【计网】子网划分

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#计算机网络

  • 任何 IPv4 地址本质上是 32 位二进制数。

  • 子网掩码用 32 位“1/0”位图 指出“网络位”(1) 与“主机位”(0) 的分界。

  • 把 IP地址 与 子网掩码 做逐位 AND（按位与）即可得到该地址所在的“网络地址”；把主机位全置 1 即可得到“广播地址”。

一、为什么要子网划分？

  1. 节省IP地址资源
    一个大的网络（如 /16）如果不划分子网，可能导致大量IP地址闲置。

  2. 网络管理灵活
    不同部门、楼层、业务系统可以分配不同子网，便于管理和隔离。

  3. 提升网络性能和安全性
    子网之间的广播受限，避免广播风暴；子网间通信可通过路由器控制，更易设定访问权限。

二、子网划分的基本概念

1 . IPv4 地址结构

进制表示示例含义位数
二进制11000000 10101000 00000001 000000014 个字节，每 8 位一组32 位
十进制点分192.168.1.1每字节转为 0–255 的十进制4 × 8 位

2.IP地址分类规则（基于二进制最高位）

类别二进制首字节最高位特征十进制首字节范围网络号长度（位）主机号长度（位）用途说明
A类0xxxxxxx0 - 127824大型网络，少量网络，多量主机
B类10xxxxxx128 - 1911616中型网络
C类110xxxxx192 - 223248小型网络
D类1110xxxx224 - 239--多播地址
E类1111xxxx240 - 255--保留及实验用地址

3.CIDR：Classless Inter-Domain Routing（无分类域间路由，1993 年提出）

CIDR 的本质是：掩码长度可以是 0–32 之间的任意整数，与首字节无关。

  • 只要您写成 /n，n 就是网络位数；

  • 掩码里“1”的个数就是 n；

  • 网络边界可以落在任何比特位，不必 8 位一跳。

  • 在早期的IP协议分类中，掩码是死的，是人硬性规定的，是固定的，不是算出来的。

  • 所以说“子网划分点完全由子网掩码决定”。在 CIDR 语境里，“类 A/B/C”只剩下历史价值，真正的路由和地址分配全靠 /n 前缀。

4. 子网掩码的本质与表示

4.1 子网掩码是什么？

子网掩码（subnet mask） 是与 IPv4 地址同样长度的 32 位二进制数，用来区分 网络位 和 主机位。

  • 掩码中的 1 表示这一位属于 网络号；

  • 掩码中的 0 表示这一位属于 主机号。

只要把 IP 地址与子网掩码逐位做 AND 运算，就能得到“网络地址”（又称网段号）。
相反，把主机位全部置 1，就得到该网段的“广播地址”。

4.3 表示方法

例一：

表示形式示例说明
点分十进制255.255.255.192每 8 位写成 0–255（十进制）
CIDR 斜线记法/26斜线后的数字是 网络位个数（即掩码中 1 的个数）

 /26 与 255.255.255.192 完全等价：
11111111.11111111.11111111.11000000 → 前 26 位为 1。

例二：

IPv4 地址和子网掩码都是 32 位。下表把 192.168.1.1/24 写成完整二进制，并用竖线标出 /24 划分点：

IP地址:11000000 10101000 00000001 00000001 
掩 码：11111111 11111111 11111111 00000000 
      ↑—-———— 网络 24 位 —--————↑│↑8位主机↑|

  • “网络位”就是掩码里为 1 的那 24 位，统一标识同一网段；

  • “主机位”就是掩码里为 0 的剩余 8 位，用来区分同一网段里的各台主机。

4.3 IP地址与子网掩码

项目含义
IP地址唯一标识主机，如 192.168.1.1
子网掩码用于划分“网络位”和“主机位”的边界，如 255.255.255.0

IP地址 = 网络号 + 主机号
子网掩码 = 网络部分用1，主机部分用0

例如：

IP地址子网掩码网络位数主机位数
192.168.1.1255.255.255.0 (/24)248

4.4 掩码与子网/主机容量

设

  • 原网络位 = N₀（例如 C 类默认 24 位）

  • 你想再分出 n 位做“子网号”

  • 新掩码网络位 = N = N₀ + n

  • 剩余主机位数 m = 32 − N

目标公式
子网数量2ⁿ
每子网可用主机数2ᵐ − 2（减去网络地址和广播地址）

示例

原来 192.168.1.0/24（N₀ = 24）要分 4 个子网 → 4 = 2² ⇒ n = 2
新掩码 /26，主机位 m = 32 − 26 = 6

  • 子网数 2² = 4

  • 每网主机数 2⁶ − 2 = 62

4.5 快速换算技巧

快速任务做法
斜线 → 点分把网络位数 N 除以 8：
完整的 8 位段全部写 255；
剩余 <k> 位用公式 256 − 2⁽⁸⁻ᵏ⁾。
点分 → 斜线把四段换成二进制并数 “1” 的个数。
判断同网对两台主机：IP ∧ MASK 结果相同 ⇒ 同一子网。
求广播地址IP

例： /27

  • N = 27 ⇒ 完整 3 段 255；27-8*3=3即剩 3 位 → 256 − 2⁵ = 224 ⇒ 255.255.255.224.

