深入理解IP子网掩码子网划分{作用} 以及 不同网段之间的ping的原理 以及子网掩码的区域划分

目录

子网掩码详解

子网掩码定义

子网掩码进一步解释

子网掩码的作用

 计算总结表

子网掩码计算

子网掩码对应IP数量计算

判断IP是否在同一网段

1. 计算步骤

2. 示例

3. 关键点

总结

不同网段通信原理与Ping流程

1. 同网段通信

2. 跨网段通信

网段计算示例

3. Ping命令的作用

总结

子网掩码详解

子网掩码定义

  • 子网掩码（Subnet Mask）是一个32位二进制数，用于标识IP地址中网络号和主机号的分界。
    • 示例：255.255.255.0（二进制：11111111.11111111.11111111.00000000）表示前24位为网络号。

  • ip地址分为两个部分

    • 网络部分：标识子网，也就是网络位或者说网段

    • 主机部分：标识主机

  • 注意：单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类

    • 从网络部分或主机部分都无法辨识一个ip所处的子网

    • 例：172.16.10.1与172.16.10.2并不能确定二者处于同一子网

子网掩码进一步解释

  • 所谓"子网掩码"，就是表示子网络特征的一个参数。
  • 它在形式上等同于IP地址。
  • 也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。
  • 比如，IP地址172.16.10.1。

  • 如果已知网络部分是前24位

  • 主机部分是后8位

    • 上面说的是二进制

  • 那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000

  • 写成十进制就是255.255.255.0。

子网掩码的作用

  • 划分网络：确定IP地址的网络部分和主机部分。
  • 路由决策：路由器根据子网掩码判断目标是否在同一网段。
  • 减少广播域：分割广播域，优化网络性能。
  • 决定了一个网段的大小
  • 网段大小决定了有多少个ip地址可以用，网段越大，ip地址越多
ip地址：192.168.2.110 子网掩码：255.255.255.0
上面两个还有一个等效的写法：192.168.2.110/24

 计算总结表

CIDR值子网掩码主机位数总地址数可用地址数常见场景
/8255.0.0.02416,777,21616,777,214国家级网络
/16255.255.0.01665,53665,534中型企业
/24255.255.255.08256254家庭/小型办公室

怎么确定网段的大小呢，就要看子网掩码。

  • 8位、16位、24位等就是代表子网掩码的值的。

  • 数字越小的，表示网段越大 

192.168.2.118/24  10.0.0.0/8  172.16.0.0/16

子网掩码计算

  • 步骤示例（划分192.168.1.0/24为4个子网）：
    1. 确定需要的主机数：每个子网至少支持30台设备 → 主机号需5位（2^5=32，保留全0和全1地址）。
    2. 子网掩码：原为/24（255.255.255.0），新增2位网络号 → 变为/26（255.255.255.192）。
    3. 子网划分结果：
      • 子网1：192.168.1.0/26（可用地址1-62）
      • 子网2：192.168.1.64/26（可用地址65-126）
      • 子网3：192.168.1.128/26（可用地址129-190）
      • 子网4：192.168.1.192/26（可用地址193-254）

子网掩码对应IP数量计算

255.255.255.0前面的255.255.255对应二进制就是24个1。

  • 也就是对应的ip地址的前面24位是不变的，那么ip地址的这24位就是网络位。

  • 剩余的8位是主机位，网络位不变，主机位是可变的，可变的ip数量。

就是这个网段的ip地址数量，共2的8次方=256个，就可以写为172.16.10.1/24

  • 但是172.16.10.0和172.16.10.255都被保留下来不让主机使用

  • 172.16.10.0作为网络号，通过网络号可以找到这个网络号对应网段的网络了，172.16.10.255是广播地址，这个广播地址我们一会说。

  • 也就是可用ip地址个数为256-2=254个。

所以ip协议有两个作用

  • 一个是为每一台计算机分配IP地址
  • 另一个是确定哪些地址在同一个子网络。

判断IP是否在同一网段

1. 计算步骤

  1. 将IP地址和子网掩码转换为二进制。
  2. 对两者进行按位AND运算，得到网络地址。
  3. 比较两个IP地址的网络地址是否相同。

2. 示例

问题：判断以下两个IP地址是否在同一个子网。

  • IP地址1：172.16.10.1
  • IP地址2：172.16.10.2
  • 子网掩码：255.255.255.0

计算过程：

  1. 转换为二进制：

    • IP地址1：10101100.00010000.00001010.00000001
    • IP地址2：10101100.00010000.00001010.00000010
    • 子网掩码：11111111.11111111.11111111.00000000

