网络基础---子网掩码

Posted 2022-11-13 左弦月

为什么必须有一个子网掩码？因为：
1 ）当配置 IP 时，所有计算机都必须填写子网掩码
2 ）我们必须在我们的网络中设置一些逻辑边界
3 ）我们必须至少输入所使用 IP 类的默认子网掩码
要想在同一网段，只要网络标识相同就可以了，那要怎么看网络标识呢？首先要做的是把每段的 IP 转换为二进制。
把子网掩码切换至二进制，我们会发现，所有的子网掩码是由一串连续的 1 和一串连续的 0 组成的（一共 4 段，每段 8 位，一共 32 位数）。
255.0.0.0 ：11111111.00000000.00000000.00000000
255.255.0.0：11111111.11111111.00000000.00000000
255.255.255.0：11111111.11111111.11111111.00000000
这是 A/B/C 三类默认子网掩码的二进制形式，其实，还有好多种子网掩码，只要是一串连续的 1 （不少于 8 个）和一串连续的 0 就可以了（每段都是 8位）。如 11111111.11111111.11111000.00000000 ，这也是一段合法的子网掩码。子网掩码决定的是一个子网的计算机数目，计算机公式是 2 的 m 次方，其中，我们可以把 m 看到是后面的多少个0 。如255.255.255.0 转换成二进制，那就是 11111111.11111111.11111111.00000000 ，后面有 8 个 0 ，那 m 就是 8 ， 255.255.255.0 这个子网掩码可以容纳 2 的 8 次方（台）电脑，也就是 256 台，但是有两个 IP 是不能用的，那就是最后一段不能为 0 和 255 ，减去这两台，就是 254 台。

子网的划分方法

子网的划分，实际上就是设计子网掩码的过程。子网掩码主要是用来区分 IP 地址中的网络 ID 和主机 ID ，它用来屏蔽 IP 地址的一部分，从 IP 地址中分离出网络 ID 和主机 ID。子网掩码是由 4 个十进制数组成的数值 ” 中间用 “.” 分隔，如 255.255.255.0 。若将它写成二进制的形式为 :11111111.11111111.11111111.00000000 ，其中为 “1” 的位分离出网络 ID，为 “0” 的位分离出主机 ID ，也就是通过将 IP 地址与子网掩码进行 ” 与 ” 逻辑操作，得出网络号。
例如，假设 IP 地址为 192.160.4.1 ，子网掩码为 255.255.255.0 ，则网络 ID 为 192.160.4.0, 主机 ID 为 0.0.0.1 。计算机网络 ID 的不同，则说明他们不在同一个物理子网内，需通过路由器转发才能进行数据交换。
每类地址具有默认的子网掩码 : 对于 A 类为 255.0.0.0 ，对于 B 类为 255.255.0.0 ，对于 C 类为 255.255.255.0 。除了使用上述的表示方法之外，还有使用子网掩码中 “1” 的位数来表示的，在默认情况下， A 类地址为 8 位， B 类地址为 16 位， C 类地址为 24 位。例如， A 类的某个地址为 12.10.10.3/8 ，这里的最后一个 “8” 说明该地址的子网掩码为 8 位，而 199.42.26.0/28 表示网络 199.42.26.0 的子网掩码位数有 28位。

