大家在進(jìn)行 IPv4 地址配置時(shí)都看到過(guò)“子網(wǎng)掩碼”這樣的參數(shù)名，許多小伙伴都會(huì)疑惑這是個(gè)啥？有什么用呢？
下面文檔君帶領(lǐng)大家認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)子網(wǎng)掩碼以及跟其密不可分的子網(wǎng)！
1、IP 地址、子網(wǎng)和子網(wǎng)掩碼的關(guān)系
為什么配置 IPv4 地址時(shí)要配置子網(wǎng)掩碼，這不得不說(shuō) IP 地址、子網(wǎng)和子網(wǎng)掩碼的關(guān)系。
子網(wǎng)掩碼和 IP 地址一起使用可以判斷源地址和目標(biāo)地址是否在同一子網(wǎng)內(nèi)，通過(guò)使用子網(wǎng)掩碼可以將一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)較小網(wǎng)絡(luò)。
我們將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)比喻為一個(gè)城市的街道地址系統(tǒng)，那么 IP 地址、子網(wǎng)、子網(wǎng)掩碼的關(guān)系就像：
IP 地址是城市中每棟建筑的詳細(xì)地址（例如，A 市 A 區(qū) XX 路 02 號(hào)），它唯一標(biāo)識(shí)了網(wǎng)絡(luò)中的每一臺(tái)設(shè)備。
子網(wǎng)是城市的各個(gè)區(qū)域或街區(qū)（例如，A 市 A 區(qū)），它將城市劃分為更小的管理單元，這樣做的好處是，可以更高效地管理和分配資源。
子網(wǎng)掩碼是一個(gè)過(guò)濾器或篩選規(guī)則（例如，A 市 A 區(qū)的所有街道地址都是以 XX 路開(kāi)頭的地址），它決定了哪些 IP 地址屬于同一個(gè)子網(wǎng)，同時(shí)幫助我們確定一個(gè)給定的 IP 地址是否屬于特定的子網(wǎng)。
2、什么是子網(wǎng)？為什么要?jiǎng)澐肿泳W(wǎng)？
想要了解子網(wǎng)掩碼，首先要知道什么是子網(wǎng)。
子網(wǎng)（subnet）是指基于某一類(lèi)地址，在一個(gè)較大的網(wǎng)絡(luò)中劃分出的較小的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域。
舉個(gè)例子，如果一家餐廳擁有一塊寬敞的空間，只擺放了幾張大桌子，可能會(huì)遇到一下問(wèn)題：害怕社交的顧客可能會(huì)避開(kāi)已占用的桌子，導(dǎo)致部分桌子空置或只坐一兩人，而團(tuán)體聚餐可能需要拼桌，這樣既浪費(fèi)空間又人多嘈雜不好打理。但是將空間劃分成多個(gè)小包廂后，可以滿足家庭和公司團(tuán)體的聚餐需求，既節(jié)省空間，又為顧客提供隱私，同時(shí)便于清潔和管理。
劃分子網(wǎng)的意義也是如此：
提高網(wǎng)絡(luò)效率：在一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)中，如果所有設(shè)備都處于同一個(gè)廣播域內(nèi)，那么任何設(shè)備發(fā)送的廣播信息都會(huì)被該域內(nèi)的所有其他設(shè)備接收，這樣不僅占用大量帶寬，還可能發(fā)生廣播風(fēng)暴。通過(guò)劃分子網(wǎng)，可以將不同功能區(qū)域的設(shè)備分配到不同的子網(wǎng)中，減少?gòu)V播流量對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的影響。
小貼士：廣播風(fēng)暴是一種網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)象，當(dāng)廣播數(shù)據(jù)充斥網(wǎng)絡(luò)無(wú)法處理，并占用大量網(wǎng)絡(luò)帶寬，導(dǎo)致正常業(yè)務(wù)不能運(yùn)行，甚至徹底癱瘓，這種現(xiàn)象稱為廣播風(fēng)暴。具體介紹請(qǐng)?zhí)D(zhuǎn)至又又又崩了！為什么想看的新聞?dòng)?404 了？
增強(qiáng)安全性：在一個(gè)公司網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)劃分子網(wǎng)，可以將公司網(wǎng)絡(luò)根據(jù)不同職能部門(mén)劃分為不同的子網(wǎng)，如果 A 部門(mén)內(nèi)的某臺(tái)計(jì)算機(jī)被黑客攻擊，由于與其他部門(mén)的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域隔離在不同的子網(wǎng)中，可以防止攻擊蔓延到整個(gè)公司網(wǎng)絡(luò)。
優(yōu)化資源分配：在一個(gè)公司內(nèi)部，每個(gè)部門(mén)需要一定數(shù)量的 IP 地址，通過(guò)合理劃分子網(wǎng)，可以更精細(xì)地控制 IP 地址的分配，確保每個(gè)部門(mén)都有足夠的 IP 地址資源，并且避免 IP 地址資源浪費(fèi)。
簡(jiǎn)化管理：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，因?yàn)槊總€(gè)子網(wǎng)都是相對(duì)獨(dú)立的，所以只需要關(guān)注有問(wèn)題子網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)配置即可，方便快速定位問(wèn)題所在。
