第 9 篇：子网掩码：如何划分“小区”

8125035332026-06-11 21:19

网络基础系列第 9 篇：子网掩码------IP 地址的"小区围墙"

上一篇我们讲了 IP 地址：互联网的门牌号。今天继续问一个更容易把人绕晕的问题：同样是 IP 地址，系统到底怎么判断"你和我是不是同一个网段"？

开场：为什么 192.168.1.10 和 192.168.1.20 算邻居？

你可能见过这样的 IP 配置：

text 复制代码 
192.168.1.10/24
192.168.1.20/24

很多人会下意识觉得：

这俩一看就是同一个网段。

再看这个：

text 复制代码 
192.168.1.10/24
192.168.2.10/24

又会觉得：

这俩应该不是同一个网段。

直觉通常没错。

但问题是：

操作系统不是靠"看起来像不像"判断同网段的。

它不懂你的直觉。

它只认规则。

这个规则，就是子网掩码。

子网掩码的核心作用：

它告诉操作系统：一个 IP 地址里，哪部分是"小区地址"（网络号），哪部分是"房间号"（主机号）。

一句话总结：

子网掩码决定 IP 地址的网络边界，用来判断两个 IP 是否在同一个网段。

再通俗一点：

IP 地址像门牌号，子网掩码决定这个"小区"有多大。

同一个门牌号前缀，不一定就同小区。

同一个小区，也不一定是你肉眼看到的前三段一样。

网络世界不按眼缘分组。它按二进制。这就很工程，也很不浪漫。

🔧 核心概念：为什么需要子网掩码？

在 IPv4 地址的 32 位中，子网掩码用连续的 1 表示网络部分，连续的 0 表示主机部分。

text 复制代码 
IP 地址：      192.168.1.10  (11000000.10101000.00000001.00001010)
子网掩码：     255.255.255.0 (11111111.11111111.11111111.00000000)
                 └───────── 网络位 ─────────┘ └─ 主机位 ─┘

为什么要划分网络位和主机位？

因为路由器需要聚合路由。如果每个 IP 都单独一条路由，互联网瞬间瘫痪。

路由表按"网段"组织，而不是按"单个 IP"：

text 复制代码 
去 192.168.1.0/24 → 走 A 方向
去 10.0.0.0/8    → 走 B 方向

这就像快递分拣：

先按"省 → 市 → 区 → 小区"，最后才到"门牌号"。

子网掩码的根本价值：

  1. 路由聚合：减少路由表条目
  2. 广播域控制：隔离广播流量
  3. 地址规划：合理分配有限 IPv4 资源

🔧 同网段判断：系统到底怎么算的？

当一个 IP 包要发出时，操作系统执行以下精确判断流程：

text 复制代码 
Step 1: 取出本机 IP 和本机掩码
Step 2: 本机网络地址 = 本机 IP & 本机掩码（按位与）
Step 3: 目标网络地址 = 目标 IP & 本机掩码
Step 4: 比较两个网络地址是否相等

按位与规则（只有两个都是 1，结果才是 1）：

text 复制代码 
1 & 1 = 1
1 & 0 = 0
0 & 1 = 0
0 & 0 = 0

举例：判断 192.168.1.10/24 和 192.168.1.20/24

text 复制代码 
本机 IP:   192.168.1.10 → 11000000.10101000.00000001.00001010
本机掩码:  255.255.255.0 → 11111111.11111111.11111111.00000000
按位与:                   11000000.10101000.00000001.00000000 → 192.168.1.0

目标 IP:   192.168.1.20 → 11000000.10101000.00000001.00010100
本机掩码:  255.255.255.0 → 11111111.11111111.11111111.00000000
按位与:                   11000000.10101000.00000001.00000000 → 192.168.1.0

网络地址相同 → 同网段 ✅

举例：判断 192.168.1.10/24 和 192.168.2.10/24

text 复制代码 
本机网络地址: 192.168.1.0
目标网络地址: 192.168.2.0（计算过程同上）
网络地址不同 → 不同网段 ❌

#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z p{margin:0;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .label text,#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .node rect,#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .node circle,#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .node ellipse,#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .node polygon,#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .rough-node .label text,#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .node .label text,#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .image-shape .label,#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .rough-node .label,#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .node .label,#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .image-shape .label,#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .icon-shape,#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .icon-shape p,#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-nYLSJHNj1U08498z :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} 相等
不相等
本机 IP: 192.168.1.10/24
本机网络地址

