作者：一天 首發公眾號：網絡之路博客（ID：NetworkBlog）
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（1）子網掩碼
之所以出現大量地址浪費，在于早期的地址分類采用的是固定的網絡位與主機位的長度，不能靈活的規劃，所以在后面打破了這個規則，32比特的IP還是分為網絡號與主機號，但是不在采用固定的長度形式，可以根據環境需求來變化長度，那就帶來了一個問題，之前的主機與網絡設備都是通過固定分類來識別的，而現在網絡號的長度不確定，那怎么來識別呢？這個識別的功能就是子網掩碼。（打破這個規則的是CIDR與VLSM，子網掩碼為了打破固定為后，標識出實際的網絡號是多少）
子網掩碼也是采用32位的二進制表示，IP地址網絡號部分，子網掩碼設置為1，IP地址的主機部分，設置為0，簡單理解IP的網絡號有多少位，子網掩碼就有多少位取1，其余的主機號為0，然后為了方便記錄，跟IP地址形式一樣，每8位一組，以點分十進制方式表示。
舉例：202.100.1.33的子網掩碼為255.255.255.0，算出它的網絡號。
這樣就得前24位為網絡號，網絡號為202.100.1，主機號為最后一位，可用地址為1~254（其中0是網段地址，255是廣播地址排除）
你會發現，不管是Windows系統、安卓、蘋果或者Linux等系統上，只要是運行了TCP/IP協議體系的，都要求填寫子網掩碼，否則會提示錯誤。因為之前我們上面介紹過，網絡號與主機號的作用，網絡號用于兩臺計算機通訊來判斷是否處于同一個網段依據，既網絡號相同，說明處于同一個網段，直接把數據包發送給目標主機，如網絡號不同，則不在一個網段，這個時候就需要交給主機填寫的默認網關處理（如果默認網關沒有，則通信失敗。），所以有了子網掩碼，就能確認網絡號的范圍，就能判斷數據包目的是否在同一個網段了，這是主機終端系統判斷的依據。
在三層設備路由尋址中，也是通過路由表存在的掩碼信息來找到數據包目的IP對應的網絡號路由條目，然后把數據包發往對應的網絡中去。
IP與子網掩碼在實際中的結合表示方法通常有兩種，一種是，十進制表示為：255.255.255.0，或者斜線表示：/24，比如192.168.1.0/24或者192.168.1.0/255.255.255.0這個都是表示192.168.1.0網段（網絡號為192.168.1，主機地址范圍1~254）
（2）VLSM（可變長子網掩碼）
上面提到的子網掩碼只是表示當前的地址的網絡號多少，用于判斷的，像之前提到的安全問題（A與B公司在一個網段），以及運營商如何把一個標準的C類網段給劃分成客戶需要的數量，這個就是VLSM實現的功能，它可以將之前的A、B、C類地址進行劃分，劃分成各種網絡場景需求的大小，這個過程也叫做子網劃分。
子網劃分是把IP地址最左邊開始的主機位，根據需求移動對應的主機位劃入網絡位，也可以叫做借位，比如一個標準的C類，是24位網絡號，8位的主機號，從最左邊開始借兩位，這樣網絡號就變成了26位，主機號就成了6位了，這樣就把一個大的網段變成多個小的網段分給多個公司或者區域，主機位變成網絡位的部分叫做子網號，這個劃分沒有什么訣竅，只能依靠多練習，下面舉例幾個來了解下劃分的技巧跟公式，然后在說說如今企業網中以及規劃中注意的地方。
舉例一：公司有三個部門，每個部門終端數在50~60之間，使用網段202.100.1.0/24，為三個部門各自分配一個網段。
（1）現在已經知道的是每個部門的終端數在50~60之間，取最大值60，這個時候有一個公式計算 2n-2≥m，m=需要的終端數量，也就是2n-2≥60，只有n=6的時候，才滿足這個條件。（最基本的數學公式，實在忘記了可以用計算器。）
（2）得到對應的網絡位：32（子網掩碼255.255.255.255）-主機位（N=6）=26（255.255.255.192）
（3）開始進行劃分，把網段202.100.1.0/24的主機號，借兩位變成子網號，可以劃分出4個等同大小的子網，怎么快速得到的是4個呢？22=4，當然也可以按下面的辦法把能組合的列出來，就自然知道了。
4、通過計算出來的子網號，從小到大的順序，分配給三個部分，這里分配202.100.1.0/26，202.100.1.64/26，202.100.1.128/26，剩下的怎么計算出有多少個主機地址其實就很簡單的。
