一文分清IP地址、子网和子网掩码的关系

大家在进行IPv4地址配置时都看到过“子网掩码”这样的参数名，许多小伙伴都会疑惑这是个啥？有什么用呢？

下面带领大家认识认识子网掩码以及跟其密不可分的子网！

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IP地址、子网和子网掩码的关系

为什么配置IPv4地址时要配置子网掩码，这不得不说IP地址、子网和子网掩码的关系。   子网掩码和IP地址一起使用可以判断源地址和目标地址是否在同一子网内，通过使用子网掩码可以将一个大的网络划分为多个较小网络。   我们将一个网络比喻为一个城市的街道地址系统，那么IP地址、子网、子网掩码的关系就像：  

IP地址是城市中每栋建筑的详细地址（例如，A市A区XX路02号），它唯一标识了网络中的每一台设备。

子网是城市的各个区域或街区（例如，A市A区），它将城市划分为更小的管理单元，这样做的好处是，可以更高效地管理和分配资源。            

子网掩码是一个过滤器或筛选规则（例如，A市A区的所有街道地址都是以XX路开头的地址），它决定了哪些IP地址属于同一个子网，同时帮助我们确定一个给定的IP地址是否属于特定的子网。

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什么是子网？为什么要划分子网？

想要了解子网掩码，首先要知道什么是子网。 子网（subnet）是指基于某一类地址，在一个较大的网络中划分出的较小的网络区域。

举个例子，如果一家餐厅拥有一块宽敞的空间，只摆放了几张大桌子，可能会遇到一下问题：害怕社交的顾客可能会避开已占用的桌子，导致部分桌子空置或只坐一两人，而团体聚餐可能需要拼桌，这样既浪费空间又人多嘈杂不好打理。但是将空间划分成多个小包厢后，可以满足家庭和公司团体的聚餐需求，既节省空间，又为顾客提供隐私，同时便于清洁和管理。

划分子网的意义也是如此：

提高网络效率：在一个大型网络中，如果所有设备都处于同一个广播域内，那么任何设备发送的广播信息都会被该域内的所有其他设备接收，这样不仅占用大量带宽，还可能发生广播风暴。通过划分子网，可以将不同功能区域的设备分配到不同的子网中，减少广播流量对整个网络的影响。小贴士：广播风暴是一种网络现象，当广播数据充斥网络无法处理，并占用大量网络带宽，导致正常业务不能运行，甚至彻底瘫痪，这种现象称为广播风暴。具体介绍请跳转至又又又崩了！为什么想看的新闻又404了？

增强安全性：在一个公司网络中，通过划分子网，可以将公司网络根据不同职能部门划分为不同的子网，如果A部门内的某台计算机被黑客攻击，由于与其他部门的网络区域隔离在不同的子网中，可以防止攻击蔓延到整个公司网络。      

优化资源分配：在一个公司内部，每个部门需要一定数量的IP地址，通过合理划分子网，可以更精细地控制IP地址的分配，确保每个部门都有足够的IP地址资源，并且避免IP地址资源浪费。      

简化管理：当网络出现故障时，因为每个子网都是相对独立的，所以只需要关注有问题子网内的设备和网络配置即可，方便快速定位问题所在。      

支持大规模网络扩展：对于需要频繁扩展或调整的大型网络来说，子网划分提供了灵活性，随着业务增长或组织结构调整，可以通过增加或合并子网来适应变化的需求。

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什么是子网掩码？子网掩码有啥用？

子网掩码是用来识别和划分子网的好工具。 如下图所示，IPv4地址是由网络ID和主机ID组成的，网络ID用于标识Internet上的某一个网络，主机ID用于标识该网络中的某台主机。

子网掩码（subnet mask）是一个32位二进制数，用于区分IP地址中网络部分和主机部分，通常表示为四个十进制形式（例如255.255.255.0），在二进制表示（例如1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000）中，左边的一系列连续“1”代表网络位，右边的一系列连续“0”代表主机位。

