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子网掩码

定义

互联网由许多小型网络组成，每个网络上都有多个主机，形成了一个分层的结构。IP地址在设计时考虑到了这种层次性，将每个IP地址划分为网络号和主机号两部分，以便于寻址操作。
在IP地址中，网络号和主机号的划分并不是直接确定的，而是需要使用子网掩码来定义。子网掩码不能单独存在，必须与IP地址结合使用，才能确定网络地址和主机地址。

作用

子网掩码的作用是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。这样，在数据传输过程中，路由器能够根据网络地址进行寻址，确保数据包能够准确传输到目标子网内的正确主机。

规则

子网掩码与IP地址长度相同，均为32位。在二进制表示中：

• 左侧部分为网络位，用二进制“1”表示。
• 右侧部分为主机位，用二进制“0”表示。

表示方法

子网掩码的表示方法有两种：

点分十进制表示

与IP地址的表示方式相同，例如：

• 255.0.0.0
• 255.255.255.128

CIDR表示法（无类别域间路由）

在IP地址后加上“/”符号和1-32之间的数字，表示网络位的长度。例如：

• 192.168.1.1/24 的子网掩码可以表示为 255.255.255.0
• 10.0.0.1/16 的子网掩码为 255.255.0.0
• /24 表示前 24 位是网络号，后 8 位是主机号。

子网掩码示例

示例1：

• IP地址：192.168.1.1
• 子网掩码：255.255.255.0
• 二进制表示：11111111.11111111.11111111.00000000
  • 1的部分（前24位）表示网络号
  • 0的部分（后8位）表示主机号
  • 可用主机数量计算公式：2^n - 2，其中 n 是主机位的位数。
  • 计算：2^8 - 2 = 256 - 2 = 254。

示例2：

• IP地址：10.0.0.1/16
• 子网掩码：255.255.0.0
• 二进制表示：11111111.11111111.00000000.00000000
  • 1的部分（前16位）表示网络号
  • 0的部分（后16位）表示主机号
  • 可用主机数量计算：2^16 - 2 = 65536 - 2 = 65534

计算公式

为什么是 2^n - 2？
在计算可用IP地址数量时，n 代表主机位数，理论上可以提供 2^n 个地址。但实际使用中，有两个特殊地址不能分配给普通主机：

• 网络地址（全为0）：用于标识子网本身，不能分配给设备。
• 广播地址（全为1）：用于向该子网内的所有主机发送广播信息。

因此，可用IP地址数量计算公式为：可用IP数=2n−2可用IP数 = 2^n - 2

常见子网掩码及可用IP数量

子网掩码	主机位数字	可用 IP 地址数量计算	实际可用 IP 数量
255.255.255.0	8	2^8 - 2	254
255.255.0.0	16	2^16 - 2	65534
255.0.0.0	24	2^24 - 2	16777214

总结

子网掩码在网络划分、IP地址管理和路由规划中起着至关重要的作用。合理使用子网掩码可以提高网络效率，减少广播风暴，并优化IP地址分配。同时，通过CIDR表示法，可以灵活地调整子网的规模，以适应不同的网络需求。