，把IP地址的主機位直接歸0，就快速獲得網絡地址。因此只要一看到IP地址和子網掩碼，就能立刻確認網絡地址。

2、CIDR與VLSM

理解和掌握了子網掩碼這部分知識後，這裏要補充下CIDR和VLSM，這對於咱們下篇講述的子網劃分，簡直了就是放大招啊！

一、有類和無類網絡，超網和子網

，咱們先了解這幾個概念，對於CIDR和VLSM以及子網劃分都是頗有用的。

◆ 有類網絡：也叫主類網絡或標準網絡，就是指把IP地址能歸結到的A類、B類、C類IP，使用的是標準的默認子網掩碼。

◆ 無類網絡：相對於有類網絡，無類網絡IP地址的掩碼是變長的。在有類網絡的基礎上，拿出一部分主機ID做爲子網ID。

◆ 超網：把多個小網絡組合成一個大網絡，稱爲超網（SuperNetting），也能夠說子網掩碼長度小於相對應的有類網絡的叫超網。

◆ 子網：有類網絡劃分紅更小後的網絡，稱爲子網（Subnet），也能夠說子網掩碼長度大於相對應的有類網絡的叫子網。

二、CIDR無類別域間路由

CIDR（Classless Inter-Domain Routing，無類別域間路由）本質是消除了傳統的A類、B類和C類地址以及劃分子網的概念，將多個地址塊聚合在一塊兒生成一個更大的網絡，從而包含更多的主機。

CIDR採用8-30位可變網絡ID（最大可用的只能爲30位，即保留2位給主機位），而不是A、B、C類網絡ID所用的固定的八、16和24位。
CIDR表示方法：IP地址/n，n表示IP地址中的前n位表明網絡部分（n個二進制數1），其他（32-n）位表明主機部分。這種方法稱爲「斜線記法」，它又稱爲CIDR記法。

舉個栗子：子網掩碼255.255.255.192，用CIDR表示是多少呢？

①、首先確認的是這是個C類網絡地址（C類的默認子網掩碼爲255.255.255.0）

②、前面三個字節都是255，轉換成二進制都爲1，即11111111.11111111.11111111，即24位1。

③、後面一個字節是192，轉換成二進制爲11000000，即1佔用了2位。

④、子網掩碼共佔用了26位1，因此用CIDR表示爲/26。

⑤、若是網絡地址爲192.168.10.0，再加上CIDR，最後表示爲192.168.10.0/26。

CIDR支持路由聚合，可以將路由表中的許多路由條目合併爲成更少的數目，所以能夠限制路由器中路由表的增大，減小路由通告，減輕路由器的負擔。

三、VLSM可變長子網掩碼

VLSM（Variable Length Subnet Mask，可變長子網掩碼）規定了在一個有類（A、B、C類）網絡內包含多個子網掩碼的能力，以及對一個子網的再進行子網劃分的能力。

每個IP地址都包含了2部分：網絡號和主機號。在有類網絡中，32bit的IP地址被分爲4段，每段8bit來表示。這使得做爲網絡號的前綴必須是8位，16位或者24位。當網絡號是24位的時候，主機號只有8位，也就是說，可分配的最小的地址塊是256個（2^8=256，而實際可分配的主機地址還要減去兩個，一個是網絡地址，一個是廣播地址，最後爲254個），這個數量對於大多數企業來講是不夠的。

而比這個大一點的IP地址塊是網絡號爲16位的時候，這個時候可分配的地址塊是65536（2^16=65536），這個數量對於大多數公司又太多了。這致使不管公司選擇哪一種類型的網絡，均可能對IP地址形成大量的浪費。

IP地址若是隻使用有類（A、B、C類）來劃分，會形成大量的浪費或者不夠用。VLSM的誕生有效的解決了這個問題，能夠在有類網絡的基礎上，經過對IP地址的主機號進行再劃分，把一部分劃入網絡號，就能劃分各類類型大小的網絡了。網絡號也再也不僅侷限在八、16和24位這幾個數，而是靈活變化的大小了。

四、CIDR與VLSM的區別

• 在使用CIDR聚合地址時，將原來有類IP地址中的網絡位劃出一部分做爲主機位使用。
• 在使用VLSM劃分子網時，將原來有類IP地址中的主機位按照須要劃出一部分做爲網絡位使用。
• CIDR：子網掩碼往左邊移，掩碼netmask縮短了。
• VLSM：子網掩碼往右邊移，掩碼netmask增加了。
• CIDR是把幾個有類網絡合成一個大的網絡（超網），用於路由地址聚合。
• VLSM是把一個有類網絡分紅幾個小型網絡（子網），用於更高效劃分子網。

CIDR與VLSM總結：
在某種程度上來講，CIDR和VLSM它們之間能夠看作是逆過程。
CIDR是把幾個小網絡聚合成一個大網絡來作表示，而VLSM則是把一個大網絡繼續細分爲幾個小網絡進行IP地址分配。
CIDR能讓路由器的路由條目獲得有效的減小，從而減小路由通告，下降路由器負擔，而VLSM則是充分利用IP進行地址分配來解決IP地址不被浪費的問題，節約IP地址空間，更爲有效的使用。

搞定，收工~，下一篇正式學習子網劃分。