還記得上面的公式2n-2，減2的原因是有一個網絡地址，一個廣播地址，這兩個是不可用的，所以需要減去，每個劃分的子網都是一樣，可能你也發現了一個特點，如果劃分的子網越多，每個子網都需要減去2個地址，這部分的地址也是被浪費掉的，但是這也是一個無奈的選擇，相比浪費更多地址來說，這種情況還是可以接受的。另外計算出最小可用地址與最大可用地址，對于新手來說，可以跟上面一樣把二進制列出來，最小位無非是全0（網絡地址），最大位全1（廣播地址），去掉這2個地址，剩下的就是可用范圍了。
舉例二：某個公司有180個人，銷售部 110人，技術部 55人，管理部門 10人 ，財務部 5人，還是采用202.100.1.0/24的網段劃分，這個跟第一個不一樣，第一個每個部門的數量一樣的，而這個則不一樣，每個部門的人數不一樣，這個時候劃分，從最大需求的人數開始。
1、按照需求數量，從地址需求大到小開始進行劃分，先計算銷售部，公式還是之前的2n-2≥m，m=需要的終端數量，也就是2n-2≥110，N=7，同樣的方法代入，計算出 技術部 N=6，管理部門 N=4，財務部門 N=3
2、各個部門的網絡位，銷售部 32-7=25位 （255.255.255.128），技術部32-6=26位（255.255.255.192），管理部門 32-4=28位（255.255.255.240），財務部門32-3=29位（255.255.255.248）
3、開始進行劃分，分配從最大的開始，7個主機位，借取一位做子網位
4、第一個子網占用了1~127的地址，雖然需求里面只需要110個，但是VLSM是沒法做到正好的，只能做到離110需求最近的，那么在劃分第二個子網的時候，需要跟第一個子網不重復。
第一個已經使用了202.100.1.0/25，還剩下202.100.1.128/25沒有劃分，第二個子網就從這個里面繼續開始劃分。（主機數已經在第一個步驟與第二個步驟計算出來了，技術部主機號需要6位）
同樣的方法，第二個子網網段使用了202.100.1.128/26，還剩下202.100.1.192/26，管理部門接著劃分。
在用同樣的方法，，第三個子網網段用了202.100.1.192/28，還三個可以繼續使用，使用最小的，202.100.1.208/28，計算出財務部門。
至此，VLSM就到在這里結束了，對于新手來說，只要掌握了這個劃分的方法就行了，知道怎么去劃分，計算，這個要熟練的話就得多去練習，但是這里博主說下，這種劃分方式在我們工作中在運營商運維以及金融、政企這些網絡中對于地址的范圍以及規劃有嚴格的劃分要求，經常會用到VLSM，而常見的大部分面向中小型企業網的環境，對于地址而言就沒這么嚴格的要求了，可能更多的這種需求在面試或者是題目中會經常看到，這個在待會了解完私網地址，博主會以實際環境來介紹。
（3）CIDR（無分類域間路由或者無分類編址）
從上面兩個舉例可以看出來，VLSM是將一個大的網段劃分成多個小的子網，讓地址需求少的用戶獲取相近數量的地址，避免浪費，它的核心理念就是從主機號進行借位，變成子網號。那CIDR正好相反，來看一個例子。
例子：某個公司辦公網200人，用了一個192.168.100.0/24的網段，有一個監控網絡，包含倉庫、辦公以及各個區域有500個攝像頭點位，為了方便管理，希望這500個攝像頭都在同一個網段內，這個時候該怎么處理呢？
從之前學到的內容來說，VLSM并不具備這個功能，只能將一個原有的網段劃分成多個小的子網網段，而一個標準C類/24的地址最多也就254個，如果用2個C類地址，確實可以達到500個的需求，但是不屬于同一個網段了，如果能把這2個C類地址合并到一起，變成一個網段，這樣地址夠了，又滿足了在同一個網段的需求，CIDR就是解決這樣的場景的，假設分配的網段是192.168.0.0/24，想主機位可容納500個地址。
先回顧下，一個網段的判斷是網絡號相同，主機號可變，如果要滿足500個地址，那是不是主機號2n-2≥500即可，N=9，然后用32-9=23位（255.255.254.0），相當于像網絡位借一位作為主機位使用，跟VLSM正好相反。
