（四）子网掩码

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1、概念简介

1. 子网掩码
   　　子网掩码又叫网络掩码、地址掩码，是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络号和主机号，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。

2. 定义规则
   　　子网掩码的设定必须遵循一定的规则。与二进制IP地址相同，子网掩码由1和0组成，且1和0必须分别连续。左边是网络位，用二进制数字“1”表示，1的数目等于网络位的长度；右边是主机位，用二进制数字“0”表示，0的数目等于主机位的长度。

3. 表示方法
   子网掩码通常有以下两种格式的表示方法：
   ①通过与IP地址格式相同的点分十进制表示，如：255.0.0.0 或255.255.255.128；
   ②IP地址后加上"/"符号以及1-32的数字，其中1-32的数字表示子网掩码中网络位的长度，也就是二进制数字“1”的个数，如：192.168.1.1 /24 的子网掩码也可以表示为255.255.255.0，换算成二进制为11111111.11111111.11111111.00000000，网络位共24个“1”。

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2、掩码作用

子网掩码的主要作用有两个：

• 子网掩码是用来判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络的根据。
  子网掩码之所以要求“1”和“0”必须都是连续的，是为了让子网掩码与IP地址做按位与运算时用“0”遮住原主机数，而不改变原网络号数字，此时若得出两个IP地址的网络号相同，那么就表明属于同一子网；而且这种方式很容易通过“0”的位数确定子网的主机数（2的主机位数次方-2，因为主机号全为“1”时表示该网络广播地址，全为0时表示该网络的网络地址，这是两个特殊地址）。只有通过子网掩码，才能表明一台主机所在的子网与其他子网的关系，使网络正常工作。

• 子网掩码用于将一个大的IP网络划分为若干小的子网络，减少IP地址的浪费。
  互联网是由许多小型网络构成的，每个网络上都有许多主机，这样便构成了一个有层次的结构。随着互联网的发展，越来越多的网络产生，网络中的计算机有的多则几百台，有的只有区区几台，这样就浪费了很多IP地址，因此要划分子网，提高网络应用的效率。

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3、掩码分类

子网掩码一共分为两类：

• 标准子网掩码，也叫做缺省（自动生成）子网掩码，即未划分子网，对应的网络号的位都置1，主机号都置0。

1.判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络

假设主机A的IP地址为192.168.0.1，子网掩码为255.255.255.0；主机B的地址为192.168.0.200，子网掩码为255.255.255.0，判断主机A和主机B是否属于同一子网络？

• 第一步，将IP地址和子网掩码分别换算成二进制： <br />
  192.168.0.1 　换算成二进制为 11000000·10101000·00000000·00000001
  192.168.0.200 换算成二进制为 11000000·10101000·00000000·11001000
  255.255.255.0 换算成二进制为 11111111·11111111·11111111·00000000 <br />

• 第二步，将两个IP地址分别于对应的子网掩码进行按位与运算，求得网络地址： <br />
  主机A：
  11000000·10101000·00000000·00000001
  11111111·11111111·11111111·00000000
  ————————按位与————————
  11000000·10101000·00000000·00000000
  网络地址换算成十进制为 192.168.0.0 <br />
  主机B：
  11000000·10101000·00000000·11001000
  11111111·11111111·11111111·00000000
  ————————按位与————————
  11000000.10101000.00000000.00000000
  网络地址换算成十进制为 192.168.0.0 <br />

• 第三步，比较两个网络地址是否相同： <br />
  主机A的网络地址为 192.168.0.0
  主机B的网络地址为 192.168.0.0
  相同，因此判断为属于同一子网络。

假设主机A的IP地址为192.168.0.1，子网掩码为255.255.255.192；主机B的地址为192.168.0.200，子网掩码为255.255.255.192，判断主机A和主机B是否属于同一子网络？

• 第一步，将IP地址和子网掩码分别换算成二进制： <br />
  192.168.0.1 　　换算成二进制为 11000000·10101000·00000000·00000001
  192.168.0.200 　换算成二进制为 11000000·10101000·00000000·11001000
  255.255.255.192 换算成二进制为 11111111·11111111·11111111·11000000 <br />

• 第二步，将两个IP地址分别于对应的子网掩码进行按位与运算，求得网络地址： <br />
  主机A：
  11000000·10101000·00000000·00000001
  11111111·11111111·11111111·11000000
  ————————按位与————————
  11000000·10101000·00000000·00000000
  网络地址换算成十进制为 192.168.0.0 <br />
  主机B：
  11000000·10101000·00000000·11001000
  11111111·11111111·11111111·11000000
  ————————按位与————————
  11000000.10101000.00000000.11000000
  网络地址换算成十进制为 192.168.0.192 <br />

• 第三步，比较两个网络地址是否相同： <br />
  主机A的网络地址为 192.168.0.0
  主机B的网络地址为 192.168.0.192
  不相同，因此判断为不属于同一子网络。