支持大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展：對(duì)于需要頻繁擴(kuò)展或調(diào)整的大型網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，子網(wǎng)劃分提供了靈活性，隨著業(yè)務(wù)增長(zhǎng)或組織結(jié)構(gòu)調(diào)整，可以通過(guò)增加或合并子網(wǎng)來(lái)適應(yīng)變化的需求。
3、什么是子網(wǎng)掩碼？子網(wǎng)掩碼有啥用？
子網(wǎng)掩碼是用來(lái)識(shí)別和劃分子網(wǎng)的好工具。
如下圖所示，IPv4 地址是由網(wǎng)絡(luò) ID 和主機(jī) ID 組成的，網(wǎng)絡(luò) ID 用于標(biāo)識(shí) Internet 上的某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，主機(jī) ID 用于標(biāo)識(shí)該網(wǎng)絡(luò)中的某臺(tái)主機(jī)。
子網(wǎng)掩碼（subnet mask）是一個(gè) 32 位二進(jìn)制數(shù)，用于區(qū)分 IP 地址中網(wǎng)絡(luò)部分和主機(jī)部分，通常表示為四個(gè)十進(jìn)制形式（例如 255.255.255.0），在二進(jìn)制表示（例如 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000）中，左邊的一系列連續(xù)“1”代表網(wǎng)絡(luò)位，右邊的一系列連續(xù)“0”代表主機(jī)位。
小貼士：每個(gè)子網(wǎng)都有自己的網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址，主機(jī)位全為 0 表示該網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址，主機(jī)位全為 1 表示該網(wǎng)絡(luò)的廣播地址。
在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通信時(shí)，子網(wǎng)掩碼結(jié)合 IP 地址一起使用來(lái)確定它們是否處于同一子網(wǎng)內(nèi)，并采取相應(yīng)的通信策略，下圖為基于子網(wǎng)掩碼描述兩臺(tái)計(jì)算機(jī)如何通信的過(guò)程：
AB 兩臺(tái)計(jì)算機(jī)只知道自己的子網(wǎng)掩碼，當(dāng) A 計(jì)算機(jī)想要訪問(wèn) B 計(jì)算機(jī)時(shí)，A 用自己的子網(wǎng)掩碼和自己的 IP 地址進(jìn)行“與”運(yùn)算（兩位同時(shí)為“1”，結(jié)果為“1”，否則為 0），確定自己 IP 地址的網(wǎng)絡(luò) ID。
然后 A 用自己的子網(wǎng)掩碼和 B 的 IP 地址進(jìn)行“與”運(yùn)算，確定 B 的 IP 地址的網(wǎng)絡(luò) ID，如果兩次確定的網(wǎng)絡(luò) ID 相同，則判斷自己與 B 在同一子網(wǎng)內(nèi)，否則不在同一子網(wǎng)內(nèi)，同一子網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)間可以直接通信，不在同一子網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)要通過(guò)網(wǎng)關(guān)才能通信。
4、如何通過(guò)子網(wǎng)掩碼確定一個(gè) IP 地址的網(wǎng)絡(luò) ID
通過(guò)子網(wǎng)掩碼確定 IP 地址的網(wǎng)絡(luò) ID 原理是將 IP 地址和子網(wǎng)掩碼進(jìn)行“與”運(yùn)算，來(lái)屏蔽掉 IP 地址中的主機(jī)部分，只保留網(wǎng)絡(luò)部分，這里以 IP 地址：192.168.1.10，子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0 為例，文檔君為大家詳細(xì)講解子網(wǎng)掩碼結(jié)合 IP 地址如何確定某個(gè)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò) ID。
思考：該子網(wǎng)的地址范圍和可用主機(jī)數(shù)為多少？
子網(wǎng)的起始地址 = 網(wǎng)絡(luò)位 + 最小主機(jī)位，子網(wǎng)的結(jié)束地址 = 網(wǎng)絡(luò)位 + 最大主機(jī)位，那么該子網(wǎng)的地址范圍為 11000000 10101000 00000001 00000000~11000000 10101000 00000001 11111111，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制表示：192.168.1.0~192.168.1.255。
可用主機(jī)數(shù) = 2n-2（n 是主機(jī)位數(shù)），那么該子網(wǎng)可用主機(jī)數(shù) = 2∧8-2=254，減 2 是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址即 192.168.1.0、192.168.1.255 不能用于主機(jī)。
5、如何使用子網(wǎng)掩碼劃分子網(wǎng)
如下圖所示，劃分子網(wǎng)的基本原理就是從主機(jī)位中借用一些位來(lái)劃分出新的子網(wǎng)：
