0x00 子網掩碼的計算

TCP/IP網間網技術產生於大型主流機環境中，它能發展到今天的規模是當初的設計者們始料未及的。網間網規模的迅速擴充套件對IP地址模式的威脅並不是它不能保證主機地址的唯一性，而是會帶來兩方面的負擔：第一，巨大的網路地址管理開銷；第二，閘道器尋徑急劇膨脹。其中第二點尤為突出，尋徑表的膨脹不僅會降低閘道器尋徑效率（甚至可能使尋徑表溢位，從而造成尋徑故障），更重要的是將增加內外部路徑重新整理時的開銷，從而加重網路負擔。

因此，迫切需要尋求新的技術，以應付網間網規模增長帶來的問題。仔細分析發現，網間網規模的增長在內部主要表現為網路地址的增減，因此解決問題的思路集中在：如何減少網路地址。於是IP網路地址的多重複用技術應運而生。通過複用技術，使若干物理網路共享同一IP網路地址，無疑將減少網路地址數。

子網編址（subnet addressing）技術，又叫子網尋徑（subnet routing），英文簡稱subnetting，是最廣泛使用的IP網路地址複用方式，目前已經標準化，併成為IP地址模式的一部分。

32位的IP地址分為兩部分，即網路號和主機號，分別把他們叫做IP地址的“網間網部分”和“本地部分”。子網編址技術將“本地部分”進一步劃分為“物理網路”部分和“主機”兩部分，其中“物理網路”部分用於標識同一IP網路地址下的不同物理網路，常稱為“掩碼位”、“子網掩碼號”，或者“子網掩碼ID”，不同子網就是依據這個掩碼ID來識別的。

按IP協議的子網標準規定，每一個使用子網的網點都選擇一個32位的位模式，若位模式中的某位置1，則對應IP地址中的某位為網路地址（包括網路部分和子網掩碼號）中的一位；若位模式中的某位置0，則對應IP地址中的某位為主機地址中的一位。

例如二進位制位模式：11111111 11111111 11111111 00000000中，前三個位元組全1，代表對應IP地址中最高的三個位元組為網路地址；後一個位元組全0，代表對應IP地址中最後的一個位元組為主機地址。為了使用的方便，常常使用“點分整數表示法”來表示一個IP地址和子網掩碼，例如B類地址子網掩碼（11111111 11111111 1111111100000000）為：255.255.25.0。

IP協議關於子網掩碼的定義提供一定的靈活性，允許子網掩碼中的“0”和“1”位不連續。但是，這樣的子網掩碼給分配主機地址和理解尋徑表都帶來一定困難，並且，極少的路由器支援在子網中使用低序或無序的位，因此在實際應用中通常各網點採用連續方式的子網掩碼。像255.255.255.64和255.255.255.160等一類的子網掩碼不推薦使用

子網掩碼與IP地址結合使用，可以區分出一個網路地址的網路號和主機號。例如：有一個C類地址為：192.9.200.13，按其IP地址型別，它的預設子網掩碼為：255.255.255.0，則它的網路號和主機號可按如下方法得到：

第1步，將IP地址192.9.200.13轉換為二進位制11000000 00001001 11001000 00001101

第2步，將子網掩碼255.255.255.0轉換為二進位制11111111 11111111 11111111 00000000

第3步，將以上兩個二進位制數邏輯進行與（AND）運算，得出的結果即為網路部分。“11000000 00001001 11001000 00001101”與“11111111 11111111 11111111 00000000”進行“與”運算後得到“11000000 00001001 11001000 00000000”，即“192.9.200.0”，這就是這個IP地址的網路號，或者稱“網路地址”。

第4步，將子網掩碼的二進位制值取反後，再與IP地址進行與（AND）運算，得到的結果即為主機部分。如將“00000000 00000000 00000000 11111111（子網掩碼的取值）反”與“11000000 00001001 11001000 00001101”進行與運算後得到“00000000 00000000 00000000 00001101”，即“0.0.0.13”，這就是這個IP地址主機號（可簡化為“13”）。

0x01 子網掩碼的劃分

如果要將一個網路劃分成多個子網，如何確定這些子網的子網掩碼和IP地址中的網路號和主機號呢？本節就要向大家介紹。子網劃分的步驟如下：

第1步，將要劃分的子網數目轉換為2的m次方。如要分8個子網，8=23。如果不是愉好是2的多少次方，則取大為原則，如要劃分為6個，則同樣要考慮23。

第2步，將上一步確定的冪m按高序佔用主機地址m位後，轉換為十進位制。如m為3表示主機位中有3位被劃為“網路標識號”佔用，因網路標識號應全為“1”，所以主機號對應的位元組段為“11100000”。轉換成十進位制後為224，這就最終確定的子網掩碼。如果是C類網，則子網掩碼為255.255.255.224；如果是B類網，則子網掩碼為255.255.224.0；如果是A類網，則子網掩碼為255.224.0.0。

在這裡，子網個數與佔用主機地址位數有如下等式成立：2m≥n。其中，m表示佔用主機地址的位數；n表示劃分的子網個數。根據這些原則，將一個C類網路分成4個子網。

為了說明問題，現再舉例。若我們用的網路號為192.9.200，則該C類網內的主機IP地址就是192.9.200.1～192.9.200.254，現將網路劃分為4個子網，按照以上步驟：

4=22，則表示要佔用主機地址的2個高序位，即為11000000，轉換為十進位制為192。這樣就可確定該子網掩碼為：192.9.200.192。4個子網的IP地址的劃分是根據被網路號佔住的兩位排列進行的，這四個IP地址範圍分別為：

