子网掩码、子网号和主机地址

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     先回顾IP地址，IP地址是分层的，包括网络和主机两个部分，按网络部分和主机部分的不同长度主要分为A、B、C三类(还有多播组的D类和不再使用的E类)，但每一类的网络部分和主机部分的总长度相等，均为32位，如下图：

A类：最前面1位为0，7位标识网络号，24位标识主机号，则第一段取值为1~126，对于A类IP，最多有2^7 - 2 = 126个(可用)A类网络 (减2是因为要去掉全0的主机地址和全1的广播地址)，每个A类网路中，最多可有2^24 - 2 = 16777214 台(可用)主机
地址：1.0.0.0 ~ 126.0.0.0
0.0.0.0 和 127.0.0.0保留

B类：最前面2位为10，14位标识网络号，16位标识主机号，则第一段取值为128~191，对于B类IP，有2^14 - 2 = 16382个B类网络，每个B类网路中，最多可有2^16 - 2 =65534 台主机
地址：128.1.0.0 ~ 191.254.0.0
128.0.0.0 和 191.255.0.0保留

C类：最前面3位为110，21位标识网络号，8位标识主机号，则第一段取值为192~223，对于C类IP，有2^21 - 2 = 2097150个C类网络，每个B类网路中，最多可有2^8 - 2 =254 台主机
地址：192.0.1.0 ~ 223.255.254.0
192.0.0.0 和 223.255.255.0保留

     为了提高地址分配的效率和减少分配网络号总数，采取划分子网的策略，在多个网络中共享一个网络号的机制涉及使用子网掩码，子网掩码的作用就是用来判断任意两个或多个IP地址是否属于同一个子网。

     子网划分的实现是基于网络位占用主机位的，以21位网络位和8位主机位的C类地址为例，若将一个C类网络划分成2个子网，则网络位需要占用1位主机位，即现在是22位网络位和7位主机位，通过占用的这1位的值来区分划分成的2个子网，同理，若划分成3个或4个子网则占用2个主机位…

     但是现在，一个外部的网络，并不知道连接的这个C类网络是否划分了子网，所以需要子网掩码，当未划分时，A类地址的缺省子网掩码为255.0.0.0，B类为255.255.0.0，C类为255.255.255.0，仍以C类网络为例，划分成2个子网(占1位主机位)后子网掩码为255.255.255.128(128个主机，126个可用主机)，划分成4个子网(占位主机位)后子网掩码为255.255.255.192，如下表：

占用主机位位数 划分子网数 子网掩码 主机数 可用主机数 0 不划分 255.255.255.0 256 254 1 2 255.255.255.128 128 126 2 4 255.255.255.192 64 62 3 8 255.255.255.224 32 30 4 16 255.255.255.240 16 14 5 32 255.255.255.248 8 6 6 64 255.255.255.252 4 2

     ifconfig(win为ipconfig) 查看当前计算机的ip地址及子网掩码，当前ip为192.168.1.105，即C类网络，子网掩码0xffffff00，即255.255.255.0，未划分。

     子网掩码是一个IPv4地址，在一个给定的子网中，所有主机都配置相同的掩码，即每个子网只有一个掩码，但需要注意，并不是子网掩码相同就是同一子网，看一个《计算机网络系统方法》中的例子，如下图：

     假设H1向H2发数据，首先H1需要判断H2是不是和自己在同一子网中，这一过程为：将H2的IP地址与H1的子网掩码进行按位与运算，将结果与H1的子网号相比，若相同，则属于同一子网，否则不是。那么将H2的IP地址128.96.34.139与上H1的子网掩码255.255.255.128后，结果为128.96.34.128，不等于H1的子网号128.96.34.0，因而H1与H2并不在同一子网中，即使这两个子网的子网掩码相同，都为255.255.255.128。而之所以相同的子网掩码却可以有不同的子网号，从计算上看是由于与之相&的IP地址不同，但实质原因是被占用的主机位可以有不同的取值而决定的，比如一个C类IP，划分成2个子网，则主机位被占用1位，而这被占用的1位取0或取1，便形成了2个不同的子网号。

     通过前面的计算，H1可以知道H2与其不在同一子网，因此将分组给它的默认路由器R1由R1负责转发，根据转发表确定转发路径，发送到子网号为128.96.34.128的网络中，这之后需要确定在此网络中的接收主机，因为此网络中可能不止有一台主机H2，比如还有IP地址为128.96.34.140的H4，这时将子网掩码取反后再与H2的IP地址，即用0.0.0.127 & 128.96.34.139，结果0.0.0.11即为主机号，根据主机号在网络中确定具体的接收主机。

结论和归纳：

• 每个子网只有一个掩码，但需要注意，并不是子网掩码相同就是同一子网
• 子网号 = IP & 子网掩码
• 主机号 = IP & 掩码取反

补充(来自知乎)：

比较下面的两个IP地址，
A：219.218.44.123
B：219.218.45.34
在子网掩码M1：255.255.254.0下为同一子网，而在M2：255.255.255.0下为不同子网。

分析：

主机 地址 A: 11011011-11011010-00101100-01111011 B: 11011011-11011010-00101101-00100010 子网掩码 地址 M1: 11111111-11111111-11111110-00000000（254） M2: 11111111-11111111-11111111-00000000（255）

通过做and运算，可以看出来
A&M1:11011011-11011010-00101100-00000000
B&M1:11011011-11011010-00101100-00000000

A&M2:11011011-11011010-00101100-00000000
B&M2:11011011-11011010-00101101-00000000

假设还有如下IP
C：219.218.45.200
可以得出在子网M2：255.255.255.0下跟B同子网，而在子网M3：255.255.255.128下为不同子网。

参考：

[1] Larry L.peterson, Bruce S.Davie. 计算机网络系统方法[M].四川: 机械工业出版社, 2015: 113-119
[1] 恒思凝. 子网掩码判断两个ip是否在同一子网如何保证准确. http://www.zhihu.com/question/36296884/answer/68366061
[2] 计算机网络地址，主机地址，子网掩码，网段，子网划分的理解. http://blog.csdn.net/hzhsan/article/details/12783193
[3] 计算机网络子网掩码. http://blog.csdn.net/oklizy/article/details/6805836