注意：
选取这两个例子主要想说明：
第一，不要简单认为网络地址就是将IP地址的后几组数改为“0”即可，仅仅是子网掩码对应IP地址的主机位，用二进制数字“0”表示而已；
第二，不要简单认为当IP地址看起来属于同一网段，且子网掩码也相同的情况下，这两个IP地址就一定属于同一子网。

<br />

2.通过IP地址和子网掩码计算相关地址

假设IP地址为128.36.199.3，子网掩码是255.255.240.0，计算出网络地址、广播地址、可用地址范围、主机数。

• 第一步，将IP地址和子网掩码换算为二进制： <br />
  128.36.199.3　 换算成二进制为 10000000·00100100·11000111·00000011
  255.255.240.0　换算成二进制为 11111111·11111111·11110000·00000000 <br />
  子网掩码中二进制位连续全“1”的是网络地址，共有20位；后面二进制位连续全“0”的是主机地址，共有12位。

• 第二步，IP地址和子网掩码进行按位与运算，求得网络地址： <br />
  10000000·00100100·11000111·00000011
  11111111·11111111·11110000·00000000
  ————————按位与————————
  10000000.00100100.11000000.00000000
  网络地址换算成十进制为 128.36.192.0 <br />

• 第三步，根据子网掩码，在第二步结果中网络地址二进制位不变的情况下，将主机地址二进制位置为“1”，求得广播地址： <br />
  网络地址 128.36.192.0
  10000000.00100100.11000000.00000000
  根据子网掩码，主机地址是后12位二进制位，将其置为“1”
  10000000.00100100.11001111.11111111
  广播地址 128.36.207.255

• 第四步，可用地址范围是指包含在本网段内的所有主机： <br />
  网络地址+1为第一个主机地址，即起始地址为128.36.192.1；
  广播地址-1为最后一个主机地址，即结束地址为128.36.207.254。
  地址范围是128.36.192.1——128.36.207.254

• 第五步，主机数量： <br />
  主机的数量 = 2^二进制主机位的个数-2
  根据子网掩码，主机地址是12位二进制位
  因此主机数量为2^12-2，即4094。

<br />

3.子网划分问题

假设X公司申请了一个C类的IP地址，要连接6个子公司，每个子公司在一个网段中，则子网掩码应该为多少？

• 第一步，连接6个子公司就是划分为6个子网： <br />
  划分的子网数量 = 2^x （x是掩码位，即掩码位中二进制位是“1”的位数）
  因此，根据公式可得 2^x >= 6 , x = 3<br />

• 第二步，得到C类IP地址的缺省子网掩码： <br />
  子网掩码为 255.255.255.0
  换算成二进制为：
  11111111.11111111.11111111.00000000

• 第三步，将C类IP地址的缺省子网掩码的主机地址前3位置“1”，可得结果： <br />
  缺省子网掩码：
  11111111.11111111.11111111.00000000
  置1后子网掩码：
  11111111.11111111.11111111.11100000
  换算成十进制为： 255.255.255.224
  划分子网就是把主机号前几位当做子网号，并添加到网络号里扩充网络号，可参见本篇之前第四部分“可变长子网掩码（VLSM）”中的描述。

假设依然是X公司，要求每一个子公司要容纳800台主机，则子网掩码应该为多少？

• 第一步，根据公式求出实际主机数： <br />
  主机数 = 2^y-2（y是主机位，即子网掩码中二进制位是“0”的位数）
  因此，根据公式可得 2^y-2 >= 800，y = 10<br />

• 第二步，得到C类IP地址的缺省子网掩码，并将主机地址全部置为“1”： <br />
  子网掩码为 255.255.255.0
  换算成二进制为：
  11111111.11111111.11111111.00000000
  主机地址置为“1”后：
  11111111.11111111.11111111.11111111

• 第三步，将主机地址置为“1”后的子网掩码，从最后依次向前数10个二进制位，置为“0”，可得结果： <br />
  主机地址置为“1”后：
  11111111.11111111.11111111.11111111
  从最后依次向前数10个二进制位，置为“0”：
  11111111.11111111.11111100.00000000
  换算成十进制为： 255.255.252.000

<br />

4.快速划分练习

已知：
①IP地址为C类
②子网掩码为255.255.255.128 /25
③网络地址为192.168.10.0
求：
①可划分多少子网
②每个子网中可容纳多少台主机
③有哪些合法子网地址
④每个子网的广播地址
⑤有多少有效主机地址

• 回答问题①： <br />
  划分的子网数量 = 2^x （x是掩码位，即掩码位中二进制位是“1”的位数）
  C类IP地址的缺省子网掩码为255.255.255.0，共24个二进制位是“1”，已知条件②表示共有25个二进制位是“1”，多的1个就是掩码位扩充得到的。
  因此，划分的子网数量 = 2^1，即可划分2个子网。<br />

• 回答问题②： <br />
  主机数 = 2^y-2（y是主机位，即子网掩码中二进制位是“0”的位数）
  子网掩码一共只有32个二进制位，其中25个二进制位是“1”，那么二进制位是“0”的位数有32-25，即7个。
  因此，可容纳的主机数 = 2^7-2，即126台主机。