CIDR后，相當于最終的網段則是192.168.0.0/255.255.254.0（23），可用地址為192.168.0.1到192.168.1.254，那么這里看一個比較有趣的事情，像192.168.0.255、192.168.1.0，如果按C類標準24位掩碼，它明顯是一個網絡地址以及廣播地址，這也是很多面試或者題目里面經常會問到的，它就給你這么一個地址，問你是是不是廣播地址或者網絡地址，很多朋友就會忽略后面的子網掩碼，就直接選擇是，但是，實際上一定要看子網掩碼是多少，如果它是24位的掩碼，那確實是，但是如果是23或者22等掩碼，就不是了，通過上面就可以計算出，最小的主機位是192.168.0 0 0 0 0 0 0 0. 0 0 0 0 0 0 0 0（192.168.0.0），最大的主機為是192.168.0 0 0 0 0 0 0 1，1 1 1 1 1 1 1 1（192.168.1.255），192.168.0.255以及192.168.1.0在子網掩碼255.255.254.0中，既不是網絡地址也不是廣播地址，而是可用的地址。
CIDR有一個特別需要注意的地方，就是網絡號要保持相同，這個也好很理解，就像上面一個要求500個地址在同一個網段，同一個網段的判斷不就是網絡號相同嗎？所以在規劃的時候要注意，不能將192.168.0.0/24與192.168.2.0/24，合并成一個網段，用500個地址，因為它得到的網絡號是不一樣的，如果要將0.0與2.0在一個網段，那則必須在借位。
只有網絡號保持一樣了，才能繼續進行下一步，但是你會發現，這樣的話地址就不只500個了，包含四個組合0網段（0 0=0）1網段（0 1 =1），2網段（1 0=2），3網段（1 1=3），地址就變成了2^10-2=1022個主機地址。
CIDR還有聚合的作用，把相網絡號的網段進行合并，變成一個超網（大的網段），可以大大的減少路由器的壓力，對于數據包的轉發效率更高，這一塊在學習路由知識點的時候會涉及到，這里就提一下。
小經驗分享：
- CIDR在實際中用的非常多，比如在一個商場的網絡部署中，每個人負責的不一樣，可能A負責網絡設備的規劃跟打通，B負責監控這塊，這時候B跑過來跟A說，監控這塊我需要500個地址或者1000個地址，規劃地址的時候多帶帶幫我劃分出來一個這樣的網段給監控用，告訴我范圍就行，這個就是上面介紹的給予一個192.168.0.0/23或者192.168.0.0/22的網段了。在無線環境也很多這樣的需求，特別流動性大的公共場所，為了地址夠用，有時候也會劃分一個大的網段，避免地址不夠的情況出現。
- CIDR用多了你就會越來越有經驗了，比如一個/24的C類標準地址，子網掩碼借一位（往左移一位），能夠將兩個網段合并成一個大的，如果借2位（往左移動兩位），能夠將4個網段合并，借三位能夠合并八個網段，依次這樣類推，那么在實際中完全可以根據不同的場景需求，來進行規劃網段容納多少地址，來滿足客戶的需求。
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（4）公網與私網地址
隨著IP地址的早期規劃帶來的問題，早期已經有大量的A類地址被分配出去，A類地址就占用了整個IP地址中的二分之一，又無法收回，導致只有B與C類可以分配，雖然有了VLSM以及CIDR技術的方案，但是也只能緩解IP地址枯竭的速度，于是提出了一個概念，私網地址。
之前提到過IP地址在互聯網中是有唯一標識的，這個指的是公網地址，私網地址的作用是什么呢？可以想象下，如今的一個辦公樓、一個有點規模的企業，少則幾十人，多則幾百人，而且每個人手里不單單只有辦公電腦，可能手機、平板都要接入到網絡中來，那對于地址這塊的消耗是非常大的，私網地址的作用就是在之前的A、B、C類里面拿出來一小部分作為私網地址的范圍，這個范圍的地址任何公司的局域網都可以使用，只要同一個局域網內網段沒有重復、沖突即可，私網地址的出現，又幫助了IP地址緩解了枯竭的速度。
那么可能就有朋友會覺得奇怪了，A公司使用的是192.168.1.0/24，B公司使用的也是192.168.1.0/24，那么它們去互聯網上不就沖突了嗎？，沒錯，相同的地址如果都出現在互聯網上，勢必就沖突了，所以私網地址明確規定只能在局域網內使用，不允許出現在互聯網上，通常運營商會做訪問策略，在接入用戶的設備上面拒絕掉私網地址的進入。沖突的問題解決了，那使用私網地址的局域網無法訪問互聯網了嗎？答案肯定是可以的，不知道大家有沒有留意過，家里使用的一體貓、或者路由器，分配的地址都是192.168.0.0/24或者192.168.1.0/24開頭的，從上面列表里面就可以看到不管是192.168.0.0還是192.168.1.0都是屬于C類的私網地址范圍，但是確實是可以上網的，電腦或者手機上面并沒有使用公網地址，這就是我們后續要講解的一個技術，叫做NAT，它的功能簡單介紹就是把私網網段轉換成一個公網地址（可上互聯網的地址）來完成對internet的訪問（這個技術后續會詳細講解，這里簡單提一下）
