三、网络掩码(Netmask)

1、网络掩码概述

网络掩码(Netmask)又称子网掩码(Subnet Mask)网络掩码为32 bit，与IP地址的位数一样，通常也以点分十进制数来表示。

子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。

说的通俗的话，就是用来分割子网和区分哪些IP是同一个网段的，哪些不是同一网段的。

通常将网络掩码中1的个数称为这个网络掩码的长度。如∶掩码0.0.0.0的长度是0，掩码252.0.0.0的长度是6。

网络掩码一般与IP地址结合使用，其中值为1的比特对应IP地址中的网络位;值为0的比特对应IP地址中的主机位，来识别一个IP地址中的网络位与主机位。

即：网络掩码中1的个数就是IP地址的网络号的位数，0的个数就是IP地址的主机号的位数。

(1)子网掩码的组成

同IP地址一样，子网掩码是由长度为32位二进制数组成的一个地址。

子网掩码32位与IP地址32位相对应，IP地址如果某位是网络地址，则子网掩码为1，否则为0

IP地址：192.168.1.111 子网掩码：255.255.255.0

①转换为二进制 

1100 0000. 1010 1000. 0000 0001. 0110 1111   地址

1111 1111. 1111 1111. 1111 1111. 0000 0000   掩码

②子网掩码为1 所对应的IP地址那一位，则为网络位，子网掩码为0 所对应的位主机位。 24位网络位 8个主机位

注：左边连续的1的个数代表网络号的长度，(使用时必须是连续的，理论上也可以不连续)，右边连续的0的个数代表主机号的长度。

(2)子网掩码的表示方法

①点分十进制表示法  二进制转换十进制，每8位用点号隔开

例如：子网掩码二进制11111111.11111111.11111111.00000000，表示为255.255.255.0

②CIDR斜线记法  IP地址/n

例1：192.168.1.100/24，其子网掩码表示为255.255.255.0，二进制表示为11111111.11111111.11111111.00000000

例2：172.16.198.12/20，其子网掩码表示为255.255.240.0，二进制表示为11111111.11111111.11110000.00000000

不难发现，例1中共有24个１，例2中共有20个１，所以n是这么来的。运营商ISP常用这样的方法给客户分配IP地址。

注：n为1到32的数字，表示子网掩码中网络号的长度，通过n的个数确定子网的主机数=2^(32-n)-2(-2的原因：主机位全为0时表示本网络的网络地址，主机位全为1时表示本网络的广播地址，这是两个特殊地址)。

在实际项目中，我们通常会遇到这样的IP地址。

ip地址：192.168.1.1 子网掩码：255.255.255.0

ip地址：192.168.1.2 子网掩码：255.255.255.0

案例1：我们可以直接的判断，他们是同属于一个网段的IP地址。那么对于下面这样的呢？

ip地址：192.168.1.1 子网掩码：255.255.255.0

ip地址：192.168.1.2 子网掩码：255.255.0.0

这两个ip地址虽然在不看掩码的情况下，比较像，但他们并不是同一个网段内的。这个可以从子网掩码来判断，

192.168.1.1   255.255.255.0  是属于192.168.1.0网段。

192.168.1.2   255.255.0.0    是属于192.168.0.0网段。

2、子网掩码作用

①子网掩码(Subnet Mask)又叫网络掩码、地址掩码，必须结合IP地址一起对应使用。

②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。

③子网掩码和IP地址做“与”运算，分离出IP地址中的网络地址和主机地址，用于判断该IP地址是在本地网络上，还是在远程网络网上。

④子网掩码还用于将网络进一步划分为若干子网，以避免主机过多而拥堵或过少而IP浪费。

3、子网掩码的分类

(1)缺省(默认)子网掩码

缺省子网掩码(默认子网掩码)，即未划分子网，对应的网络号的位都置 1 ，主机号都置 0 。

"有类编址"的地址划分过于死板，划分的颗粒度太大，会有大量的主机号不能被充分利用，从而造成了大量的IP地址资源浪费。

未做子网划分的IP地址：网络号＋主机号

A类网络缺省子网掩码： 255.0.0.0，用CIDR表示为/8

B类网络缺省子网掩码： 255.255.0.0，用CIDR表示为/16

C类网络缺省子网掩码： 255.255.255.0，用CIDR表示为/24

(2)自定义子网掩码

将一个网络划分子网后，把原本的主机号位置的一部分给了子网号，余下的才是给了子网的主机号。即VLSM(Variable Length Subnet Mask)，可变长子网掩码。将一个大的有类网络，划分成若干个小的子网，使得IP地址的使用更为科学,减少地址浪费。

