问题

如何理解子网掩码?

回答
子网掩码,这玩意儿听起来挺技术范儿的,但说白了,它就是帮你电脑在网络里“认亲戚”的地图,而且是精度非常高的那种。别被那些数字搞晕了,咱们一步一步来捋。

你想啊,一个网络里肯定不止你一台电脑吧?大家都想互相聊天,互相传文件。这就好比在一个小区里,你需要知道谁是你邻居,谁是住在另一个小区的人。网络也一样,需要一种方式来区分哪些电脑在同一个局域网内(就是你小区里的人),哪些在别的网络里(就是别的区的)。

子网掩码干的就是这事儿。它跟IP地址打交道,IP地址就像是你的门牌号,比如192.168.1.10。这个门牌号告诉你你在网络里的具体位置。但是,光有门牌号还不够,你还需要知道这个门牌号的哪个部分代表了你所在的“小区”(网络地址),哪个部分代表了你在这个小区里的“房间号”(主机地址)。

把IP地址和子网掩码想象成两个二进制的字符串。

为什么是二进制?因为电脑的世界里只有0和1。一个标准的IPv4地址是32位的二进制数,我们通常写成四个用点隔开的十进制数字(比如192.168.1.10)。

子网掩码也是32位的二进制数,它也是由一串连续的1后面跟着一串连续的0组成的。这个“1”和“0”的划分点,就是关键!

连续的“1”代表了网络地址部分。 也就是说,这一部分是你的“小区”的标识。
连续的“0”代表了主机地址部分。 这一部分是你在这个“小区”里的唯一编号,也就是你的“房间号”。

举个例子,我们来“看图说话”:

假设你的IP地址是 `192.168.1.10`。

我们把它变成二进制:

IP地址:`11000000.10101000.00000001.00001010`

现在,我们来看一个常见的子网掩码:`255.255.255.0`

把这个子网掩码也变成二进制:

子网掩码:`11111111.11111111.11111111.00000000`

关键来了:怎么用子网掩码“认亲戚”?

电脑会把你的IP地址和子网掩码进行一个叫做“按位与”(AND)的运算。简单来说,就是两个二进制位相同才为1,不同则为0。

我们把刚才的IP地址和子网掩码对应的二进制位进行运算:

IP地址:`11000000.10101000.00000001.00001010`
子网掩码:`11111111.11111111.11111111.00000000`

运算结果:`11000000.10101000.00000001.00000000`

这个运算结果是什么呢?把它变回十进制就是 `192.168.1.0`。

看到了吗?`192.168.1.0` 就是这个网络的“网络地址”。

子网掩码的“1”部分告诉电脑,IP地址的这部分是用来标识网络的。当你的电脑想跟另一个设备通信时,它会用自己的IP地址和子网掩码进行运算,得到自己网络的地址。然后,它会用对方的IP地址和自己的子网掩码进行同样的运算,得到对方网络的地址。

如果两个网络的地址一样, 说明它们在同一个局域网内,电脑就会尝试直接通过本地网络传输数据。就像小区里的邻居,直接敲门就行。
如果两个网络的地址不一样, 说明对方在另一个网络里。这时候,你的电脑就知道,它不能直接联系对方,而是需要把数据包交给一个“网关”(比如你的路由器)去处理,由网关去把数据送到目标网络。就像你需要把信交给邮递员,让他帮你送到另一个城市。

为什么需要子网掩码?为什么要“划分子网”?