假如一家公司有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址為 192.168.1.0/24 的網(wǎng)絡(luò)（“/24”表示網(wǎng)絡(luò)位數(shù)為 24 位），需要將現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)為 7 個(gè)部門(mén)劃分出 7 個(gè)子網(wǎng)，以此為例帶大家理解如何劃分子網(wǎng)。
計(jì)算子網(wǎng)位數(shù)：根據(jù) 2m ≥ 7（m 是子網(wǎng)位數(shù)），計(jì)算出子網(wǎng)位數(shù)為 3，需要向主機(jī)位從左往右借 3 位，可劃分出 8 個(gè)子網(wǎng)。
計(jì)算新子網(wǎng)掩碼：將原子網(wǎng)掩碼的主機(jī)位前 3 位置“1”，得出 11111111 11111111 11111111 11100000，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制得出每個(gè)子網(wǎng)的新子網(wǎng)掩碼為 255.255.255.224。
計(jì)算每個(gè)子網(wǎng)的可用主機(jī)數(shù)：因?yàn)橹鳈C(jī)位被借用了 3 位，所以新主機(jī)位數(shù)為 5，可用主機(jī)數(shù) = 2n-2（n 是主機(jī)位數(shù)）=25-2=30。
計(jì)算出 8 個(gè)子網(wǎng)地址：
| 子網(wǎng)的新網(wǎng)絡(luò)位 + 新最小主機(jī)位 | 子網(wǎng)的 網(wǎng)絡(luò) ID | 子網(wǎng)的 地址范圍 | 子網(wǎng)內(nèi)主機(jī)可分配地址范圍 |
|---|---|---|---|
| ?11000000 10101000 00000001 000??00000? | 192.168.1.0 | 192.168.1.0~192.168.1.31 | 192.168.1.1~192.168.1.30 |
| ?11000000 10101000 00000001 001??00000? | 192.168.1.32 | 192.168.1.32~192.168.1.63 | 192.168.1.33~192.168.1.62 |
| ?11000000 10101000 00000001 010??00000? | 192.168.1.64 | 192.168.1.64~192.168.1.95 | 192.168.1.65~192.168.1.94 |
| …… | …… | …… | …… |
| ?11000000 10101000 00000001 111??00000? | 192.168.1.224 | 192.168.1.224~192.168.1.255 | 192.168.1.225~192.168.1.254 |
5. 從中選擇任意 7 個(gè)網(wǎng)絡(luò) ID 分配給 7 個(gè)部門(mén)，每個(gè)部門(mén)可為最多 30 臺(tái)設(shè)備分配對(duì)應(yīng)子網(wǎng)地址范圍內(nèi)的一個(gè) IP 地址，確保不要分配網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址給任何設(shè)備。
思考：假如需要將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址為 192.168.1.0/24 的網(wǎng)絡(luò)劃分為若干子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)內(nèi)有 100 臺(tái)主機(jī)，如何劃分？
可用主機(jī)數(shù) = 2n-2（n 是主機(jī)位數(shù)）≥100，計(jì)算出 n=7，表示主機(jī)位需要占據(jù) 7 位才可以達(dá)到每個(gè)子網(wǎng)可容納 100 臺(tái)主機(jī)的要求，那么子網(wǎng)位數(shù)為 1，網(wǎng)絡(luò)位數(shù)變?yōu)?25，主機(jī)位數(shù)變?yōu)?7，得出新子網(wǎng)掩碼：11111111 11111111 11111111 10000000，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制：255.255.255.128，其余數(shù)據(jù)根據(jù)上文步驟完成計(jì)算。
6、為什么配置 IPv6 地址時(shí)沒(méi)有看到過(guò)“子網(wǎng)掩碼”？
IPv6 地址由 128 位組成，通常表示為八組由冒號(hào)分隔的四位十六進(jìn)制數(shù)。在 IPv6 中，并沒(méi)有“子網(wǎng)掩碼”這個(gè)概念，而是使用“前綴長(zhǎng)度”來(lái)表示網(wǎng)絡(luò)部分的長(zhǎng)度，例如下圖，“1111:2222:3333:4444:AAAA:BBBB:CCCC:DDDD / 32”表示地址前 32 位用于標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)部分（包括子網(wǎng)），后 96 位用于標(biāo)識(shí)主機(jī)或接口部分。
IPv6 的子網(wǎng)劃分原理同上文描述一致，前綴長(zhǎng)度這種表示方法更加直觀且易于理解和管理。
END
在互聯(lián)網(wǎng)的世界里，數(shù)據(jù)的傳輸和管理依賴于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，子網(wǎng)和子網(wǎng)掩碼功勞大，確保了數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地從源地址到達(dá)目標(biāo)地址。
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