一、干什么用的

首先， IP地址分成两部分，网络位和主机位，我们可以把IP地址看作学号，学校把一串学号分给一个学院，学院再分给每个人，也可以按班再分给个人

IP地址根据容纳的地址数量有如下划分，这就是分类网络，用于解决IP地址浪费的问题

image.png
子网其实是在分类网络出现之前，允许一个单一的站点能拥有多个局域网。即使后来引入了分类网络后，我们依然可以把所有主机分为几个子网，可以类比于班级

这就可以引出子网掩码了，我们可以把 192.168.1.0 当作一串学号分给通信学院 2018 级，可以分配给 256 个人（不考虑不可用的IP号），一共四个班，每个班64人

  • 192.168.1.0 - 192.168.1.63 给一班
  • 192.168.1.64 - 192.168.1.127 给二班
  • 192.168.1.128 - 192.168.1.191 给三班
  • 192.168.1.192 - 192.168.1.255 给四班

我们可以使用子网掩码来表示每个班的学号段

  • 一班 192.168.1.0/26
  • 二班 192.168.1.64/26
  • 三班 192.168.1.128/26
  • 四班 192.168.1.192/26

二、怎么使用

上面的 /26 就是子网掩码，子网掩码其实形式上和IP地址一样，在IPv4里都是4组8位二进制数，只是连续的1和0

/26 是一种简写方法，叫做无类别域间路由（CIDR）表示法。表示从左到右连续26个1，其余为0，也就是6个0。用一般形式写出来就是255.255.255.192，192=256-2

为什么可以用192.168.1.0/26来表示一班的学号段？
把192.168.1.0和192.168.1.63换成二进制，可以很容易看出这两个前26位都是相同的，换句话说就是只有后6位是不同的，00000000到00111111。把192.168.1.64和192.168.1.127换成二进制也是一样的，01000000到01111111。而这6位的不同就足以表示64个学号，其实有点像上面的分类网络，每个班也就前几位不一样，分为了00，01，10，11四个班，可以叫做子网号

为什么子网掩码是26？这就牵扯到如何计算子网掩码了。

  • 根据子网数
    • 4个班，就需要2位不一样，00，01，10，11四个班，就是排列一下，如果是5个班就需要3位不一样了。而不一样的这几位恰巧要作为子网号，用来表示不同子网，子网号连同网络号都默认为1，其余为0。所以子网掩码为26=24+2
  • 根据子网需要容纳的主机数
    • 由于实际应用中，192.168.1.0和192.168.1.255是不会分配主机的。所以这里我们假定每个班只有60人。前面说了，每个班每个人学号的不同就是最后几位的区别，不同的这几位排列起来就是个数。60肯定也要当作64来算，需要6位，所以子网掩码为26=32-6

同理，我们也可以根据子网掩码来计算

  • 最大有效子网数
    • 就用192.168.1.0/26来举例，本身C类网络号就占来24位，只留下来2位用作子网号，所以最大有效子网数4=2
  • 最大可用主机数
    • 最大可用主机数需要减去不可用的两个，但我觉得并不是每一个子网都需要这么做。直接看为0的那几位，最大可用子网络62=2-2
  • 子网络的起始地址
    • 只需要知道每个子网络的主机数即可，这里可以不用考虑不可用的IP地址

子网掩码的计算题很多，这个网站是用来快速计算的工具

三、为什么需要

发现没有，同一个班的学生学号和子网掩码进行按位与运算（同时为1才为1，否则为0），结果是一样的，我们就知道这是一个班的学生了，这是最大的作用，可以用来判断是否在同一子网中，同一子网就能 Ping 通。

现如今，每个IP不管是不是处于子网络，都必须默认一个子网掩码

  • A类：/8
  • B类：/16
  • C类：/24
  • D类和E类没有定义子网掩码，但是可以用/4修饰

这时的作用就是快速判断网络号，只需要按位与一下即可

  • 这里有点问题，网络号并不包括前面的前缀，后面题的解释我可能都说错了。
    • A类是0，7位网络号
    • B类是10，14位网络号
    • C类是110，21位网络号

附、分类网络

  • A类地址（0.0.0.0到127.255.255.255），可以使用的网络号有2-2个（全0的网络号表示本网络，127的网络号用于本地软件环回测试，说人话就是不通往外网，127.0.0.1作为本地机，结合端口号可用于本地程序间通信）。每个网络号可以分配给2-2个主机，可用的主机地址总是2N - 2（N是所用的位数，全0表示当前主机，比如192.168.1.0，全1表示该网络上的所有主机，比如127.255.255.255）
  • B类地址（128.0.0.0到191.255.255.255），可以使用的网络号有2-1个（128.0不使用）。每个网络号可以分配给22个主机
  • C类地址（192.0.0.0到223.255.255.255），可以使用的网络号有2-1个（192.0.0不使用）。每个网络号可以分配给2-2个主机，我们一般就是用的C类
  • D类地址（224.0.0.0到239.255.255.255），用于组播
  • E类地址（240.0.0.0到255.255.255.254），保留地址，一般不用，255.255.255.255 是广播地址。
  • 私有地址，一般用于内网 IP
    • 10.0.0.0~10.255.255.255 = 10.0.0.0/8
    • 172.16.0.0~172.31.255.255 = 172.16.0.0/12
    • 192.168.0.0~192.168.255.255 = 192.168.0.0/16