IP地址和子网划分（二）——《子网掩码详解》
一、子网掩码
IP地址是以网络号和主机号来标识网络上的主机的，我们把网络号相同的主机称之为本地网络，网络号不同的主机称之为远程网络主机，本地网络中的主机可以直接相互通信；远程网络中的主机要互相通信必须通过本地网关（Gateway）来传递转发数据。
1、子网掩码的概念及作用
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和其他子网的关系，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，还是远程网络上。
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浪费。
2、子网掩码的组成
①、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。
②、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。
③、举个例子：如：11111111.11111111.11111111.00000000
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 0的个数代表主机号的长度。
3、子网掩码的表示方法
①、点分十进制表示法
二进制转换为十进制，每8位用逗号隔开
例如：子网掩码二进制11111111.11111111.11111111.00000000，表示255.255.255.0
②、CIDR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位的数字，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，这是两个特殊的地址）。
4、为什么要使用子网掩码？
前面说道，子网掩码可以分离出IP地址中的网络地址和主机地址，那为什么要分离呢？因为两台主机要通信，首先要判断是否处于同一网段，即网络地址是否相同。如果相同，那么可以把数据包直接发送到目标主机，否则就需要路由网关将数据包转发送到目的地。
可以这么简单的理解：A主机要与B主机通信，A和B各自的IP地址与A主机的子网掩码进行“与”运算，看得出的结果：
1.结果如果相同，则说明这两台主机是处于同一网络，这样A可以通过ARP广播发现B的MAC地址，B也可以发现A的MAC地址来实现正常通信。
2.如果结果不同，ARP广播会在本地网关终结，这时候A会把发给B的数据包先发给本地网关（路由器），网关再根据B主机 IP地址来查询路由表，再将数据包继续传递转发，最终送到目的地B。
计算机的网关（Gateway）就是到其他网段的出口，也就是路由器接口IP地址。路由器接口使用 IP地址可以是本网段任何一个地址，不过通常使用该网段的第一个可用的地址或最后一个可用的地址，这是为了避免和本网段中的主机地址冲突。
在如下拓扑图示例中，A与B、C与D，都可以直接相互通信（都是属于各自同一网段，不用经过路由器转发），但是A与C，A与D，B与C，B与D它们之间不属于同一网段，所以它们通信是要经过本地网关， 然后路由器根据对方IP地址，在路由表中查找恰好有匹配到对方IP地址的直连路由，于是从另外一边网关接口转发出去实现互连。
5、子网掩码的分类
①、缺省子网掩码
也叫默认子网掩码，即未划分子网，对应的网络号的位都是1，主机号都置0。
未做子网划分的IP地址：网络号+主机号
A类缺省子网掩码：255.0.0.0，用CIDR表示为/8
B类缺省子网掩码：255.255.0.0，用CIDR表示/16
C类缺省子网掩码：255.255.255.0，用CIDR表示/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。其形式如下：
做子网划分后的IP地址：网络号+子网号+子网主机号
举个例子：
如：192.168.1.100/25，其子网掩码表示：255.255.255.128
意思是将192.168.1.0这个网段的主机位的最高1位划分给了子网。
5、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资源，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
0&0=0;0*1=1;1&0=0;1&1=1;
同为1时，为1，否则为0
如何根据IP地址和子网掩码，计算网络地址
①、将IP地址和子网掩码转换成二进制数。
②、将二进制形式的IP地址和子网掩码做“与”运算。
③、将得出的结果转化为十进制，便得到网络地址。
如下图：
二、CIDR与VLSM
1、有类和无类网络， 超网和子网
我们先了解这几个概念，对于CIDR和VLSM以及子网划分都是很有用的，
- 有类网络：也叫主类网络或标准网络，就是指把IP地址能归结到的A类、B类、C类IP，使用的是标准默认子网掩码。
- 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：把多个小网络组合成一个大网络，成为超网（SuperNetting），也可以说子网掩码长度小于相对应的有类网络的叫超网。
- 子网：有类网络划分成更小后的网络，称为子网（Subnet），也可以说子网掩码长度大于对应的有类网络的叫子网。
2、CIDR无类别域间路由
CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类别域间路由）本质是消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，将多个地址聚合在一起生成一个更大的网络，从而包含更多主机。
CIDR采用8-30位可变网络ID（最大可用的只能为30位，即保留2位给主机位），而不是A、B、C类网络Id所用的固定的8、16和24位。
CIDR的表示方法：IP地址/n，n表示IP地址中的前n位代表网络部分（n个二进制数1 ），其余（32-n）位代表主机部分。这种方法称为“斜线记法”，它又叫CIDR记法。
举个例子：子网掩码255.255.255.192，用CIDR表示是多少呢？
①、首先确认的是这是个C类网络地址（C类的默认子网掩码是255.255.255.0）
②、前面三个字节都是255，转换成二进制都是1，即11111111.11111111.11111111，即24位1
③、后面一个字节是192，转换成二进制数是11000000，即1占了2位
④、子网掩码共占用了26位1，所以用CIDR表示为/26
⑤、如果网络地址为192.168.10.0，再加上CIDR，最后表示为192.168.10.0/26
CIDR支持路由聚合，能够将路由表中的许多路由表条目合并称为更少的数目，因此可以限制路由器中路由表的增大，减少路由通告，减轻路由器的负担。
3、VLSM可变长子网掩码
VLSM（Variable Length Subnet Mask，可变长子网掩码）规定了在一个有类（A、B、C类）网络内包含多个子网掩码的能力，以及对一个子网的再进行子网划分的能力。
每一个IP地址都包含了2部分：网络号和主机号。在有类网络中，32bit的IP地址被分为4段，每段8bit来表示。这使得作为网络号的前缀必须为8位，16位或24位。当网络号是24位的时候，主机号只有8位，也就是说，可分配的最小的地址快是256（2^8=256，而实际分配的主机地址还要减去2个，一个是网络地址，一个是广播地址，最后为254个），这个数量对于大多数企业来说是不够的。
而比这个大一点的IP地址块是网络号为16位的时候，这个时候可分配的地址是65536（2^16-2=65534），这个数量对于大多数公司又太多了。这导致了无论公司选择哪种类型的网络，都可能对IP地址造成大量的浪费。
IP地址如果只使用有类（A、B、C）来划分，会造成大量的浪费或不够用。VLSM的诞生有效的解决了这个问题，可以在有类网络的基础上，通过对IP地址的主机号进行再划分，把一部分划入网络号，就能划分各种类型大小的网络了。网络号也不再仅局限于8、16和24这几个数字，而是灵活变化的大小了。
4、CIDR和VLSM的区别
- 在使用CIDR聚合地址时，将原来有类IP地址中的网络为划出一部分作为主机位使用。
- 在使用VLSM划分子网时，将原来有类的IP地址中的主机位按照需求划分出一部分作为网络位使用。
- CIDR：子网掩码往左移，掩码netmask缩短了。
- VLSM：子网掩码往右移，掩码netmask增长了。
- CIDR是把几个有类网络合成一个大的网络（超网），用于路由地址聚合
- VLSM是把一个有类网络分成几个小型网络（子网），用于更高效划分子网。
CIDR与VLSM总结：
在某种程度上来说，CIDR和VLSM它们之间可以看做是逆过程。
CIDR是把几个小网络聚合成一个大网络来做表示，而VLSM则是把一个大网络继续细分为几个小网络进行IP地址分配
CIDR能让路由器的路由条目得到有效的减少，从而减少路由通告，降低路由器负担；而VLSM则是充分利用IP进行地址分配来解决IP地址不被浪费的问题，节约IP地址空间，更为有效的使用。