192.168.1.0
目标 IP: 192.168.1.20
目标网络地址

192.168.1.0
目标 IP: 192.168.2.10
目标网络地址

192.168.2.0
比较
同网段

直接通信
比较
不同网段

走网关

这个判断的结果直接影响转发行为：

判断结果 下一跳 通信方式
同网段 目标 IP 本身 ARP 找目标 MAC，二层转发
不同网段 网关 IP ARP 找网关 MAC，三层路由

子网掩码不只考试用。它直接决定数据包第一跳发给谁。掩码配错，包可能第一步就走错。

子网掩码的两种写法

子网掩码常见有两种写法，完全等价。

写法一：点分十进制

text 复制代码 
255.255.255.0

写法二：CIDR 前缀长度

text 复制代码 
/24

为什么 255.255.255.0 = /24？

写二进制就清楚了：

text 复制代码 
255.255.255.0 = 11111111.11111111.11111111.00000000
                 └────────────── 24 个 1 ──────────────┘

常见掩码对照表（建议熟记）：

CIDR 点分十进制 二进制 总地址数 可用主机数
/8 255.0.0.0 11111111.00000000.00000000.00000000 16,777,216 16,777,214
/16 255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000 65,536 65,534
/24 255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.00000000 256 254
/25 255.255.255.128 11111111.11111111.11111111.10000000 128 126
/26 255.255.255.192 11111111.11111111.11111111.11000000 64 62
/27 255.255.255.224 11111111.11111111.11111111.11100000 32 30
/28 255.255.255.240 11111111.11111111.11111111.11110000 16 14
/29 255.255.255.248 11111111.11111111.11111111.11111000 8 6
/30 255.255.255.252 11111111.11111111.11111111.11111100 4 2
/32 255.255.255.255 11111111.11111111.11111111.11111111 1 1

⚠️ 重要 ：可用主机数 = 总地址数 - 2（网络地址 + 广播地址）。但 /31 和 /32 有特殊用途（点对点链路），这里暂不展开。

🔧 为什么不能只看前三段？（打破直觉的案例）

案例一：/23 打破"第三段不同"的直觉

text 复制代码 
192.168.1.10/23
192.168.0.20/23

很多人第一反应：第三段不一样，不同网段。

但 /23 的掩码是 255.255.254.0，网络位是 23 位：

text 复制代码 
192.168.1.10:  11000000.10101000.00000001.00001010
192.168.0.20:  11000000.10101000.00000000.00010100
掩码/23:       11111111.11111111.11111110.00000000
                   网络位(23位)          主机位(9位)

比较前 23 位：完全相同 → 同一个网段 ✅

这个网段的地址范围是：192.168.0.0 - 192.168.1.255
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范围: 192.168.0.0 - 192.168.1.255
192.168.0.20
192.168.1.10

案例二：/25 打破"前三段相同"的直觉

text 复制代码 
192.168.1.10/25
192.168.1.200/25

前三段完全一样。

但 /25 的掩码是 255.255.255.128，把 /24 切成两个子网：

text 复制代码 
192.168.1.0/25   范围：192.168.1.0 - 192.168.1.127
192.168.1.128/25 范围：192.168.1.128 - 192.168.1.255
  • 192.168.1.10 → 属于 192.168.1.0/25
  • 192.168.1.200 → 属于 192.168.1.128/25

不是同一个网段 ❌
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192.168.1.0/25

0-127
192.168.1.128/25

128-255
192.168.1.10
192.168.1.200

工程教训：永远不要靠"看起来像"判断网段。/24 的巧合让"前三段相同"成了伪规律，一换掩码就翻车。

🔧 特殊地址：网络地址和广播地址

在一个传统 IPv4 子网中，有两个地址不能分配给普通主机：

以 192.168.1.0/24 为例：

类型 地址 二进制（最后 8 位） 用途
网络地址 192.168.1.0 00000000 标识整个网段
可用主机 192.168.1.1 - 254 00000001 - 11111110 分配给设备
广播地址 192.168.1.255 11111111 发给网段内所有主机