如果希望在一个网络中建立子网，就要在这个默认的子网掩码中加入一些位，它减少了用于主机地址的位数。加入到掩码中的位数决定了可以配置的子网。因而，在一个划分了子网的网络中，每个地址包含一个网络地址、一个子网位数和一个主机地址
示例：255.255.248.0 这个子网掩码可以最多容纳多少台电脑？
计算方法：
把将其转换为二进制的四段数字（每段要是 8 位，如果是 0 ，可以写成 8 个 0 ，也就是 00000000 ）
11111111.1111111.11111000.00000000
然后，数数后面有几颗 0 ，一共是有 11 颗，那就是 2 的 11 次方，等于 2048 ( 注意：主机号中全 0 是保留地址，全 1 是广播地址，所以它们不算可用主机地址。网络号也是一样的。子网号是可以用全 0 和全 1 的 ) ，所以这个子网掩码最多可以容纳 2048-2=2046 台电脑。
一个子网最多可以容纳多少台电脑你会算了吧，下面我们来个逆向算法的题。
一个公司有 530 台电脑，组成一个对等局域网，子网掩码设多少最合适？
首先，毫无疑问， 530 台电脑用 B 类 IP 最合适（ A 类不用说了，太多， C 类又不够，肯定是 B 类），但是 B 类默认的子网掩码是 255.255.0.0 ，可以容纳 6 万台电脑，显然不太合适，那子网掩码设多少合适呢？我们先来列个公式。
公式：2 的 m 次方 >=560。
首先，我们确定 2 的 m 次方一定是大于 2 的 8 次方的，因为我们知道 2 的 8 次方是 256 ，也就是 C 类 IP 的最大容纳电脑的数目，我们从 9 次方一个一个试， 2 的 9 次方是 512 ，不到 560 ， 2 的 10 次方是 1024 ，看来 2 的 10 次方最合适了。子网掩码一共由 32 位组成，已确定后面 10 位是 0 了，那前面的 22 位就是 1 ，最合适的子网掩码就是： 11111111.11111111.11111100.00000000 ，转换成 10 进制，那就是 255.255.252.0 。
分配和计算子网掩码你会了吧，下面，我们来看看 IP 地址的网段。
相信好多人都和我一样，认为 IP 只要前三段相同，就是在同一网段了，其实，不是这样的，同样，我也把 IP 的每一段转换为一个二进制数，这里就拿 IP ： 192.168.0.1 ，子网掩码： 255.255.255.0 做实验吧。
IP 192.168.0.1：11000000.10101000.00000000.00000001
（这里说明一下，和子网掩码一样，每段 8 位，不足 8 位的，前面加 0 补齐。）
子网掩码255.255.255.0： 11111111.11111111.11111111.00000000

同一网段

在这里，向大家说一下到底怎么样才算同一网段。
要想在同一网段，必需做到网络标识相同，那网络标识怎么算呢？各类 IP 的网络标识算法都是不一样的。 A 类的，只算第一段。 B 类，只算第一、二段。 C 类，算第一、二、三段。
算法只要把 IP 和子网掩码的每位数 AND 就可以了。
如：IP为192.168.0.1 ，子网掩码为255.255.255.0 ，先转换为二进制，然后 AND 每一位
IP 11000000.10101000.00000000.00000001
子网掩码 11111111.11111111.11111111.00000000
得出 AND 结果 11000000.10101000.00000000.00000000
转换为十进制 192.168.0.0 ，这就是网络标识，也叫网络号。
再将子网掩码反取，也就是 00000000.00000000.00000000.11111111 ，与 IP AND
得出结果 00000000.00000000.00000000.00000001 ，转换为 10 进制，即 0.0.0.1 ，
这 0.0.0.1 就是主机标识。要想在同一网段，必需做到网络标识一样。
我们再来看看这个改为默认子网掩码的 B 类 IP
如 IP ： 188.188.0.111 ， 188.188.5.222 ，子网掩码都设为 255.255.254.0 ，在同一网段吗？
先将这些转换成二进制
188.188.0.111 ：10111100.10111100.00000000.01101111
188.188.5.222 ：10111100.10111100.00000101.11011110
255.255.254.0 ：11111111.11111111.11111110.00000000
分别 AND ，得
10111100.10111100.00000000.00000000
10111100.10111100.00000100.00000000
网络标识不一样（看 255.255.254.0 转换成二进制后 1 的数位，所以可以看到不一样），即不在同一网段。
判断是不是在同一网段，你会了吧，下面，我们来点实际的。
一个公司有 530 台电脑，组成一个对等局域网，子网掩码和 IP 设多少最合适？
子网掩码不说了，前面算出结果来了 11111111.11111111.11111100.00000000 ，也就是 255.255.252.0
B 类地址
选一个 B 类 IP 段，这里就选 188.188.x.x 吧
这样， IP 的前两段确定的，关键是要确定第三段，只要网络标识相同就可以了。我们先来确定网络号。（我们把子网掩码中的 1 和 IP 中的 ? 对就起来， 0 和 * 对应起来，如下：）
255.255.252.0 11111111.11111111.11111100.00000000
188.188.x.x ：10111100.10111100.??????.****
网络标识 10111100.10111100.??????00.00000000
由此可知， ? 处随便填（只能用0 和1 填，不一定全是 0 和 1 ），我们就用全填 0 吧， * 处随便，这样呢，我们的 IP 就是
10111100.10111100.000000**. ，一共有 530 台电脑， IP 的最后一段 1 ～ 254 可以分给 254 台计算机， 530/254=2.086 ，采用进 1 法，得整数 3 ，这样，我们确定了 IP 的第三段要分成三个不同的数字，也就是说，把 000000 中的 ** 填三次数字，只能填 1 和 0 ，而且每次的数字都不一样，至于填什么，就随我们便了，如 00000001 ， 00000010 ， 00000011 ，转换成十进制，分别是 1 ， 2 ， 3 ，这样，第三段也确定了，这样，就可以把 IP 分成 188.188.1.y ， 188.188.2.y ， 188.188.3.y ， y 处随便填，只要在 1 ～ 254 范围之内，并且这 530 台电脑每台和每台的 IP 不一样，就可以了。
有人也许会说，既然算法这么麻烦，干脆用 A 类 IP 和 A 类默认子网掩码得了，我要告诉你的是，由于 A 类 IP 和 A 类默认子网掩码的主机数目过大，这样做无疑是大海捞针，如果同时局域网访问量过频繁、过大，会影响效率的，所以，最好设置符合自己的 IP 和子网掩码。
举个实例：比如公司分配到的网段是 192.168.1.0/24 ，首先我要分一个 8 个主机的网段出来，那么这个网段的首地址是什么 ? 之后，我又要划分一个 16 个主机的地址出来，那么 16 个主机的首地址是什么？

