Netmask, 子网与 CIDR (Classless Interdomain Routing)

时间：2024-04-05 20:05:29

Netmask, 子网与 CIDR (Classless Interdomain Routing)

我们前面谈到 IP 是有等级的，而设定在一般计算机系统上面的则是 Class A, B, C。现在我们来想一想，如果我们设定一个区网， 使用的是 Class A ，那么我们很容易就会想到，哪有这么多计算机可以设定在同一个 Class A 的区段内 (256x256x256-2=16777214) ？ 而且，假设真有这么多计算机好了，回想一下 CSMA/CD 吧，你的网络恐怕会一直非常停顿，因为妳得要接到一千多万台计算机对你的广播... 光是想到一千多万台的广播，你的网络还能使用吗？真没效率！

此外，分为 Class 的 IP 等级，是为了管理方面的考虑，事实上，我们不可能将一个 Class A 仅划定为一个区网。举例来说， 我们昆山取得的 Public IP 是 120.xxx 开头的，但是其实我们只有 120.114.xxx.xxx 而已，并没有取得整个 Class A 喔！ 因为我们学校也用不了这么多嘛！这个时候，我们就得要理解一下啰，就是，怎么将 Class A 的网段变小？换句话说， 我们如何将网域切的更细呢？这样不就可以分出更多段的区网给大家设定了？

前面我们提到 IP 这个 32 位的数值中分为网域号码与主机号码，其中 Class C 的网域号码占了 24 位，而其实我们还可以将这样的网域切的更细，就是让第一个 Host_ID 被拿来作为 Net_ID ，所以，整个 Net_ID 就有 25 bits ，至于 Host_ID 则减少为 7 bits
。在这样的情况下，原来的一个 Class C 的网域就可以被切分为两个子域，而每个子域就有『 256/2 - 2 = 126 』个可用的
IP 了！这样一来，就能够将原本的一个网域切为两个较细小的网域，方便分门别类的设计喔。

  • Netmask, 或称为 Subnet mask (子网掩码)

那到底是什么参数来达成子网的切分呢？那就是 Netmask (子网掩码) 的用途啦！这个 Netmask 是用来定义出网域的最重要的一个参数了！不过他也最难理解了～@_@。为了帮助大家比较容易记忆住 Netmask 的设定依据，底下我们介绍一个比较容易记忆的方法。同样以 192.168.0.0 ~ 192.168.0.255 这个网域为范例好了，如下所示，这个 IP 网段可以分为 Net_ID 与 Host_ID，既然 Net_ID 是不可变的，那就假设他所占据的 bits 已经被用光了 (全部为 1)，而
Host_ID 是可变的，就将他想成是保留着 (全部为 0)，所以， Netmask 的表示就成为：

192.168.0.0~192.168.0.255 这个 C Class 的 Netmask 说明
第一个 IP： 11000000.10101000.00000000.00000000
最后一个 ： 11000000.10101000.00000000.11111111
            |----------Net_ID---------|-host--|
Netmask  ： 11111111.11111111.11111111.00000000  <== Netmask 二进制
         ：   255   .  255   .  255   .   0      <== Netmask 十进制
特别注意喔，netmask 也是 32 位，在数值上，位于 Net_ID 的为 1 而 Host_ID 为 0

将他转成十进制的话，就成为『255.255.255.0』啦！ 这样记忆简单多了吧！照这样的记忆方法，那么 A, B, C Class 的 Netmask 表示就成为这样：

Class A, B, C 三个等级的 Netmask 表示方式：
Class A : 11111111.00000000.00000000.00000000 ==> 255.  0.  0.  0
Class B : 11111111.11111111.00000000.00000000 ==> 255.255.  0.  0
Class C : 11111111.11111111.11111111.00000000 ==> 255.255.255.  0

所以说， 192.168.0.0 ~ 192.168.0.255 这个 Class C 的网域中，他的 Netmask 就是 255.255.255.0 ！再来，我们刚刚提到了当 Host_ID 全部为 0 以及全部为 1 的时后该 IP 是不可以使用的，因为 Host_ID 全部为 0 的时后，表示 IP 是该网段的
Network ，至于全部为 1 的时后就表示该网段最后一个 IP ，也称为 Broadcast ，所以说，在 192.168.0.0 ~ 192.168.0.255 这个 IP 网段里面的相关网络参数就有：

Netmask:   255.255.255.0   <==网域定义中，最重要的参数
Network:   192.168.0.0     <==第一个 IP
Broadcast: 192.168.0.255   <==最后一个 IP
可用以设定成为主机的 IP 数：
192.168.0.1 ~ 192.168.0.254
  • 子网切分

好了，刚刚提到 Class C 还可以继续进行子域 (Subnet) 的切分啊，以 192.168.0.0 ~192.168.0.255 这个情况为例，他要如何再细分为两个子域呢？我们已经知道 Host_ID 可以拿来当作 Net_ID，那么 Net_ID 使用了 25 bits 时，就会如下所示：

原本的 C Class 的 Net_ID 与 Host_ID 的分别
11000000.10101000.00000000.00000000      Network:   192.168.0.0
11000000.10101000.00000000.11111111      Broadcast: 192.168.0.255
|----------Net_ID---------|-host--|