4.6 常见掩码速查表

前缀掩码单网可用主机
/30255.255.255.2522
/29255.255.255.2486
/28255.255.255.24014
/27255.255.255.22430
/26255.255.255.19262
/25255.255.255.128126
/24255.255.255.0254

5.子网划分的计算步骤

以 192.168.1.0/24 为例，我们希望将它划分为4个子网。

5.1 步骤1：确定要划分的子网数量

  • 4个子网 => 需要再借用2位主机位（2^2 = 4）

5.2 步骤2：新子网掩码

  • 原为 /24，再借2位 => /26

  • 子网掩码变为：255.255.255.192

5.3 步骤3：确定子网范围

每个子网间隔是 2^(8-2) = 64 个IP地址

子网编号子网网络地址可用主机范围广播地址
子网1192.168.1.0/26192.168.1.1 ~ 62192.168.1.63
子网2192.168.1.64/26192.168.1.65 ~ 126192.168.1.127
子网3192.168.1.128/26192.168.1.129~190192.168.1.191
子网4192.168.1.192/26192.168.1.193~254192.168.1.255

每个子网保留两个特殊地址：网络地址和广播地址，可用主机数 = 2ⁿ - 2

5.4 子网划分的常用公式

  • 可用子网数：2^借用位数

  • 每个子网的主机数：2^主机位数 - 2

  • 子网增量（Block Size）：256 - 子网掩码的变化位所在的字节

例如：/26 => 最后一段为192，增量是 256 - 192 = 64

6.示例：192.168.1.1/24 逐步剖析

要求：将192.168.1.1/24划分到4个子网中

步骤说明二进制结果
① IP → 二进制192.168.1.111000000 10101000 00000001 00000001
② 掩码 → 二进制/24 ⇒ 255.255.255.011111111 11111111 11111111 00000000
③ AND 运算得网络地址11000000 10101000 00000001 00000000
④ 转十进制网络地址192.168.1.0
⑤ 主机位全 1广播地址192.168.1.255

  • 网络位数 = 24 → 主机位数 = 32 − 24 = 8（主机位数=32-网络位数）

  • 可用主机数 = 2⁸ − 2 = 254（去掉全 0 与全 1）

7.更细粒度：把 /24 再细分为 /26（即把可用主机数254再进行划分）

  1. 借 2 位主机位 → 新掩码 /26 (此时新的子网掩码为255.255.255.192)——为什么借2位主机位？因为2^2=4（4个子网）

  2. 子网块大小：256 − 192 = 64

  3. 4 个子网（0–63、64–127、128–191、192–255）：

子网网络地址主机范围广播地址
0192.168.1.0/26192.168.1.1 – 192.168.1.62192.168.1.63
1192.168.1.64/26

192.168.1.65 – 192.168.1.126

192.168.1.127
2192.168.1.128/26192.168.1.129 – 192.168.1.190192.168.1.191
3192.168.1.192/26192.168.1.193 – 192.168.1.254192.168.1.255

每个子网保留两个特殊地址：网络地址和广播地址，可用主机数 = 2ⁿ - 2

每个子网主机位 = 6 位 → 2⁶ − 2 = 62 台可用主机。

8.常见运算与技巧

任务快速做法
计算主机数2^(32−前缀) − 2
求子网增量 / Block Size256 − 子网掩码变化字节，如 /26 → 256 − 192 = 64
判断两主机是否同网对两 IP 与掩码分别 AND，结果相同即同一子网
反推掩码给定主机位数 h：掩码前缀 = 32 − h

9.常见误区澄清

  1. 广播地址≠全 255：它是“该子网主机位全 1”；与实际数值相关。

  2. 网络地址≠掩码：网络地址是 IP 与掩码“AND”后的结果。

  3. 末尾 .0 不一定是网络地址：要结合掩码判断（如 /30 中 10.0.0.0 和 10.0.0.4 都可能是网络号）。

三、进阶知识：子网划分 VS 超网合并

项目子网划分（Subnetting）超网合并（Supernetting）
目标把大网分小把小网合并大
方法增加网络位减少网络位
应用场景局域网内部管理路由表聚合，提升效率

四、举例练习

  1. 10.1.0.0/20 的可用主机数是多少？

  2. 把 172.16.0.0/16 划分为 500 个以上 子网，需要多少前缀位？

  3. 判断 192.168.50.130 与 192.168.50.200 在 /26 掩码下是否同网。

  4. 10.0.0.0/16 要划分为至少 1000 个子网，该怎么做？

  • 原网络：16位网络位

  • 1000个子网 => 2^10 = 1024，需借10位

  • 新网络位数 = 16 + 10 = 26

  • 所以：每个子网是 /26

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