做子网划分后的IP地址：网络号＋子网号＋子网主机号

举个栗子：192.168.1.100/25，其子网掩码表示：255.255.255.128

意思就是将192.168.1.0这个网段的主机位的最高1位划分为了子网。

4、网段

网段(network segment)：在没有路由器的情况下，两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的，

即使是两个网络连接在同一台交换机(或集线器)上，TCP/IP协议也会根据子网掩码(255.255.255.0)判定两个网络中的主机处在不同的网络里。

子网掩码和IP地址的关系

子网掩码是用来判断任意两台主机的IP地址是否属于同一网络的依据，就是拿双方主机的IP地址和自己主机的子网掩码做与运算，如结果为同一网络，就可以直接通信。

And按位与运算：

与运算是计算机中一种基本的逻辑运算方式，符号表示为&，也可以表示为 and。

参加运算的两个数据，按二进制位进行“与”运算。

运算规则：0&0=0；0&1=0；1&0=0；1&1=1；即：两位同时为“1”，结果才为“1”，否则为0

举例：192.168.1.1-192.168.1.2就是一个网段，类似于一个ip到另一个ip。是否同一网段判断：

要在同一网段，必须是网络标识(网络号)相同。

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(相与)就可以了。

AND方法：0 and 1＝0； 0 and 0＝0； 1 and 1＝1；

如：192.168.0.1，255.255.255.0，先转换为二进制，然后AND每一位

IP : 192.168.0.1 -> 11000000.10101000.00000000.00000001

子网掩码: 255.255.255.0 -> 11111111.11111111.11111111.00000000

AND结果: 11000000.10101000.00000000.00000000 转换为十进制192.168.0.0，这就是网络标识。

在实际项目中，我们通常会遇到这样的ip地址。

ip地址：192.168.1.1 子网掩码：255.255.255.0

ip地址：192.168.1.2 子网掩码：255.255.255.0

我们可以直接的判断，他们是同属于一个网段的ip地址。那么对于下面这样的呢？

ip地址：192.168.1.1 子网掩码：255.255.255.0

ip地址：192.168.1.2 子网掩码：255.255.0.0

这两个ip地址虽然在不看掩码的情况下，比较像，但并不是同一个网段的。可以从子网掩码来判断，

192.168.1.1 255.255.255.0是属于192.168.1.0网段。

192.168.1.2 255.255.0.0是属于192.168.0.0网段。

如何根据掩码来确定ip地址网段

如何根据IP地址和子网掩码，计算网络地址：

将IP地址与子网掩码转换成二进制数。

②、将二进制形式的 IP 地址与子网掩码做“与”运算。

③、将得出的结果转化为十进制，便得到网络地址。

网络地址计算小技巧：IP地址和子网掩码做与运算，把IP地址的主机位直接归0，就快速得到网络地址。所以只要一看到IP地址和子网掩码，就能马上确认网络地址。

ip地址：192.168.1.1 子网掩码：255.255.255.0

ip地址：192.168.2.1 子网掩码：255.255.255.0

以上地址可以直观的判断，他们并不属于同一个网段，那么如何计算呢？

要想判断两个ip地址是不是在同一个网段，只需将ip地址与子网掩码做与运算，如果得出的结果一样，则这两个ip地址是同一个子网当中。

详细计算

将ip地址192.168.1.1转换为二进制       11000000 10101000 00000001 00000001

将子网掩码255.255.255.0转换成二进制   11111111.11111111.11111111.00000000

将两者相“与(and)"运算得到结果：  11000000 10101000 00000001 00000000

转换成网络号就是：             192   . 168    .       1. 0

将ip地址192.168.2.1转换为二进制       11000000 10101000 00000010 00000001

将子网掩码255.255.255.0转换成二进制   11111111.11111111.11111111.00000000

将两者相“与(and)"运算得到结果：   11000000 10101000 00000010 00000000