划分实例

C 类地址例子 : 网络地址 192.168.10.0; 子网掩码 255.255.255.192(/26)
1. 子网数 =2*2=4
2. 主机数 =2 的 6 次方 -2=62
3. 有效子网 ?:block size=256-192=64; 所以第一个子网为 192.168.10.64, 第二个为 192.168.10.128
4. 广播地址 : 下个子网 -1. 所以 2 个子网的广播地址分别是 192.168.10.127 和 192.168.10.191
5. 有效主机范围是 : 所以第一个子网为 192.168.10.0 ，第二个为 192.168.10.64 ，第三个为 192.168.10.128 ，第四个为 192.168.10.192

B 类地址例子1: 网络地址 :172.16.0.0; 子网掩码 255.255.192.0(/18)
1. 子网数 =2*2=4
2. 主机数 =2 的 14 次方 -2=16382
3. 有效子网 ?:block size=256-192=64; 所以第一个子网为 172.16.64.0, 最后 1 个为 172.16.128.0
4. 广播地址 : 下个子网 -1. 所以 2 个子网的广播地址分别是 172.16.127.255 和 172.16.191.255
5. 有效主机范围是 : 第一个子网的主机地址是 172.16.64.1 到 172.16.127.254; 第二个是 172.16.128.1 到 172.16.191.254

B 类地址例子2: 网络地址 :172.16.0.0; 子网掩码 255.255.255.224(/27)
1. 子网数 =2 的 11 次方 -2=2046( 因为 B 类地址默认掩码是 255.255.0.0, 所以网络位为 8+3=11)
2. 主机数 =2 的 5 次方 -2=30
3. 有效子网 ?:block size=256-224=32; 所以第一个子网为 172.16.0.32, 最后 1 个为 172.16.255.192
4. 广播地址 : 下个子网 -1. 所以第一个子网和最后 1 个子网的广播地址分别是 172.16.0.63 和 172.16.255.223
5. 有效主机范围是 : 第一个子网的主机地址是 172.16.0.33 到 172.16.0.62; 最后 1 个是 172.16.255.193 到 172.16.255.223