计算机网络如何计算子网掩码

IP地址是以网络号和主机号来表示网络上的主机的，只有在一个网络号下的计算机之间才能“直接”互通，不同网络号的计算机要通过网关（Gateway）才能互通。但这样的划分在某些情况下显得并不十分灵活。为此IP网络还允许划分成更小的网络，称为子网（Subnet），这样就产生了子网掩码。子网掩码的作用就是用来判断任意两个IP地址是否属于同一子网络，这时只有在同一子网的计算机才能"直接"互通。那么怎样确定子网掩码呢？

前面讲到IP地址分网络号和主机号，要将一个网络划分为多个子网，因此网络号将要占用原来的主机位，如对于一个C类地址，它用24位来标识网络号，要将其划分为2个子网则需要占用1位原来的主机标识位。此时网络号位变为25位，主机标示变为7位。同理借用2个主机位则可以将一个C类网络划分为4个子网……那计算机是怎样才知道这一网络是否划分了子网呢？这就可以从子网掩码中看出。子网掩码和IP地址一样有32bit，确定子网掩码的方法是其与IP地址中标识网络号的所有对应位都用"1"，而与主机号对应的位都是"0"。如分为2个子网的C类IP地址用25位来标识网络号，则其子网掩码为：11111111 11111111 11111111 10000000即255.255.255.128。于是我们可以知道，A类地址的缺省子网掩码为255.0.0.0,B类为255.255.0.0,C类为255.255.255.0。下表是C类地址子网划分及相关子网掩码：

子网位数 　子网掩码主机数 可用主机数

1 　255.255.255.128 　128 　 126

2 　255.255.255.192　 64 　 62

3 　255.255.255.224 　32 　 30

4 　255.255.255.240 　16 　14

5　 255.255.255.248 　8 　 6

6 　255.255.255.252 　4　 　 2

你可能注意到上表分了主机数和可用主机数两项，这是为什么呢？因为当地址的所有主机位都为"0"时，这一地址为子网的网络地址，而当所有主机位都为"1"时为广播地址。

同时我们还可以使用可变长掩码（VLSM）就是指一个网络可以用不同的掩码进行配置。这样做的目的是为了使把一个网络划分成多个子网更加方便。在没有VLSM的情况下，一个网络只能使用一种子网掩码，这就限制了在给定的子网数目条件下主机的数目。例如你被分配了一个C类地址，网络号为192.168.10.0,而你现在需要将其划分为三个子网,其中一个子网有100台主机,其余的两个子网有50台主机。我们知道一个C类地址有254个可用地址，那么你如何选择子网掩码呢？从上表中我们发现，当我们在所有子网中都使用一个子网掩码时这一问题是无法解决的。此时VLSM就派上了用场，我们可以在100个主机的子网使用255.255.255.128这一掩码，它可以使用192.168.10.0到192.168.10.127这128个IP地址，其中可用主机号为126个。我们再把剩下的192.168.10.128到192.168.10.255这128个IP地址分成两个子网，子网掩码为255.255.255.192。其中一个子网的地址从192.168.10.128到192.168.10.191,另一子网的地址从192.168.10.192到192.168.10.255。子网掩码为255.255.255.192每个子网的可用主机地址都为62个，这样就达到了要求。可以看出合理使用子网掩码，可以使IP地址更加便于管理和控制。

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定义子网掩码

用于子网掩码的位数决定于可能的子网数目和每个子网的主机数目。在定义子网掩码前，必须弄清楚本来使用的子网数和主机数目。

定义子网掩码的步骤为：

A、确定哪些组地址归我们使用。比如我们申请到的网络号为 “210.73.a.b”，该网络地址为c类IP地址，网络标识为“210.73.a”，主机标识为“b”。

B、根据我们所需的子网数以及将来可能扩充到的子网数，用宿主机的一些位来定义子网掩码。比如我们需要12个子网，将来可能需要16个。用第四个字节的前四位确定子网掩码。前四位都置为“1”，即第四个字节为“11110000”，这个数我们暂且称作新的二进制子网掩码。

C、把对应初始网络的各个位都置为“1”，即前三个字节都置为“1”，则子网掩码的间断二进制形式为：“11111111.11111111.11111111.11110000” 。

D、把这个数转化为间断十进制形式为：“255.255.255.240” 。

计算方式

由于子网掩码的位数决定于可能的子网数目和每个子网的主机数目。在定义子网掩码前，必须弄清楚本来使用的子网数和主机数目。

根据子网数

利用子网数来计算

在求子网掩码之前必须先搞清楚要划分的子网数目，以及每个子网内的所需主机数目。

1)将子网数目转化为二进制来表示

2)取得该二进制的位数，为 N

3)取得该IP地址的类子网掩码，将其主机地址部分的前N位置1 即得出该IP地址划分子网的子网掩码。

如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成27个子网：

1)27=11011

2)该二进制为五位数，N = 5

3)将B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址前5位置1（B类地址的主机位包括后两个字节，所以这里要把第三个字节的前5位置1），得到 255.255.248.0

即为划分成27个子网的B类IP地址 168.195.0.0的子网掩码（实际上是划成了32-2=30个子网）。

这一段介绍的是旧标准下计算的方法，关于旧的标准后文在介绍，在新标准中则可以先将27减去1，因为计算机是从0开始计算的，从0到27实际上是有28个，所以说如果需要27个就需要将27减去1。

