ip地址与子网掩码匹配（网络工程师必备技能）

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概述

划分子网是任何一个网络工程师都必须掌握的基本技能，但由于在工作中经常使用24位掩码，在加上网络上有很多小工具可以自动计算，所以很多小伙伴都已经丧失了手工划分子网的能力。但我们作为一个高手，还是要具备手工划分子网能力的。

其实手工划分子网并不复杂，只需要记住3个部分、2个地址、1个公式，就可以轻松的划分子网。下面我们一起来看一下!

划分子网原因

Classful地址

我们都知道IP地址分为A、B、C、D、E五类Classfull地址，但通常我们只使用A、B、C类地址来划分子网，因为D类地址用于组播，E类地址暂时保留不用。

如上图所示，classful地址只包含两部分：network和host。一个A类地址可以包含的主机有16,777,214 (2的24次方-2 )个，这要是分配给一个组织和公司，是极大的浪费，因为没有公司能用完这么多地址。即使一个C类地址也包含254个可用的IP，这对于公网地址短缺的现状，全部分配给一个公司仍然是太多了。

看到这里，有的小伙伴可能会说，在公司都是使用的是私有地址，随便分配一个8网段的A类地址，就足够整个公司使用，不存在地址不够一说。那么这么想的小伙伴一定没有注意另外2个问题：

问题1：网络中的无用流量对带宽的占用

我们知道，一台主机为了和其它主机进行通信，会发送一些的报文，最典型的就是ARP报文。平常可能我们感知不太明显，因为我们所在的网络规模一般都很小。

但是假设网络中有1万台主机，一台主机发送的ARP报文，交换机会转发给剩下的9999台主机，交换机每秒需要发送9999个ARP报文。在极端情况下，所有的主机之间都互相通信，那么网络带宽很快就会被这些无用的流量占用满的。

问题2：所有的PC都要处理其它PC发送的无用流量；

接上面的例子，一台主机发送的ARP请求报文，只对于目标主机是有用的，对于剩下的9998都是无用的，收到以后就会丢弃。但是这9998台主机收到ARP报文以后，都需要处理，它要判断这个ARP是否是请求自己的MAC地址，这也会消耗主机的资源。网络规模越大，这种消耗越明显，对电脑的运行速度影响也就会越大。

所以在工作中，在网络规模比较小，几台PC怎么连都可以，不需要考虑划分子网。但是在较大的网络中，我们都是要划分子网的，不会把所有的PC都分在同一个网段。

据我观察，越是大型的公司，对子网划分越严格要求，不浪费一个地址是他们追求的目标。这就要求我们也要掌握划分子网这项技能，后面咋们也是需要去大公司镀金的，不能老是在小公司，对我们的职业生涯没有好处。

划分子网的3个部分，2个地址

3个部分

上面我们已经看到了，对于一个classful地址来说，它由二部分组成：network和host。

而划分子网本质是从host拿出一部分出来，作为network；拿出的这一部分network，我们称它为subnet（子网），所以IP地址就变成了三部分：network、subnet、host，如下图所示：

IP地址变成三部分

2个地址

对于任何一个IP地址来说，都有两个与它对应的特殊IP地址，一个是网络ID（network ID），一个是网络广播IP，这两个地址是天生存在的。

例如对于192.168.1.10 255.255.255.0 这个地址来说，它的网络ID是192.168.1.0，对应的广播地址是192.168.1.255。

对于上面这种24位的掩码的地址来说，比较简单，我们一眼就能看出，但是这个是怎么计算的呢？因为如果是稍微复杂的地址，我们就看不出来了，例如192.168.1.72 255.255.255.240，这个IP对应的网络ID和广播地址各是多少呢？

网络ID计算

我先来看一下网络ID的定义：用来唯一的标识一个网段，所有在同一个网段上的主机使用相同的网络。

计算网络ID有多种方式，我教大家一种比较常用的方式，其步骤如下：

步骤1：首先把IP地址和子网掩码的后8位都化为2进制，如下图所示：

后8位化为2进制

步骤2：我们知道子网掩码用来标识一个IP地址的网络ID长度的，使用1来表示，而使用0来表示主机；把掩码和IP进行“相与”操作，就可以得到网络ID了，如下图所示：

想与操作

步骤3：上一步得到网络ID的后8位是01000000，化为十进制是64，则这个IP对应的网络ID就是192.168.1.64

广播地址计算

广播地址，这里说的广播地址不是二层广播MAC地址，而是三层广播IP地址。三层广播地址有什么用呢？也是用来在同一个网段群发报文的，所有在同一个网段的所有主机，收到三层IP广播地址，都是不能丢弃的，需要处理。