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（5）公網地址管理機構
私網IP地址都是由對應場景的IT人員進行規劃分配，而公網地址需要保證唯一性，就有一個專門的管理組織，叫做ICANN（互聯網名稱與數字地址分配機構），它下面有一個機構叫做IANA，主要負責互聯網IP地址的分配。
分配的方式是按州的方式層層分配，APNIC主要負責的是亞太地區（中國、日本、韓國等國家），每個國家又有自己專門的機構進行管理分配給運營商，中國則是CNNIC的機構進行管理分配。
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（6）IPV6
上面介紹到的技術都只能緩解IP地址的枯竭，早在2011年的時候IP地址就已經被分配完畢，運營商與對應的管理機構，也在回收一些倒閉的公司跟空閑的IP地址，但也治標不治本，遲早有一天是會用盡的，所以在提出緩解技術的同時，也在想著規劃出一套全新的地址體系，那就是IPV6。
IPV6在本次課程不會涉及，后續會根據情況來開專題課，這里就簡單了解下IPV6的功能跟好處。
1、巨大的地址空間
IPV4的地址位數是32位，IPV6充分的考慮到了以后的發展，采用了128位，IPV6出現的時候就流傳著這樣一個說法：地球上的每粒沙子都可以被分配到一個地址。
2、報文的改進
IPV6采用了新的協議頭部，簡化了格式，這樣在數據包處理起來效率更高，并且引入了安全機制。
3、引入鄰居發現協議
替代了IPV4中依賴的ARP協議、DHCP協議。（這2個協議馬上就會接觸到了）
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以實際環境來講解解析一些困惑的地方
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上面拓撲是一個常見的企業網的架構，中間的設備現在還沒學習路由交換的技術，可能看不懂，這個沒關系，簡單理解就是，這個企業網有三個內網，一個辦公網，一個監控網，一個服務器網，辦公網需要100個終端，監控網500個終端，服務器網10個終端，客戶希望每個網獨立一個網段，那我們在實際中去規劃這個網段的時候應該怎么去規劃呢？
（1）第一種規劃方法，需要多少劃分多少
- 監控網500個終端，按照CIDR的方法，向網絡位借位，2n-2≥500，N=9，32位-9位=23位，子網掩碼為255.255.254.0（/23），選用192.168.0.0/23，可用地址192.168.0.1~192.168.1.254
- 辦公網終端100個，按照VLSM方法，向主機位借位，2n-2≥100，N=7，32位-7位=25位，子網掩碼為255.255.255.128（/25），選用192.168.2.0/25，可用地址：192.168.2.1~192.168.2.126
- 服務器網終端10個，按照VLSM方法，向主機位借位，2n-2≥10，N=4，32位-4位=28位，子網掩碼為255.255.255.240（/28），選用192.168.2.128/28，可用地址：192.168.2.129~142
（2）第二種規劃方法，預留空間
- 監控網500個終端，可以給予1022個地址，使用10.0.0.0/22，范圍10.0.0.1~10.0.3.254
- 辦公網終端100個，給予一個C類地址/24位，使用10.0.4.0/24，范圍10.0.4.1~10.0.4.254
- 服務器網終端10個，給予一個C類地址/24為，使用10.0.5.0/24，范圍10.0.5.1~10.0.5.254
這種對于初學者來說可能都會用第一種 ，因為上面介紹的方法或者在看書的知識點的時候都是這樣介紹的，但是在實際中要多方面考慮
- 在局域網使用的是私網地址范圍，由IT管理者來自用規劃，作為IT人員，自然要考慮長遠點，相對于常見的企業網來說，私網地址相當于免費使用，同一個局域網中不要使用同一個相同的網段即可，所以通常的做法是只需要100個地址的給予一個標準C類，需要400~500的給予一個23位或者22位網段，而10臺服務器的網段，也可以給予一個標準的C。