这就像你不能把整个城市的所有房子都叫做一个“小区”,那样会乱套。划分不同的“小区”(子网)有几个好处:

1. 提高效率: 在一个大的网络里,如果所有的设备都互相广播信息,网络会非常拥挤,就像在人声鼎沸的集市里说话,很难听清。划分成小的子网,广播信息只会限制在自己的子网内,大大减少了不必要的网络流量。
2. 安全性: 你不想让外面的所有人都能随便访问你家里的东西吧?子网划分可以帮助你隔离网络,提高安全性。一个子网里的设备不能轻易访问另一个子网里的设备,除非经过特定的配置(比如防火墙)。
3. 管理方便: 想象一下管理一个只有几十台电脑的子网,比管理几百台电脑的整个大网络要容易得多。你可以为不同的部门、不同的功能划分不同的子网,方便管理和维护。

子网掩码的变种和“无类别域间路由”(CIDR)

刚才我们用的是`255.255.255.0`,这是一种非常常见的子网掩码,它表示IP地址的前24位是网络地址,后8位是主机地址。你可以想象成一个“/24”的标记。

CIDR 就是一种更简洁的表示方式,它用IP地址后面加一个斜杠和数字来表示子网掩码的“1”有多少位。比如:

`192.168.1.0/24` 就等同于 `192.168.1.0` 和 `255.255.255.0`。这里的“24”表示子网掩码有24个连续的“1”。
`10.0.0.0/8` 就是 `10.0.0.0` 和 `255.0.0.0`。
`172.16.0.0/16` 就是 `172.16.0.0` 和 `255.255.0.0`。

通过改变子网掩码,也就是改变“1”和“0”的划分点,你可以灵活地决定网络地址和主机地址的位数。

如果你让子网掩码的“1”多一些(比如`255.255.255.240`,也就是`/28`),那么网络地址部分就变长了,主机地址部分就变短了。这样你可以划分出更多更小的子网,但每个子网能容纳的主机数量就少了。
反过来,如果你让子网掩码的“1”少一些(比如`255.255.0.0`,也就是`/16`),那么网络地址部分就变短了,主机地址部分就变长了。这样可以一个大子网容纳很多主机,但划分出来的子网数量就少了。

总结一下,子网掩码就像一把尺子,帮你量出来IP地址里哪些部分是用来“指明方向”(网络),哪些部分是用来“识别个体”(主机)。通过调整这把尺子的刻度,你可以灵活地规划和管理你的网络。

下次你看到`255.255.255.0`这样的数字,别再觉得它只是几个数字的组合了,它是一个非常重要的工具,在网络通信中扮演着至关重要的角色,确保你的数据能准确无误地送达。它让网络世界井然有序,各司其职,高效运转。

网友意见

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2019.5.6 更新于文章:



从前有一个地主,有256间房子,地主家的门牌号码是“192.168.1”,那么他家第一间房子的门牌号码是192.168.1.0,第二间是192.168.1.1,…第256间的编号是192.168.1.255。

地主老了,需要把256间房子分给4个儿子,平均分配,每个儿子可以分64间。

请来一位先生主持公道,先生这么来操作:
192.168.1.0-192.168.1.63 分给大儿子
192.168.1.64-192.168.1.127 分给二儿子
192.168.1.128 -192.168.1.191 分给三儿子
192.168.1.192-192.168.1.255 分给四儿子

那如何来描述四个儿子的子网网段呢?
192.168.1.0/26
192.168.1.64/26
192.168.1.128/26
192.168.1.192/26

/26是什么鬼?
255.255.255.192的二进制是多少? “11111111-11111111-11111111-11”大家数数一共多少个1?不用数了,是26个1,为了简化子网掩码的表示,用/26代替255.255.255.192。

按位与运算
我们来看大儿子的网段192.168.1.0/26是如何得到的?

以大儿子的房间为例:
192.168.1.0-192.168.1.63

二进制表示:
192.168.1.0

11000000.10101000.00000001.00000000

192.168.1.63

11000000.10101000.00000001.00111111

首尾地址完全相同的是多少?
11000000.10101000.00000001.00

数数一共多少位?26位!那么用这个“192.168.1.0/26”就可以表示大儿子所有房间。

对照房间的门牌号码“192.168.1.199”,很显然属于四儿子的。


一个主机192.168.1.199/26 能否和直连主机192.168.1.200/24 通信?可以的因为都是四儿子的房间。

一个主机192.168.1.199/26 能否和直连主机
192.168.1.1/24 通信? 不可以因为一个是大儿子的房间,一个是四儿子的房间,无法直连通信!

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