  2. 按位AND运算：

    • IP地址1与子网掩码： 
      10101100.00010000.00001010.00000001 (172.16.10.1)
AND
11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0)
-----------------------------------
10101100.00010000.00001010.00000000 (172.16.10.0)
    • IP地址2与子网掩码： 
      10101100.00010000.00001010.00000010 (172.16.10.2)
AND
11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0)
-----------------------------------
10101100.00010000.00001010.00000000 (172.16.10.0)

  3. 比较网络地址：

    • 两个IP地址的网络地址均为172.16.10.0。

结论：两个IP地址在同一个子网中。

3. 关键点

  • 子网掩码的作用：用于划分IP地址的网络部分和主机部分。
  • 按位AND运算：通过逻辑运算提取网络地址。
  • 网络地址相同：若两个IP地址的网络地址相同，则它们在同一个子网中。

总结

通过将IP地址和子网掩码转换为二进制并进行按位AND运算，可以快速判断两个IP地址是否在同一个子网中。这种方法简单高效，是网络配置和故障排查中的常用技巧。

不同网段通信原理与Ping流程

1. 同网段通信

  • 原理：同一网段的IP地址，物理线路接通后可以直接通信。
  • 流程：
    1. 设备A（192.168.1.10/24）向设备B（192.168.1.20/24）发送数据包。
    2. 检查目标IP是否在同一子网（网络号相同）。
    3. 通过ARP协议获取目标MAC地址。
    4. 直接通过交换机或Hub传输数据。

2. 跨网段通信

  • 原理：不同网段的IP地址，即使物理线路接通，也不能直接通信，需要通过路由器转发。
  • 流程：
    1. 设备A（192.168.1.10/24）向设备C（10.0.0.5/24）发送数据包。
    2. 发现目标IP不在同一子网。
    3. 将数据包发送至默认网关（如192.168.1.1）。
    4. 网关路由器根据路由表转发至目标网络。
    5. 目标网络的路由器通过ARP找到设备C并交付数据。

网段计算示例

  • 问题：网络位25位，主机位7位，判断两个IP地址是否在同一网段。
  • 计算过程：
    • IP地址1：192.168.100.126
      • 二进制：11000000 10101000 01100100 01111110
      • 子网掩码：11111111 11111111 11111111 10000000（255.255.255.128）
      • 逻辑与运算结果：192.168.100.0
    • IP地址2：192.168.100.129
      • 二进制：11000000 10101000 01100100 10000001
      • 子网掩码：11111111 11111111 11111111 10000000（255.255.255.128）
      • 逻辑与运算结果：192.168.100.128
  • 结论：两个IP地址的网络号不同（192.168.100.0 vs 192.168.100.128），不在同一网段，无法直接通信。

3. Ping命令的作用

  • 验证连通性：通过发送ICMP Echo Request报文，检测目标设备是否可达。
  • 路径诊断：结合tracert（Windows）或traceroute（Linux）命令，分析数据包从源到目标的路径，帮助排查网络故障。

总结

  • 同网段通信：直接通过ARP和交换机完成。
  • 跨网段通信：依赖路由器转发，涉及默认网关和路由表。
  • 网段计算：通过子网掩码和逻辑与运算判断IP地址是否在同一网段。
  • Ping命令：用于测试连通性和诊断网络路径。

通过以上内容，您可以更好地理解不同网段通信的原理、网段计算方法以及Ping命令的实际应用。

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