子網掩碼
子網掩碼，也稱為網絡掩碼和地址掩碼，是計算機網絡中的一個重要概念。子網掩碼是一個32位二進制數字，用于表示網絡地址和主機地址。對應于網絡地址的所有位都設置為1，對應于主機地址的所有位都設置為0。
子網掩碼有多種表示方法，包括二進制表示法（如255.255.255.0）、十進制表示法（點分表示法）和CIDR表示法（如“/24“），用于清楚地指定IP地址中的網絡和主機部分。這些表示用于不同的網絡環境中，提供不同級別的準確性和靈活性。
子網掩碼必須與IP地址一起使用，它可以確定IP地址的網絡部分和主機部分，以幫助網絡設備識別本地網絡和遠程網絡，從而實現以下功能:確定網絡地址、廣播地址、區分本地和遠程網絡、支持子網劃分以及確保數據在網絡中的正確傳輸和路由。
發展歷史
在網絡設計的早期階段，即20世紀60年代至80年代初，沒有引入子網掩碼的概念，網絡設計采用基本的網絡拓撲結構和地址分配。在這一時期，IPv4地址由類地址方案分配，該方案將IP地址分為A類、B類、C類、D類和E類，這限制了網絡的靈活性，并導致地址浪費和資源分配不均。因此，有必要引入子網掩碼來合理分配有限的互聯網資源。
20世紀80年代，子網掩碼的引入賦予了網絡更大的靈活性和管理能力，使網絡管理員能夠更仔細地劃分IP地址，從而更有效地利用網絡資源。子網掩碼的概念將IP地址分為網絡地址部分和主機地址部分，由二進制中的“1”和“0”組合定義。這種發展使網絡管理員可以根據自己的需求創建更小的子網，從而提高網絡設計的靈活性并適應不同規模和需求的網絡。此外，子網掩碼的配置和使用有助于減少地址資源的浪費，增強網絡的安全性和隔離性。
20世紀90年代，CIDR（無類域間路由）的引入標志著網絡技術的巨大進步。在這一時期，子網掩碼的發展進入了一個新的階段，以處理早期互聯網中的IP地址分配和路由表管理。傳統的類地址分類（A類、B類、C類）導致了IP地址的浪費和巨大的路由表，因為每個組織都獲得了固定的地址空間，而不考慮實際需求。CIDR引入了可變長度子網掩碼（VLSM），允許根據需求分配可變數量的地址，從而更有效地利用地址空間。CIDR的對角線符號（例如/24）指定子網掩碼的長度，這使網絡管理員能夠更靈活地劃分IP地址。這一創新縮小了路由表的大小，提高了網絡性能并簡化了路由器配置，已成為現代互聯網基礎設施不可或缺的一部分。CIDR的出現對網絡的規模和效率產生了深遠的影響，并推動網絡架構朝著更加靈活和高效的方向發展。
2019年IPv4資源的枯竭標志著互聯網快速發展帶來的挑戰。這一事件推動了IPv6的引入。IPv6使用128位地址空間，這為互聯網提供了廣闊的地址空間以滿足未來需求。IPv6沒有子網掩碼的概念，支持前綴長度的配置，并允許網絡管理員更好地劃分地址塊。這不僅解決了IPv4資源枯竭的問題，還為未來的網絡增長提供了可持續性。目前，IPv6的使用大多是通過隧道通信技術從IPv4過渡到IPv6。因此，IPv6取代IPv4還需要很長時間，子網掩碼的存在仍然具有重要意義。
子網掩碼表示
點分十進制表示法：這是最常見的子網掩碼表示。它使用四個十進制數字，每個數字的范圍從0到255，代表子網掩碼的四個8位組成部分。將二進制數轉換為十進制數的方法是將每個二進制位與其對應的權重相乘，然后將結果相加。例如，二進制數11011010被轉換為十進制數218。例如，子網掩碼二進制111111111 . 1111111 . 111111 . 0000000表示為255.255.255.0。
CIDR對角線符號：CIDR（無類域間路由）表示法通常是IP地址后跟一個斜杠和一個數字，數字表示子網掩碼網絡標識部分的位數，即這32位數字中有多少位是1。在傳統的IP地址分配中，IP地址通常分為類，如A類、B類、C類等。每個類別都有固定數量的主機和網絡地址。然而，CIDR引入了一種更靈活的方法，它不再依賴于固定的類別，而是允許網絡管理員根據需要分配任意數量的地址。
示例1: 192.168.1.100/24，子網掩碼表示為255.255.255.0，二進制表示為1111111111111111110000，前24位為1。
示例2: 172.16.198.12/20，子網掩碼表示為255.255.240.0，二進制表示為11111111111111111111100000，前20位為1。
CIDR表示法更加靈活，可以更準確地表示子網掩碼長度。
子網掩碼原理
子網掩碼地址劃分的原理：IPv4網絡中子網掩碼的工作原理是通過32位IP地址與對應的32位子網掩碼之間的逐位邏輯與運算，將IP地址分為兩部分:網絡部分和主機部分。子網掩碼中的“1”位和IP地址中的相應相位將生成網絡標識部分，而子網掩碼中的“0”位和IP地址中的相應相位將生成主機標識部分。而運算是計算機中一種基本的邏輯運算方式。符號是&，它也可以表示為和。參與運算的兩個數據根據二進制位進行“與”運算。運算規則:0 & 0 = 0；0&1=0;1&0=0;1&1=1;也就是說，如果兩位數都是“1”，結果將是“1”，否則將是0。
子網掩碼例如，對于IP地址192.168.10.11和子網掩碼255.255.0，and運算得到的網絡地址是192.168.10.0，這意味著IP地址屬于192.168.10.0的網絡，主機地址部分是11，即在此網絡中。
子網掩碼劃分子網的原理：子網劃分是通過借用IP地址的幾個主機位作為子網地址來實現的，從而將原來的網絡劃分為幾個子網。劃分子網時，隨著借用主機數量的增加，子網數量增加，而每個子網中的可用主機數量逐漸減少。
子網劃分方法:確定要劃分的子網數量以及每個子網所需的主機數量。計算所需的子網位和主機位，通常以二進制形式表示。根據原始子網掩碼，將主機地址的第一部分設置為全1或最后一部分設置為全0，以獲得子網劃分后的子網掩碼。根據需要，您可以根據網絡需求和資源的有效利用率，選擇使用更多的主機位作為子網位或主機地址位。
例如，B類網絡135.41.0.0/16需要劃分為20個網絡，這些網絡可以容納200臺主機。