转换成网络号就是：             192    .168     .      2 . 0

二者的结果不一样，一个是网段192.168.1.0，一个是网段192.168.2.0，所以不是一个网段

例2：

ip地址1：192.168.1.1 子网掩码：255.255.252.0

ip地址2：192.168.2.1 子网掩码：255.255.252.0

详细计算

将ip地址192.168.1.1转换为二进制         11000000 10101000 00000001 00000001

将子网掩码255.255.252.0转换成二进制     11111111.11111111.11111100.00000000

然后将两者相“与(and)"运算得到结果：    11000000 10101000 00000000 00000000

转换成网络号就是：                          192     . 168     .  0     . 0

将ip地址192.168.2.1转换为二进制          11000000 10101000 00000010 00000001

将子网掩码255.255.252.0转换成二进制      11111111.11111111.11111100.00000000

然后将两者相“与(and)"运算得到结果：  11000000 10101000 00000000 00000000

转换成网络号就是：                       192   . 168     . 0     . 0

很明显，二者的结果是一样的，都是属于192.168.0.0网段，所以他们是同属于一个网段。

如何根据ip地址推算子网掩码

大部分的情况下，网络中只要不超过254台主机的话，子网掩码都可以设置成255.255.255.0。超过了254台主机的话怎么办呢？

可以划分vlan，也可以设置成一个大网段，划分vlan我们就不说了，上面有例子，设置成一个大网段就有一个难点，如何确定这个大网段里面的子网掩码呢？

例如：假设监控网络中有600个点位，我们不想把它划分vlan(实际项目中大部分是会划分vlan的)，假设只想用一个大网段把这600个点位分配ip地址，如何设置ip地址，如何确实子网掩码？

分析：首先我们知道600个点位，可以使用3个254个ip地址段来分配。

ip段一：192.168.0.1——192.168.0.254

ip段二：192.168.1.1——192.168.1.254

ip段三：192.168.2.1——192.168.2.254  每个网段有254个ip地址，完全够600个点位用的。如果要使这三个ip段在同一个网段内，那么这个大网段共同的子网掩码是多少呢？分析下：

将ip地址192.168.0.1转换为二进制       11000000 10101000 00000000 00000001

将ip地址192.168.1.1转换为二进制       11000000 10101000 00000001 00000001

将ip地址192.168.2.1转换为二进制       11000000 10101000 00000010 00000001

转换成了二进制，三个ip段的二进制前面22位的是不变的，那么可以将他们表示成：

ip段一：192.168.0.1/22

ip段二：192.168.1.1/22

ip段三：192.168.2.1/22

这种192.168.2.x/22形式的ip地址相信大家平时都见过，就是已经告诉了子网掩码了。

也就是说他们共同的子网掩码二进制前面22个都是1。11111111 11111111 11111100 00000000

转换成十进制，那就是255.255.252.0，所以他们共同的子网掩码就是255.255.252.0。

通信时如何衡量是否在同一网段。

1、通信时发送端的主机会使用对方的IP地址加上自己的掩码进行运算，最终计算出对端的网络地址

2. 计算之后，将计算后的网络地址与自己本段的网络地址进行比对，相同，则认为在同一网段，不同，则认为不在同一网段。

5、有类和无类网络，超网和子网

有类网络(主类网络或标准网络)：指把IP地址能归结到的A类、B类、C类IP，使用的是标准的默认子网掩码。

无类网络：相对于有类网络，无类网络IP地址的掩码是变长的。在有类网络的基础上，拿出一部分主机ID作为子网ID。

超网(SuperNetting)：把多个小网络组合成一个大网络。

子网(Subnet)：有类网络划分成更小后的网络。

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