• 回答问题③： <br />
  合法子网号 = 256-十进制的子网掩码掩码位
  已知是C类IP地址，且子网掩码是255.255.255.128，则十进制掩码位是128。
  因此，合法子网号 = 256-128 = 128，即合法子网地址为192.168.10.0、192.168.10.128。

• 回答问题④： <br />
  子网广播地址 = 下一个子网地址-1
  已知合法子网地址为192.168.10.0、192.168.10.128。
  因此，子网的广播地址分别是192.168.10.127、192.168.10.255。

• 回答问题⑤： <br />
  有效主机地址 = 介于子网地址和广播地址之间的所有地址
  因此，有效主机地址是192.168.10.1-192.168.10.126、192.168.10.129-192.168.10.254。

已知：
①IP地址为B类
②子网掩码为255.255.255.128 /25
（此时子网掩码指使用了9位来进行子网划分的B类子网掩码，并不是C类子网掩码）
③网络地址为172.16.0.0
求：
①可划分多少子网
②每个子网中可容纳多少台主机
③有哪些合法子网地址
④每个子网的广播地址
⑤有多少有效主机地址

• 回答问题①： <br />
  划分的子网数量 = 2^x （x是掩码位，即掩码位中二进制位是“1”的位数）
  B类IP地址的缺省子网掩码为255.255.0.0，共16个二进制位是“1”，已知条件②表示共有25个二进制位是“1”，多的9个就是掩码位扩充得到的。
  因此，划分的子网数量 = 2^9，即可划分512个子网。<br />

• 回答问题②： <br />
  主机数 = 2^y-2（y是主机位，即子网掩码中二进制位是“0”的位数）
  子网掩码一共只有32个二进制位，其中25个二进制位是“1”，那么二进制位是“0”的位数有32-25，即7个。
  因此，可容纳的主机数 = 2^7-2，即126台主机。

• 回答问题③： <br />
  合法子网号 = 256-十进制的子网掩码掩码位
  已知是B类IP地址，那么缺省子网掩码是255.255.0.0，已知的子网掩码是255.255.255.128，则十进制掩码位是255和128。
  因此，合法子网号 = 256-255 = 1，256-128 = 128，即合法子网地址为176.16.0.0、172.16.0.128，172.16.1.0、172.16.1.128，172.16.2.0、172.16.2.128……共512个。

• 回答问题④： <br />
  子网广播地址 = 下一个子网地址-1
  已知合法子网地址为172.16.0.0、172.16.0.128，172.16.1.0、172.16.1.128，172.16.2.0、172.16.2.128……
  因此，子网的广播地址分别是172.16.0.127、172.16.0.255，172.16.1.127、172.16.1.255，172.16.2.127、172.16.2.255……。

• 回答问题⑤： <br />
  有效主机地址 = 介于子网地址和广播地址之间的所有地址
  因此，有效主机地址是172.16.0.1-172.16.0.126、172.16.0.129-172.16.0.254，172.16.1.1-172.16.1.126、172.16.1.129-172.16.1.254，172.16.2.1-172.16.2.126、172.16.2.129-172.16.2.254……

已知：
①IP地址为A类
②子网掩码为255.255.240.0 /20
（此处子网掩码是B类子网掩码）
网络地址为10.0.0.0
求：
①可划分多少子网
②每个子网中可容纳多少台主机
③有哪些合法子网地址
④每个子网的广播地址
⑤有多少有效主机地址

• 回答问题①： <br />
  划分的子网数量 = 2^x （x是掩码位，即掩码位中二进制位是“1”的位数）
  A类IP地址的缺省子网掩码为255.0.0.0，共8个二进制位是“1”，已知条件②表示共有20个二进制位是“1”，多的12个就是掩码位扩充得到的。
  因此，划分的子网数量 = 2^12，即可划分4096个子网。<br />

• 回答问题②： <br />
  主机数 = 2^y-2（y是主机位，即子网掩码中二进制位是“0”的位数）
  子网掩码一共只有32个二进制位，其中20个二进制位是“1”，那么二进制位是“0”的位数有32-25，即12个。
  因此，可容纳的主机数 = 2^12-2，即4094台主机。

• 回答问题③： <br />
  合法子网号 = 256-十进制的子网掩码掩码位
  已知是A类IP地址，那么缺省子网掩码是255.0.0.0，已知是B类子网掩码255.255.240.0，则十进制掩码位是240。
  因此，合法子网号 = 256-240 = 16，即合法子网地址为10.0.0.0、10.0.16.0、10.0.32.0、10.0.48.0……共4096个。

• 回答问题④： <br />
  子网广播地址 = 下一个子网地址-1
  已知合法子网地址为10.0.0.0、10.0.16.0、10.0.32.0、10.0.48.0……
  因此，子网的广播地址分别是10.0.15.255、10.0.31.255、10.0.47.255……。

• 回答问题⑤： <br />
  有效主机地址 = 介于子网地址和广播地址之间的所有地址
  因此，有效主机地址是10.0.0.1-10.0.15.254、10.0.16.1-10.0.31.254、10.0.32.1-10.0.47.254、10.0.48.1-10.0.62.254……

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