自學網路協議（五） 網間通訊 子網掩碼

前文回顧：

自學網路協議（一）：http請求與響應——get和post真的不一樣嗎？

自學網路協議（二）：osi第一層——物理層physical layer

自學網路協議（三）：osi第二層——機器通訊那點事

自學網路協議（四）：osi第三層——網路層的作用（上）

前面說osi第3層的作用是「互連網路」。

我們也開始了ip的學習，ip —— internet protocol，即「網際網路協議」，它毫無疑問是網路協議中主要的協議簇。

而ip位址，它實際上分為兩部分 —— 網路位址 & 機器位址。

實際上，我們在網際網路上定位乙個主機，就類似於去乙個小區找人：首先通過網路位址找到這個人是哪個小區的，再用主機位址（機器位址）從小區中找到這個人。

那麼，我們怎麼知道ip位址中的哪個部分代表什麼呢？

子網掩碼算是乙個「額外的資訊」了。它和ip位址是密不可分的。因為正是子網掩碼指明了ip位址的哪一部分是網路位址，哪一部分是主機位址。

還記得ifconfig / ipconfig嗎？它不僅包含了mac位址，還有ip位址和子網掩碼：enp0s3（乙太網介面）、inet（ip位址）、netmask（子網掩碼）

我們看到，子網掩碼和ipv4的ip位址格式一致——4個位元組，用點分十進位制表示，是因為ipv6格式的位址不需要子網掩碼。

子網掩碼中為1的二進位制位代表ip位址中的網路部分。

因為二進位制只由0、1組成，因此：子網掩碼中為0的二進位制位代表ip位址的主機部分。

192.168.0.1 -> 11000000.10101000.00000000.00000001

如上，二進位制中黃色部分代表ip的網路位址，其餘代表主機位址。

然而，上述只是非常簡單的乙個例子。眾所周知，分割經常會發生在乙個位元組的中間：

255.255.240.0 -> 11111111.11111111.1111 0000.00000000

192.168.0.1 -> 11000000.10101000.0000 0000.00000000

這次分割又變成了這樣！

其實，子網掩碼中位元組可以取的值是特定的。這是由於子網掩碼中0和1的排列造成的。

二進位制位的連續性

事實上，在二進位制子網掩碼中，為1的位必須在左邊，為0的位必須在右邊，不能混用0和1

！也就是說，子網掩碼的4個位元組中的每乙個位元組能取的值將始終是以下值：

00000000

->
010000000
->
12811000000
->
19211100000
->
22411110000
->
24011111000
->
24811111100
->
25211111110
->
25411111111
->
255

ip位址範圍的計算—— 計算第乙個和最後乙個位址

我們還是將目光放向了192.168.0.1和255.255.240.0相關聯。

要知道，屬於同一網路的所有主機，他們的網路位址的所有位都是相同的！

對於這個例子，顯然，他們的網路位址都等於11000000.10101000.0000

然而，其中主機位址是可以變化的

在這個網路中，主機位址可以取很多值 —— 這取決於我們將主機位址的某些為設定為0還是1。

總的來說，他們（這些ip位址）將是：

如此，我們通過改變ip位址中主機位址的位，就找到了此網路中所有可被主機所用的ip位址。

網路的第乙個ip位址是主機位址所有位皆為0的位址；

網路的最後乙個ip位址是主機位址所有位皆為1的位址；

若主機位址有兩位，那就有2的2次方個可能的位址（00、01、10、11）…

以此類推，要找到網路中的位址數量，只需知道主機位址的二進位制位數即可。

而ip位址中的主機位址是由子網掩碼定義的，也就是說，網路中的可用主機數取決於子網掩碼！

那麼，我們完全可以定義：網路中可用的ip數=2的「子網掩碼中0的個數」次方個。

網路位址和廣播位址當我們向某網路的廣播位址傳送訊息時，此網路上的所有主機都將收到此訊息。

因此，假設乙個網路有 16 個可用的 ip 位址，網路中的主機卻只能使用 14 個位址，因為第乙個和最後乙個將保留給該網路的位址和廣播位址。這條規則對於任何網路都是如此，總是有 2 個不能為主機所用的位址。

上乙個例子，就是相關聯的 ip 位址192.168.0.1和子網掩碼255.255.240.0的示例中，網路中的主機可以使用的位址數是 4096（2的12次方） - 2 = 4094 個，因此理論上此網路可以容納 4094 臺主機。

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