一个网段的广播地址，有比较简单的计算方法，就是把所有的host位都置为1，如下图所示：

主机位都置为1

这样计算出来的广播地址后8位值为79，则这个网段的广播地址就为192.168.1.79

转化为十进制

一个公式

上面我们通过计算，已经得到192.168.1.72 255.255.255.240 这个IP地址对应的网络ID和广播地址，那么这个网段可以容纳多个主机呢? 换句话说，有哪些地址是和这个IP在同一个网段里的呢？

其实很简单，掐头去尾，除去网络ID和广播地址，剩下的地址，都是在同一个网段，并且是可用的。

如上面的例子，去除了网络ID 192.168.1.64，广播地址192.168.1.79，剩下的14个IP地址192.168.65-78，都是可以使用的。

这里有一个简单的公式来计算某个网段内可用的IP地址个数：2的n次方-2。

这里的n指的是这个网段内的主机位数，所以计算结果为：

计算主机数量的公式

注意点：

一个IP的网络ID和广播地址是不能配置在设备上的，如果配置，就会出错，如下图所示：

网络ID和广播地址不能配置

顺便说一下计算subnet的公式是：2的n次方。这里不需要减2，n指的是subnet的位数，在这个例子中也是4，所有对于192.168.1.0 255.255.255.0 这个C类地址来说，被分为了2的4次方，即16个subnets。

前缀和掩码换算

掩码地址太长，写起来太复杂，所有很多时候我们习惯使用前缀来表示子网掩码，例如192.168.1.72 255.255.255.240，可以写为192.168.1.72/28。那么掩码和前缀之间是怎么换算的呢？请看下面的步骤：

步骤:1：把内容转化2进制，例如下图

转化为2进制

步骤2：前面的24位我们都知道是网络位，在加上后面的子网位，就变成了最终的数字24 4=28；

反过来计算也一样：192.168.1.72/28对应的掩码是多少？

步骤1：28表示掩码的前面28位都是1，简写为：（位了简洁，255没有写成11111111）

步骤

步骤2：计算掩码：二进制11110000的值为240，所以掩码就为255.255.255.240；

是不是很简单？

划分子网的影响

划分子网除了可以节省带宽和减少主机的负担以为，也是有缺点的，最大的缺点就是网络变的复杂了。

缺点1：看起来在同一个网段的IP，其实不是

有时你觉得这两个相隔很近的地址，看起来像在同一个网段，其实不是。例如下面的：

192.168.1.78/28，192.168.1.81/28，在同一个网段吗？

不是，它们是不能直接互通的！只有计算了以后才发现它们不在同一个网段，这就增加了维护网络的复杂度！

缺点2：在不同的子网的主机直接要通信，必须要经过网关

那这两个主机（192.168.1.78/28，192.168.1.81/28）想要通信，需要怎么办呢？中间必须加一台网关设备，这就增加了开销！

不同子网的主机通信，需要网关，如果还有疑问，可以参考我之前的文章：https://www.toutiao.com/i6742996863156224526/

总结

从上面的例子中我们可以看出，网络IP地址必须要和掩码结合起来才有意义，不然你不能判断它到底是属于哪个网段，例如192.168.1.72这个地址，如果掩码不同，所在网段也不同！

我们还可以总结出：

• 网络ID的计算是IP地址和子网相与的结果
• 可用的IP地址需要去除网络ID和广播地址
• 计算可用IP地址有一个简单公式：2的n次方-2，n指的是主机位数
• 计算IP地址被划分为多少给subnet，也有一个简单公式：2的n次方，n指的是子网位数
• 子网掩码和前缀之间转换，把它们都转换为二进制然后换算，就非常简单了

关于子网划分，各位小伙伴也明白了吧？给大家留个题目，看有没有完全掌握！

192.168.1.75/29对应网络ID，广播IP是多少？ 单选

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网络ID：192.168.1.72，广播：192.168.1.79

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网络ID：192.168.1.0，广播：192.168.1.255

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网络ID：192.168.1.70，广播：192.168.1.79

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