- 給予充裕的地址空間是為了擴展性，比如辦公網目前100個終端，分配的是25位，只有126個可用地址，假設后續增加了50臺，那是不是這個網段的地址就不夠用了，基于這樣的情況，通常就會給予一個可擴展的空間預留。
- 對于企業這種多網段的環境，如果網段之間互訪那必須依賴網關，因為不在同一個網絡號里面，所以每個網段里面都拿出一個給予三層設備作為網關地址使用，通常會以網段的第一個地址或者最后一個地址作為網關，比如192.168.0.0/25，可以用192.168.0.1也可以用192.168.0.126。
- 在規劃的時候盡量避免使用192.168.0.0、1.0、2.0、31.0這些網段，因為很多網絡設備的初始化網段就在這些里面，為了避免沖突，建議使用10、172.16.~172.31或者192.168其他網段進行規劃選擇，大家住熟悉的光貓與家用路由器就使用的192.168.0.0或者1.0、2.0這三個網段。
- 在工作交流中，會經常聽到C類地址或者B類地址，雖然分類地址已經不再使用了，但是這個叫法一直存在，當別人提到C類地址的時候指的就是/24的掩碼，B類地址指的是/16的掩碼，實際上的使用就很靈活，10.0.0.0/24，172.16.0.0/24，又或者192.168.0.0/16都是可以的。
- 地址規劃的時候采用連續的，對于后續在三層設備上面可以做聚合。
- 這個只是一個常見的規劃方法，在后續中，會繼續講解各種組網的結構，要學會靈活運用即可。
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（3）另外一些經驗之談
子網規劃跟劃分對于初學者來說，懂的VLSM以及CIDR的用途跟如何劃分即可，因為在實際中往往會碰到一個尷尬的問題，都會采用第二種規劃方法，直接采用24或者23位這樣的，久而久之對應的子網劃分使用的少了，就會忘掉，或者是更依賴與計算工具，就像我們從小學到大的數學，但是平時生活中算數，是不是大部分都依賴計算器的多，所以對于初學者來說，知道了它的用途以及如何劃分的方法就行了，那這里分享一些有用的經驗，在實際規劃中能幫到大家。
1、速記表格
對于IP地址規劃記住了VLSM與CIDR的用途以及劃分方式后，在配合這個表格，能達到很好的效果，那這個表格有什么有用的信息呢
- 子網掩碼，表格從/8開始到/32都列出來了，不需要都記住，項目中經常遇到的/22~/26以及/30與/32，記住這幾個常用的即可，其余的遇到了，查下或者換算下就可以得到了。
- 地址可用數量，可以看最后一列，它列出來了常見的地址數量），比如需要500個地址，找到最相近的512，用掩碼/23即可。
- 多個子網劃分，如果相同主機數量要求的，可以參考子網數量，需要幾個網段，對應的掩碼設置多少即可，如果主機需求不一樣，這個只能就依靠VLSM算法了，但是這種環境通常很少遇到。
2、計算工具
跟我們平時生活中用計算器一樣，子網掩碼也有計算工具，手機推薦使用網絡萬用表（應用商店或者瀏覽器都可以找到），電腦版本可以網頁在線搜索子網掩碼計算工具或者離線版本，這個我都會共享在公眾號里面，可以自己獲取就行。
3、表達格式
你可能在后續的工程實施以及客戶給需求文檔中，會看到這樣的格式，比如辦公網：192.168.10.0/24，監控網：192.168.11.0/24，這個表示是辦公網規劃成192.168.10.0的網段（主機范圍1~254），監控網規劃成192.168.11.0（主機范圍1~254），還有在與客戶或者是同行交流中，如果對方只說了IP地址，沒說子網掩碼，這種是無法確定它網段的大小的，只有明確的表明了子網掩碼是多少，才能確定它的網段大小。
4、其他特殊地址
可能在后續中還會見到很多特殊的地址，比如0.0.0.0、255.255.255.255，以及169.254.0.0/16、127.0.0.0/8等，這個我們在后續中慢慢都會接觸到，這里就暫時不詳細說，否則東西太多，容易混亂。
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“承上啟下”
IP地址已經知道是什么了，也知道如何劃分了，已經通信的規則，也知道MAC地址的作用，那么下一篇我們就來了解下通信的時候終端是如何知道對方的MAC地址的，網關又起一個什么樣的作用，會從抓包、圖解等多方面來掌握，下兩篇的內容很重要，需要反復看。
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