子網(wǎng)掩碼

子網(wǎng)掩碼，也稱為網(wǎng)絡(luò)掩碼和地址掩碼，是計算機網(wǎng)絡(luò)中的一個重要概念。子網(wǎng)掩碼是一個32位二進制數(shù)字，用于表示網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址。對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)地址的所有位都設(shè)置為1，對應(yīng)于主機地址的所有位都設(shè)置為0。

子網(wǎng)掩碼有多種表示方法，包括二進制表示法（如255.255.255.0）、十進制表示法（點分表示法）和CIDR表示法（如“/24“），用于清楚地指定IP地址中的網(wǎng)絡(luò)和主機部分。這些表示用于不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，提供不同級別的準確性和靈活性。

子網(wǎng)掩碼必須與IP地址一起使用，它可以確定IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分和主機部分，以幫助網(wǎng)絡(luò)設(shè)備識別本地網(wǎng)絡(luò)和遠程網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)以下功能:確定網(wǎng)絡(luò)地址、廣播地址、區(qū)分本地和遠程網(wǎng)絡(luò)、支持子網(wǎng)劃分以及確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的正確傳輸和路由。

在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的早期階段，即20世紀60年代至80年代初，沒有引入子網(wǎng)掩碼的概念，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計采用基本的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和地址分配。在這一時期，IPv4地址由類地址方案分配，該方案將IP地址分為A類、B類、C類、D類和E類，這限制了網(wǎng)絡(luò)的靈活性，并導(dǎo)致地址浪費和資源分配不均。因此，有必要引入子網(wǎng)掩碼來合理分配有限的互聯(lián)網(wǎng)資源。

20世紀80年代，子網(wǎng)掩碼的引入賦予了網(wǎng)絡(luò)更大的靈活性和管理能力，使網(wǎng)絡(luò)管理員能夠更仔細地劃分IP地址，從而更有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。子網(wǎng)掩碼的概念將IP地址分為網(wǎng)絡(luò)地址部分和主機地址部分，由二進制中的“1”和“0”組合定義。這種發(fā)展使網(wǎng)絡(luò)管理員可以根據(jù)自己的需求創(chuàng)建更小的子網(wǎng)，從而提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的靈活性并適應(yīng)不同規(guī)模和需求的網(wǎng)絡(luò)。此外，子網(wǎng)掩碼的配置和使用有助于減少地址資源的浪費，增強網(wǎng)絡(luò)的安全性和隔離性。

20世紀90年代，CIDR（無類域間路由）的引入標志著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的巨大進步。在這一時期，子網(wǎng)掩碼的發(fā)展進入了一個新的階段，以處理早期互聯(lián)網(wǎng)中的IP地址分配和路由表管理。傳統(tǒng)的類地址分類（A類、B類、C類）導(dǎo)致了IP地址的浪費和巨大的路由表，因為每個組織都獲得了固定的地址空間，而不考慮實際需求。CIDR引入了可變長度子網(wǎng)掩碼（VLSM），允許根據(jù)需求分配可變數(shù)量的地址，從而更有效地利用地址空間。CIDR的對角線符號（例如/24）指定子網(wǎng)掩碼的長度，這使網(wǎng)絡(luò)管理員能夠更靈活地劃分IP地址。這一創(chuàng)新縮小了路由表的大小，提高了網(wǎng)絡(luò)性能并簡化了路由器配置，已成為現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施不可或缺的一部分。CIDR的出現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和效率產(chǎn)生了深遠的影響，并推動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)朝著更加靈活和高效的方向發(fā)展。

2019年IPv4資源的枯竭標志著互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)。這一事件推動了IPv6的引入。IPv6使用128位地址空間，這為互聯(lián)網(wǎng)提供了廣闊的地址空間以滿足未來需求。IPv6沒有子網(wǎng)掩碼的概念，支持前綴長度的配置，并允許網(wǎng)絡(luò)管理員更好地劃分地址塊。這不僅解決了IPv4資源枯竭的問題，還為未來的網(wǎng)絡(luò)增長提供了可持續(xù)性。目前，IPv6的使用大多是通過隧道通信技術(shù)從IPv4過渡到IPv6。因此，IPv6取代IPv4還需要很長時間，子網(wǎng)掩碼的存在仍然具有重要意義。