小贴士：每个子网都有自己的网络地址和广播地址，主机位全为0表示该网络的网络地址，主机位全为1表示该网络的广播地址。

在两台计算机之间进行通信时，子网掩码结合IP地址一起使用来确定它们是否处于同一子网内，并采取相应的通信策略，下图为基于子网掩码描述两台计算机如何通信的过程：

AB两台计算机只知道自己的子网掩码，当A计算机想要访问B计算机时，A用自己的子网掩码和自己的IP地址进行“与”运算（两位同时为“1”，结果为“1”，否则为0），确定自己IP地址的网络ID。   然后A用自己的子网掩码和B的IP地址进行“与”运算，确定B的IP地址的网络ID，如果两次确定的网络ID相同，则判断自己与B在同一子网内，否则不在同一子网内，同一子网内的计算机间可以直接通信，不在同一子网内的计算机要通过网关才能通信。

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如何通过子网掩码确定一个IP地址的网络ID

通过子网掩码确定IP地址的网络ID原理是将IP地址和子网掩码进行“与”运算，来屏蔽掉IP地址中的主机部分，只保留网络部分，这里以IP地址：192.168.1.10，子网掩码：255.255.255.0为例，文档君为大家详细讲解子网掩码结合IP地址如何确定某个主机的网络ID。

思考：该子网的地址范围和可用主机数为多少？

子网的起始地址=网络位+最小主机位，子网的结束地址=网络位+最大主机位，那么该子网的地址范围为11000000 10101000 00000001 00000000~11000000 10101000 00000001 11111111，转换为十进制表示：192.168.1.0~192.168.1.255。

可用主机数=2n-2（n是主机位数），那么该子网可用主机数=28-2=254，减2是因为网络地址和广播地址即192.168.1.0、192.168.1.255不能用于主机。

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如何使用子网掩码划分子网

如下图所示，划分子网的基本原理就是从主机位中借用一些位来划分出新的子网：

假如一家公司有一个网络地址为192.168.1.0/24的网络（“/24”表示网络位数为24位），需要将现网络为7个部门划分出7个子网，以此为例带大家理解如何划分子网。

计算子网位数：根据2m ≥ 7（m是子网位数），计算出子网位数为3，需要向主机位从左往右借3位，可划分出8个子网。

计算新子网掩码：将原子网掩码的主机位前3位置“1”，得出11111111 11111111 11111111 11100000，转换为十进制得出每个子网的新子网掩码为255.255.255.224。

计算每个子网的可用主机数：因为主机位被借用了3位，所以新主机位数为5，可用主机数=2n-2（n是主机位数）=25-2=30。

计算出8个子网地址：

5. 从中选择任意7个网络ID分配给7个部门，每个部门可为最多30台设备分配对应子网地址范围内的一个IP地址，确保不要分配网络地址和广播地址给任何设备。  思考：假如需要将一个网络地址为192.168.1.0/24的网络划分为若干子网，每个子网内有100台主机，如何划分？  可用主机数=2n-2（n是主机位数）≥100，计算出n=7，表示主机位需要占据7位才可以达到每个子网可容纳100台主机的要求，那么子网位数为1，网络位数变为25，主机位数变为7，得出新子网掩码：11111111 11111111 11111111 10000000，转换为十进制：255.255.255.128，其余数据根据上文步骤完成计算。

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为什么配置IPv6地址时没有看到过“子网掩码”？

IPv6地址由128位组成，通常表示为八组由冒号分隔的四位十六进制数。在IPv6中，并没有“子网掩码”这个概念，而是使用“前缀长度”来表示网络部分的长度，例如下图，“11113333AAAACCCC:DDDD/32”表示地址前32位用于标识网络部分（包括子网），后96位用于标识主机或接口部分。

IPv6的子网划分原理同上文描述一致，前缀长度这种表示方法更加直观且易于理解和管理。

IPv6的子网划分原理同上文描述一致，前缀长度这种表示方法更加直观且易于理解和管理。END   

在互联网的世界里，数据的传输和管理依赖于复杂的网络结构，子网和子网掩码功劳大，确保了数据能够准确无误地从源地址到达目标地址。还想了解哪些网络通信基础知识，评论区留下你们的问题~