Subnetting 详解

Source: Dev.to

什么是子网划分？

把它想象成把一栋大型公寓楼分成不同的楼层。每个楼层（子网）都有自己的编号单元（主机），而大楼的地址（network ID）标识你所在的楼层。

IPv4 地址结构

示例地址：192.168.1.10

每个 IPv4 地址被划分为两个逻辑部分：

• 网络部分 – 由子网掩码决定。
• 主机部分 – 剩余的位。

/24 掩码表示前 24 位是网络部分，后 8 位用于主机。

IP: 192.168.1.10

子网掩码

255.255.255.0 = /24

设备使用子网掩码来判断目标 IP 是否在同一局域网（直接发送）或在不同网络（发送至网关路由器）。

设备如何使用 AND 运算

规则很简单：

• 1 AND 1 = 1
• 任意数 AND 0 = 0

AND 运算的结果就是 网络 ID。

Source IP: 192.168.1.10
Binary:   11000000.10101000.00000001.00001010
Mask:     11111111.11111111.11111111.00000000
Result:   11000000.10101000.00000001.00000000  → 192.168.1.0 (Network ID)

设备会对 源 IP 和目标 IP 都执行此 AND 运算。

• 如果两个结果相同，说明设备在同一子网，可以直接通信。
• 如果结果不同，则将数据包发送到默认网关。

此逻辑在硬件中以线速对每个数据包执行。

网络 ID 和广播地址

• 网络 ID – 所有主机位为 0。
• 广播地址 – 所有主机位为 1（子网中的最后一个地址）。

可用主机地址

Usable Hosts = 2^H − 2

其中 H 是子网划分后剩余的主机位数。

/24 示例

• H = 8 → 2^8 − 2 = 254 可用主机（地址 192.168.1.1 – 192.168.1.254）。

子网划分公式

• 所需子网数量: 2^N，其中 N = 从主机部分借用的位数。
• 每个子网的主机数: 2^H − 2，其中 H = 剩余的主机位数。

您从原始掩码的主机部分借用 N 位，这会使前缀长度增加 N。剩余的 H 位决定每个子网可以容纳的主机数量。

借用位 — 实际含义

Original network: 192.168.1.0/24

Borrow 2 bits:

11111111.11111111.11111111.11000000

• 借用 2 位可得到 2² = 4 个子网。
• 每个子网有 2^6 − 2 = 62 个可用主机。

更多子网 → 每个子网的主机更少。这是根本的权衡。

块大小 — 最实用的技巧

Block Size = 256 − (interesting octet value)

interesting octet 是指子网掩码既不是 255（全部网络位）也不是 0（全部主机位）的那个八位字节。

示例：/26

• 掩码：255.255.255.192
• interesting octet 值：192
• 块大小：256 − 192 = 64

子网起始地址：0, 64, 128, 192

记住常用块大小

这些数值几乎出现在所有的子网划分题目中。

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逐步解决子网问题

6 步法

1. 从题目中确定前缀长度（/x）。
2. 找出“感兴趣的八位字节”。
3. 计算块大小。
4. 列出子网范围。
5. 确定给定主机地址所在的范围。
6. 读取网络 ID、广播地址以及可用主机范围。

示例 1 — /26 子网

问题： 给定 IP 地址 192.168.1.70/26，求网络 ID、广播地址和可用主机范围。

示例 2 — /22 子网

问题： 给定 IP 地址 10.205.79.90/22，求网络 ID、广播地址和主机范围。

当感兴趣的八位字节不是最后一个（如 /22）时，完整的主机范围会跨越多个最后一个八位字节的取值。网络起始于 (块起始).0，结束于 (块结束).255。

示例 3 — 将 /24 划分为子网

问题： 某公司拥有网络 192.168.1.0/24，需要至少 3 个子网。

结果：得到 4 个子网（多出一个备用），每个子网支持 62 台可用主机。将其中三个分配给各部门，保留一个作为备用。

CIDR 表示法

192.168.1.0/24 表示 24 位网络位 和 8 位主机位。

CIDR（无类域间路由）在各处都有使用——路由表、防火墙规则、云安全组以及 IP 分配。理解 /x 表示法可以立即告诉你任何子网的块大小和主机容量。

快速参考表

关键要点

• 子网划分通过 借用主机位 将一个网络拆分为多个子网——子网越多，每个子网的主机数越少。
• 设备使用 按位与 来确定自己的子网：IP AND 掩码 = 网络 ID。
• 网络 ID（所有主机位为 0）和 广播地址（所有主机位为 1）始终保留，不能分配给主机。
• 块大小 = 256 − 掩码八位字节值 —— 查找子网范围的最快工具。
• 可用主机数 = 2^H − 2，其中 H 为主机位数。
• CIDR /x 表示网络位的数量，剩余的位都是主机位。
• 设计子网时，优先考虑 网络数量，然后再考虑 每个网络的主机数。