通信入行好几年，子网和子网掩码还是搞不清？
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？
下面文档君带领大家认识认识子网掩码以及跟其密不可分的子网！
1、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。
2、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。
3、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。
4、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。
5、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：
| 子网的新网络位 + 新最小主机位 | 子网的 网络 ID | 子网的 地址范围 | 子网内主机可分配地址范围 |
|---|---|---|---|
| ▷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. 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。
6、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，“1111:2222:3333:4444:AAAA:BBBB:CCCC: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。
本文来自微信公众号：中兴文档（ID：ztedoc）