根据主机数

利用主机数来计算

1)将主机数目转化为二进制来表示

2)如果主机数小于或等于254（注意去掉保留的两个IP地址），则取得该主机的二进制位数，为 N，这里肯定N<8。如果大于254，则 N>8，这就是说主机地址将占据不止8位。

3)使用255.255.255.255来将该类IP地址的主机地址位数全部置1，然后从后向前的将N位全部置为 0，即为子网掩码值。

如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成若干子网，每个子网内有主机700台：

1. 700=1010111100

2)该二进制为十位数，N = 10

3)将该B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址全部置1，得到255.255.255.255

然后再从后向前将后10位置0,即为： 11111111.11111111.11111100.00000000

即255.255.252.0。这就是该欲划分成主机为700台的B类IP地址168.195.0.0的子网掩码。

子网掩码最直接的作用是判断IP地址与另一个IP地址是否在同一个网段内。

下面先简单看一个电脑上IP的基本配置

IP地址：192.168.0.5

子网掩码：255.255.255.0

默认网关：192.168.0.1

如上的例子，IP地址、子网掩码、默认网关。假如现在上边的电脑A（IP地址192.168.0.5）要给电脑B（IP地址为192.168.0.22）发送数据，首先A将数据发到路由器，路由器经过判断B的地址和A的地址在同一个网段内，然后路由器就将数据直接发送给B。

路由器具体使用子网掩码来判断IP地址是先将这些IP地址和子网掩码都换成二进制，然后按照子网掩码的最长位数的1来比较。

第一步：转换为二进制

A的IP地址：11000000，10101000，00000000，00000101

子网掩码：11111111，11111111，11111111，00000000

B的IP地址：11000000，10101000，00000000，00010110

第二步：按照子网掩码最长1来比较

看上边的内容，子网掩码在左边一共有24位为1，那这样的意思就是如果两个IP地址的前24位都相同的话，那这两个IP地址就是在同一个网段内，看到我红色标记的A和B的地址都相同，那这就说明A和B在同一个网段内。

再看一个例子，如果还是A地址的数据发到C地址，C的IP地址为192.168.56.21

第一步：转换为二进制

A的IP地址：11000000，10101000，00000000，00000101

子网掩码：11111111，11111111，11111111，00000000

C的IP地址：11000000，10101000，00111000，00010101

第二步：按照子网掩码最长1来比较

看上边的A和C，按照子网掩码的要求，如果C的前24位和A的前24位都相同的话，那么A和C才是同一网段的，看上边C的地址，我用蓝色来标注不同的位数，这样A 和C就不在同一个网段内，路由器就不能直接把A要发给C的数据直接经过一个路由器给发送过去，这样路由器就要先将A的数据转发到另外一个路由器（一个不行就继续往下发），然后再发到C上。

问题扩展：

一：上边的例子中子网掩码为255.255.255.0，那么能不能把子网掩码给修改呢，完全可以。

在上边A和C的例子中，如果把子网掩码改成255.255.0.0，再看一下

A的IP地址：11000000，10101000，00000000，00000101

子网掩码：11111111，11111111，00000000，00000000

C的IP地址：11000000，10101000，00111000，00010101

这样A和C就在同一个网段内了

二：扩展子网

在一个公司或者学校内部，已经分配好了网络号，按照内部行政结构的不同，再将网络分配成子网络号。

举例：如果一个公司主机已经分配好的网络按照255.255.0.0的子网掩码来区分主机号，现在由于公司有两个部门，想要按照部门来划分成两个子网络来，那么可以简单的用子网掩码来划分。现在来考虑，有两个部门，按照二进制的做饭，那么只要有一位的数字0和1来区分就可以了。

按照255.255.0.0(11111111，11111111，00000000，00000000)来划分，前边了16位是网络号，按照子网掩码是按照最长1来匹配，那么现在就在17位划分位0和1来区分成两个。那么可以给一个部门的子网掩码划分为255.255.128.0，另一个划分为255.255.0.0，用二进制来比较一下

255.255.0.0：11111111，11111111，00000000，00000000

255.255.128.0：11111111，11111111，10000000，00000000

这样就简单的将两个部门来划分开了

三：路由的时候选择最长1来匹配

路由的时候为什么选择最长1来匹配，理由是这样的：如果是在好几个可以匹配的网段内（还是按照子网掩码）选择最长的那个，可以很快的找到匹配。如果是按照最短的，那么需要匹配的主机就多，还有一种可能是一个路由器转发不了，还要换另一个路由，很可能造成包在网络内循环，最后直至包被丢弃。

四：网关的概念

在开始的例子中提到默认网关的概念，先来看网关的概念。

网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址，网关的IP地址是具有路由功能的设备的IP地址，按照上边的192.168.0.1网关的例子，网关就是有那么一台机子或者是PC机或者是服务器它的IP地址是192.168.0.0，这个设备有路由功能。按照这个理论，一个设备的IP必须和自己的网关在同一个网段内，这是必须的。

说完网关，再说默认网关，默认二字就没有太多解释的了，这里举例说明：网关可能不止一个，有网关一、网关二等等，默认网关就是选择其中之一做为默认值。

作者：吴业鹏
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來源：简书