（1）第1個子網的IP地址是從“11000000 00001001 11001000 00000001”到“11000000 00001001 11001000 00111110”，注意它們的最後8位中被網路號佔住的兩位都為“00”，因為主機號不能全為“0”和“1”，所以沒有11000000 00001001 11001000 00000000和11000000 00001001 11001000 00111111這兩個IP地址（下同）。注意實際上此時的主機號只有最後面的6位。對應的十進位制IP地址範圍為192.9.200.1~192.9.200.62。而這個子網的子網掩碼（或網路地址）為 11000000 00001001 11001000 00000000，為192.9.200.0。

（2）第2個子網的IP地址是從“11000000 00001001 11001000 01000001”到“11000000 00001001 11001000 01111110” ，注意此時被網路號所佔住的2位主機號為“01”。對應的十進位制IP地址範圍為192.9.200.65~192.9.200.126。對應這個子網的子網掩碼（或網路地址）為 11000000 00001001 11001000 01000000，為192.9.200.64。

（3）第3個子網的IP地址是從“11000000 00001001 11001000 10000001”到“11000000 00001001 11001000 10111110” ，注意此時被網路號所佔住的2位主機號為“10”。對應的十進位制IP地址範圍為192.9.200.129~192.9.200.190。對應這個子網的子網掩碼（或網路地址）為 11000000 00001001 11001000 10000000，為192.9.200.128。

（4）第4個子網的IP地址是從“11000000 00001001 11001000 11000001”到“11000000 00001001 11001000 11111110” ，注意此時被網路號所佔住的2位主機號為“11”。對應的十進位制IP地址範圍為192.9.200.193~192.9.200.254。對應這個子網的子網掩碼（或網路地址）為 11000000 00001001 11001000 11000000，為192.9.200.192。

0x02 快速計運算元網掩碼的方法

最後介紹三種快速計算機子網掩碼的方法。

1. 利用子網數來計算

在求子網掩碼之前必須先搞清楚要劃分的子網數目，以及每個子網內的所需主機數目。然後按以下基本步驟進行計算：

第1步，將子網數目轉化為二進位制來表示；

第2步，取得子網數二進位制的位數（n）；

第3步，取得該IP地址類的子網掩碼，然後將其主機地址部分的的前n位置“1”，即得出該IP地址劃分子網的子網掩碼。

為了便於理解，現舉例說明如下：現假如要將一B類IP地址168.195.0.0劃分成27個子網，則它的子網掩碼的計算機方法如下（對應以上各基本步驟）：

第1步，首先要劃分成27個子網，“27”的二進位制為“11011”；

第2步，該子網數二進位制為五位數，即n = 5；

第3步，將該B類地址的子網掩碼255.255.0.0的主機號前5位全部置“1”，即可得到 255.255.248.0，這就是劃分成 27個子網的B類IP地址 168.195.0.0的子網掩碼。

2. 利用主機數來計算

利用主機數來計運算元網掩碼的方法與上類似，基本步驟如下：

第1步，將子網中需容納的主機數轉化為二進位制；

第2步，如果主機數小於或等於254（因為要去掉保留的兩個IP地址），則取得該主機的二進位制位數，為n，這裡肯定 n8，這就是說主機地址將佔據不止8位。

第3步，將255.255.255.255的主機地址位數全部置1，然後從後向前的將n位全部置為 0，即為子網掩碼值。

舉例如下。如要將一B類IP地址為168.195.0.0的網路劃分成若干子網，要求每個子網內有主機數為700臺，則該子網掩碼的計算方法如下（也是對應以上各基本步驟）：

第1步，首先將子網中要求容納的主機數“700”轉換成二進位制，得到1010111100。

第2步，計算出該二進位制的位數為10位，即n = 10

第3步，將255.255.255.255從後向前的10位全部置“0”,得到的二進位制數為“11111111.11111111.11111100.00000000”，轉換成十進位制後即為255.255.252.0，這就是該要劃分成主機數為700的B類IP地址 168.195.0.0的子網掩碼。

3. 子網ID增量計演算法

其基本計算步驟如下：

第1步，將所需的子網數轉換為二進位制，如所需劃分的子網數為“4”，則轉換成成二進位制為00000100；

第2步，取子網數的二進位制中有效位數，即為向預設子網掩碼中加入的位數（既向主機ID中借用的位數）。如前面的00000100，有效位為“100”，為3位；

第3步，決定子網掩碼。如IP地址為B類1129.20.0.0網路，則預設子網掩碼為：255.255.0.0，借用主機ID的3位以後變為：255.255.224（11100000）0，即將所借的位全表示為1，用作子網掩碼。

第4步，將所借位的主機ID的起始位段最右邊的“1”轉換為十進位制，即為每個子網ID之間的增量，如前面的借位的主機ID起始位段為“11100000”，最右邊的“1”，轉換成十進位制後為25=32。

第5步，產生的子網ID數為：2m-2 （m為向預設子網掩碼中加入的位數），如本例向子網掩碼中新增的位數為3，則可用子網ID數為：23-2=6個；

第6步，將上面產生的子網ID增量附在原網路ID之後的第一個位段，便形成第一個子網網路ID 129.20.32.0；

第7步，重複上步操作，在原子網ID基礎上加上一個子網ID增量，依次類推，直到子網ID中的最後位段為預設子網掩碼位用主機ID位之後的最後一個位段值，這樣就可得到所有的子網網路ID。如預設子網掩碼位用主機ID位之後的子網ID為255.255.224.0，其中的“224”為借用主機ID後子網ID的最後一位段值，所以當子網ID通過以上增加增量的方法得到129.20.224.0時便終止，不要再添加了。