网络基础 | 等长子网划分概述

什么是子网划分？

子网划分定义：Internet组织机构定义了五种IP地址，有A、B、C三类地址。A类网络有126个，每个A类网络可能有16777214台主机，它们处于同一广播域。而在同一广播域中有这么多节点是不可能的，网络会因为广播通信而饱和，结果造成16777214个地址大部分没有分配出去。可以把基于每类的IP网络进一步分成更小的网络，每个子网由路由器界定并分配一个新的子网网络地址,子网地址是借用基于每类的网络地址的主机部分创建的。划分子网后，通过使用掩码，把子网隐藏起来，使得从外部看网络没有变化，这就是子网掩码。

ip地址与子网掩码

我们都知道 ip 地址可以分成网络位和主机位。通过将子网掩码与ip地址做桉位与（&）运算，可以得到我们在网络中所属的网段。

就拿 192.168.0.1/24 这个我们最熟悉的ip地址来说，我们看到在 ip 地址后面有个 /24 ，表示该ip地址有24个 ‘1’ 组成的子网掩码。那么我们通过桉位与（&）运算很容易就能得到他的网络位。

如图所示，在192.168.0.1/24 中网络位为 192.168.0.0。而 192.168.0.1/24 中最后的那个 ‘1’ 表示主机位，我们可以这样认为：所有可以上网的主机都有一张通行证（ip地址），那么网络位表示他们所处的网段（类比我们生活中家庭住址），最后的主机为就是编号（类比我们的门牌号）。知道了这些信息后，我们就可以得出这个编号为 ‘1’ 的计算机住在网段为 192.168.0.0 的网段。

网段是什么？

• 同一网段，就好比身处同一个村子，村里人互相往来很方便（单播）。如果有什么重要的事情要通知全村，只需要大喊一声全村人都能听到你的讲话（广播）。
• 不同网段，就好比两个不同的村子，两村人互相交流沟通就很麻烦了，并且你大喊一声不可能两个村子都能听到（无法广播）。此时，如果A村的a想和B村的b通信（好比写信），a只能把信交给守在村口送信的人（路由器），因为他知道怎么从A村到B村。

现在的 192.168.0.0 和 192.168.1.0 就好比 A 村和 B 村，他们属于不同的网段，不能直接通信。首先我们要知道的是，划分网段和我们划分省-市-县是一样的，都有其意义和价值。比如，一来网路分段可以提供良好的通讯寻址方式，二来网络分段可以确保数据和IT资产安全。

子网划分

继续拿192.168.0.0这个网段来说。在这个网段中有四位点位十进制数，前三位都用来标识网络地址，而供分配的主机号只有一位十进制数字（1-255）大小。而我们实际使用很难做到完美分配这些资源。这就像你有一间大仓库，而你现在只需使用仓库几平米的位置放点东西，而整个仓库还剩下很大一部分没有使用。
正常人的做法就是把仓库划分成不同区域，下次还能继续使用。
而计算机不这么想，它在划分资源的时候是一次性划分的，也就是一次性全部把资源分配出去。

而子网划分就是用来解决这种问题的。

在子网掩码中加上一个 ‘1’ ，此时的主机数量的取值范围就从之前的 1–254(注：全0为网络网段，全1为广播地址) 变成 1–126，129–254 两个范围。每个范围容纳 2⁷- 2 = 216 个主机

• 192.168.0.0–192.168.0.127 为划分后的第一个子网
  子网范围：11000000.10101000.00000000.00000000 ---- 11000000.10101000.00000000.‭01111111‬ 192.168.0.0–192.168.0.127
  主机范围：11000000.10101000.00000000.00000001 ---- 11000000.10101000.00000000.‭01111110‬ 192.168.0.1–192.168.0.126
• 192.168.0.128–192.168.0.255 为划分后的第二个子网
  子网范围：11000000.10101000.00000000.10000000 ---- 11000000.10101000.00000000.‭11111111 192.168.0.128–192.168.0.255
  主机范围：11000000.10101000.00000000.10000001 ---- 11000000.10101000.00000000.‭11111110 192.168.0.129–192.168.0.254

同理，将子网掩码再次加一还能将子网继续划分下去。

子网划分的规律

ip地址虽然常常用十进制表示，但实质上它是一串二进制数。我们把32位二进制ip地址拆分为4段，每一段都有8个二进制，最大可到 11111111（255），最小可到 00000000（0）。接下来，我们用一段线段来模拟子网划分，并总结出规律。

针对一段 8 位的二进制地址，对应十进制子网掩码和可划分的子网。

以下为对应子网掩码与网段的划分情况。其中的 1/2、1/4…表示将整个 0–255网段划分成多少份。

• 0划分1个网段，子网掩码24位
  子网掩码： 0000 0000   0
  主机总数：2⁸ - 2 = 254
• 128划分2个网段，子网掩码25位，最后一个网段从 128 开始
  子网掩码： 1000 0000  128  1/2
  主机总数：2⁷ - 2 = 126
• 192划分4个网段，子网掩码26位，最后一个网段从 192 开始
  子网掩码： 1100 0000  192  1/4
  主机总数：2⁶ - 2 = 62
• 224划分8个网段，子网掩码27位，最后一个网段从 224 开始
  子网掩码： 1110 0000  224  1/8
  主机总数：2⁵ - 2 = 30
• 240划分16个网段，子网掩码28位，最后一个网段从 240 开始
  子网掩码： 1111 0000  240  1/16
  主机总数：2⁴ - 2 = 14
• 248划分32个网段，子网掩码29位，最后一个网段从 248 开始
  子网掩码： 1111 1000  248  1/32
  主机总数：2³ - 2 = 6
• 252划分64个网段，子网掩码30位，最后一个网段从 252 开始
  子网掩码： 1111 1100  252  1/64
  主机总数：2² - 2 = 2

例如，在C类网络中，子网掩码 255.255.255.x

子网掩码	子网划分情况	二进制子网掩码	十进制子网掩码
子网掩码全0	没有划分子网	0000 0000	0
子网掩码首位加一	划分2个子网	1000 0000	128
子网掩码首位加二	划分4个子网	1100 0000	192
子网掩码首位加三	划分8个子网	1110 0000	224
子网掩码首位加四	划分16个子网	1111 0000	240
……	…32…	1111 1000	248

规律：

1. 每次子网掩码首位加一，划分网段加倍。
2. 划分网段个数为：255/(255-x)
   如：255.255.255.192–> 255-192=64、255/64=4
    则，总共分为四段网段(步长为64) 0-63、64-127、128-191、192-155
3. 总地址数为掩码反码中1的数目的 2^n 个
   如：255.255.255.192–> x.x.x.1111 0000; 反码x.x.x.0000 1111
    地址总数：2^4=64 ，即每个网段64个ip地址
4. 主机数为 总地址数 - 2
   其中，主机位全0位网络为，全1位广播位，则实际主机数量要减2，可取范围为
    x.x.x.1-62、65-126、129-190、193-254

子网范围计算

比如，现有 ip 地址 192.168.0.1/25 ，计算该网段的子网范围及可用主机范围。
第4字节上的增量 : 256-192=64 (1/4)
  子网地址：192.168.0.0----192.168.0.64----192.168.0.128----192.168.0.192
最小主机地址：192.168.0.1----192.168.0.65----192.168.0.129----192.168.0.193
最大主机地址：192.168.0.62—192.168.0.126—192.168.0.190—192.168.0.254
  广播地址：192.168.0.63—192.168.0.127—192.168.0.191—192.168.0.255