切成两个子网之后的 Net_ID 与 Host_ID 为何？
11000000.10101000.00000000.0 0000000  多了一个 Net_ID 了, 为 0 (第一个子网)
11000000.10101000.00000000.1 0000000  多了一个 Net_ID 了, 为 1 (第二个子网)
|----------Net_ID-----------|-host--|

第一个子网
Network:   11000000.10101000.00000000.0 0000000   192.168.0.0
Broadcast: 11000000.10101000.00000000.0 1111111   192.168.0.127
           |----------Net_ID-----------|-host-|
Netmask:   11111111.11111111.11111111.1 0000000   255.255.255.128

第二个子网
Network:   11000000.10101000.00000000.1 0000000   192.168.0.128
Broadcast: 11000000.10101000.00000000.1 1111111   192.168.0.255
           |----------Net_ID-----------|-host-|
Netmask:   11111111.11111111.11111111.1 0000000   255.255.255.128

所以说，当再细分下去时，就会得到两个子域，而两个子域还可以再细分下去喔 (Net_ID 用掉 26 bits ....)。呵呵！如果你真的能够理解 IP, Network, Broadcast, Netmask 的话，恭喜你，未来的服务器学习之路已经顺畅了一半啦！ ^_^

例题：
试着计算出 172.16.0.0，但 Net_ID 占用 23 个位时，这个网域的 Netmask, Network, Broadcast 等参数

答：

由于 172.16.xxx.xxx 是在 Class B 的等级当中，亦即 Net_ID 是 16 位才对。不过题目给的 Net_ID 占用了 23 个位喔！ 等于是向 Host_ID 借了 (23-16) 7 个位用在 Net_ID 当中。所以整个 IP 的地址会变成这样： 
预设：       172  .  16    .0000000 0.00000000
          |----Net_ID--------------|--Host---|
Network:     172  .  16    .0000000 0.00000000   172.16.0.0
Broadcast:   172  .  16    .0000000 1.11111111   172.16.1.255
Netmask:  11111111.11111111.1111111 0.00000000   255.255.254.0

鸟哥在这里有偷懒，因为这个 IP 段的前 16 个位不会被改变，所以并没有计算成二进制 (172.16)， 真是不好意思啊～至于粗体部分则是代表 host_ID 啊！

其实子网的计算是有偷吃步的，我们知道 IP 是二进制，每个位就是 2 的次方。又由于 IP 数量都是平均分配到每个子网去， 所以，如果我们以 192.168.0.0 ~ 192.168.0.255 这个网段来说，要是给予 Net_ID 是 26 位时，总共分为几段呢？ 因为 26-24=2 ，所以总共用掉两个位，因此有 2 的 2 次方，得到 4 个网段。再将 256 个 IP 平均分配到 4 个网段去， 那我们就可以知道这四个网段分别是：

  • 192.168.0.0~192.168.0.63
  • 192.168.0.64~192.168.0.127
  • 192.168.0.128~192.168.0.191
  • 192.168.0.192~192.168.0.255

有没有变简单的感觉啊？那你再想想，如果同样一个网段，那 Net_ID 变成 27 个位时，又该如何计算呢？自己算算看吧！

  • 无层级 IP： CIDR (Classless Interdomain Routing)

一般来说，如果我们知道了 Network 以及 Netmask 之后，就可以定义出该网域的所有 IP 了！因为由 Netmask 就可以推算出来 Broadcast 的 IP 啊！因此，我们常常会以 Network 以及 Netmask 来表示一个网域，例如这样的写法：

Network/Netmask
192.168.0.0/255.255.255.0
192.168.0.0/24    <==因为 Net_ID 共有 24 个 bits

另外，既然 Netmask 里面的 Net_ID 都是 1 ，那么 Class C 共有 24 bits 的 Net_ID ，所以啦，就有类似上面 192.168.0.0/24 这样的写法啰！这就是一般网域的表示方法。 同理可证，在上述的偷吃步计算网域方法中，四个网段的写法就可以写成：

  • 192.168.0.0/26
  • 192.168.0.64/26
  • 192.168.0.128/26
  • 192.168.0.192/26

事实上，由于网络细分的情况太严重，为了担心路由信息过于庞大导致网络效能不佳，因此，某些特殊情况下， 我们反而是将 Net_ID 借用来作为 Host_ID 的情况！这样就能够将多个网域写成一个啦！举例来说，我们将 256 个 Class C 的私有 IP (192.168.0.0~192.168.255.255) 写成一个路由信息的话，那么这个网段的写法就会变成： 192.168.0.0/16，反而将
192 开头的 Class C 变成 class B 的样子了！ 这种打破原本 IP 代表等级的方式 (透过 Netmask 的规范) 就被称为无等级网域间路由 (CIDR) 啰！ (注14)

老实说，你无须理会啥是无等级网域间路由啦！只要知道，那个 Network/Netmask 的写法，通常就是 CIDR 的写法！ 然后，你也要知道如何透过 Netmask 去计算出 Network, Broadcast 及可用的 IP 等，那你的 IP 概念就相当完整了！^_^

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