點分十進制表示法：這是最常見的子網(wǎng)掩碼表示。它使用四個十進制數(shù)字，每個數(shù)字的范圍從0到255，代表子網(wǎng)掩碼的四個8位組成部分。將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)的方法是將每個二進制位與其對應(yīng)的權(quán)重相乘，然后將結(jié)果相加。例如，二進制數(shù)11011010被轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)218。例如，子網(wǎng)掩碼二進制111111111 . 1111111 . 111111 . 0000000表示為255.255.255.0。

CIDR對角線符號：CIDR（無類域間路由）表示法通常是IP地址后跟一個斜杠和一個數(shù)字，數(shù)字表示子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)標識部分的位數(shù)，即這32位數(shù)字中有多少位是1。在傳統(tǒng)的IP地址分配中，IP地址通常分為類，如A類、B類、C類等。每個類別都有固定數(shù)量的主機和網(wǎng)絡(luò)地址。然而，CIDR引入了一種更靈活的方法，它不再依賴于固定的類別，而是允許網(wǎng)絡(luò)管理員根據(jù)需要分配任意數(shù)量的地址。

示例1: 192.168.1.100/24，子網(wǎng)掩碼表示為255.255.255.0，二進制表示為1111111111111111110000，前24位為1。

示例2: 172.16.198.12/20，子網(wǎng)掩碼表示為255.255.240.0，二進制表示為11111111111111111111100000，前20位為1。

CIDR表示法更加靈活，可以更準確地表示子網(wǎng)掩碼長度。

子網(wǎng)掩碼地址劃分的原理：IPv4網(wǎng)絡(luò)中子網(wǎng)掩碼的工作原理是通過32位IP地址與對應(yīng)的32位子網(wǎng)掩碼之間的逐位邏輯與運算，將IP地址分為兩部分:網(wǎng)絡(luò)部分和主機部分。子網(wǎng)掩碼中的“1”位和IP地址中的相應(yīng)相位將生成網(wǎng)絡(luò)標識部分，而子網(wǎng)掩碼中的“0”位和IP地址中的相應(yīng)相位將生成主機標識部分。而運算是計算機中一種基本的邏輯運算方式。符號是&，它也可以表示為和。參與運算的兩個數(shù)據(jù)根據(jù)二進制位進行“與”運算。運算規(guī)則:0 & 0 = 0；0&1=0;1&0=0;1&1=1;也就是說，如果兩位數(shù)都是“1”，結(jié)果將是“1”，否則將是0。

子網(wǎng)掩碼

例如，對于IP地址192.168.10.11和子網(wǎng)掩碼255.255.0，and運算得到的網(wǎng)絡(luò)地址是192.168.10.0，這意味著IP地址屬于192.168.10.0的網(wǎng)絡(luò)，主機地址部分是11，即在此網(wǎng)絡(luò)中。

子網(wǎng)掩碼劃分子網(wǎng)的原理：子網(wǎng)劃分是通過借用IP地址的幾個主機位作為子網(wǎng)地址來實現(xiàn)的，從而將原來的網(wǎng)絡(luò)劃分為幾個子網(wǎng)。劃分子網(wǎng)時，隨著借用主機數(shù)量的增加，子網(wǎng)數(shù)量增加，而每個子網(wǎng)中的可用主機數(shù)量逐漸減少。

子網(wǎng)劃分方法:確定要劃分的子網(wǎng)數(shù)量以及每個子網(wǎng)所需的主機數(shù)量。計算所需的子網(wǎng)位和主機位，通常以二進制形式表示。根據(jù)原始子網(wǎng)掩碼，將主機地址的第一部分設(shè)置為全1或最后一部分設(shè)置為全0，以獲得子網(wǎng)劃分后的子網(wǎng)掩碼。根據(jù)需要，您可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求和資源的有效利用率，選擇使用更多的主機位作為子網(wǎng)位或主機地址位。

例如，B類網(wǎng)絡(luò)135.41.0.0/16需要劃分為20個網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)可以容納200臺主機。