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网络地址

192.168.1.0

标识网段
可用主机

192.168.1.1 - 192.168.1.254
广播地址

192.168.1.255

发给所有主机

网络地址的作用：

  • 在路由表中表示"这个网段的存在"
  • 不能配置在普通网卡上作为通信地址

广播地址的作用：

  • 目标 MAC = FF:FF:FF:FF:FF:FF
  • 网段内所有设备都会接收并处理
  • ARP 请求就是典型例子

⚠️ 工程提醒 ：虽然某些特殊场景（如 /31 点对点链路）可以不遵守这个规则，但入门和多数生产环境请严格遵守。如果你把服务器配成 192.168.1.255/24 然后问为什么不通------先深呼吸，再改 IP。

子网大小怎么算？

核心公式：

text 复制代码 
总地址数 = 2^(32 - 前缀长度)
可用主机数 = 总地址数 - 2（网络地址 + 广播地址）

为什么 2^(32 - 前缀长度)？

IPv4 共 32 位，前缀长度 = 网络位数量，剩余 = 主机位数量。每个主机位可以取 0 或 1，所以总地址数 = 2^主机位数。

举例：

前缀 主机位数 计算 总地址数 可用主机数
/24 32-24=8 2^8 256 254
/26 32-26=6 2^6 64 62
/16 32-16=16 2^16 65,536 65,534

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网络位越少
主机位越多
总地址数越多
前缀长度越长
网络位越多
主机位越少
总地址数越少

⚠️ 易错点 ：/24 比 /16 小，不是大。前缀长度数字越大，网段越小。别记反。

子网划分：把大网段切成小网段

子网划分的核心：从主机位借位，变成网络位。

案例：把 /24 切成四个 /26

text 复制代码 
原始: 192.168.1.0/24
     网络位24位，主机位8位

需要4个子网 → 4 = 2^2 → 借2位 → 网络位变成26位

划分结果：

子网 地址范围 可用主机数 二进制（最后 8 位）
192.168.1.0/26 192.168.1.0 - 1.63 62 00xxxxxx
192.168.1.64/26 192.168.1.64 - 1.127 62 01xxxxxx
192.168.1.128/26 192.168.1.128 - 1.191 62 10xxxxxx
192.168.1.192/26 192.168.1.192 - 1.255 62 11xxxxxx

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256个地址
192.168.1.0/26

办公网
192.168.1.64/26

服务器网
192.168.1.128/26

访客网
192.168.1.192/26

摄像头网

划分的好处：

  • 控制广播域大小（减少广播影响范围）
  • 便于安全隔离（不同子网间走路由，可加防火墙）
  • 便于路由聚合（减小路由表）
  • 地址规划更清晰

🔧 掩码配错会发生什么？（典型故障案例）

掩码配错是非常经典的网络故障来源。来看两个典型案例：

案例一：掩码配得太大（/24 配成 /16）

text 复制代码 
正确配置：A: 192.168.1.10/24  网关: 192.168.1.1
错误配置：A: 192.168.1.10/16  ← 掩码从 /24 被改成了 /16

故障现象：

  • A ping 192.168.2.20 失败
  • A 的 ip neigh 显示 192.168.2.20 的条目为 FAILED
  • 抓包能看到 A 发出 ARP 请求 who-has 192.168.2.20

根本原因：

A 用 /16 掩码计算后发现 192.168.2.20 和自己同网段（都在 192.168.0.0/16 内），于是尝试 ARP 直连。但 B 实际在另一个二层网络，ARP 永远没人回复。
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192.168.1.10/16

掩码配大了
误判：目标 192.168.2.20

和我同网段
直接 ARP 问 192.168.2.20 的 MAC
对方不在同一二层网络

ARP 无响应
通信失败 ❌

案例二：掩码配得太小（/24 配成 /25）

text 复制代码 
主机A: 192.168.1.10/25  网关: 192.168.1.1/25
主机B: 192.168.1.200/25 网关: 192.168.1.129/25（假设）

故障现象：

  • A 和 B 互相 ping 不通
  • 但 A 能 ping 通自己的网关
  • B 能 ping 通自己的网关

根本原因：

/25 将原来的 /24 切成了两个子网，A 和 B 不在同一个子网，需要经过路由器才能通信。但如果路由器没配置两个子网之间的路由，就无法通信。

排障提示：掩码配错时，IP 看起来没错，网关也配了，但系统根本没打算用网关。它以为对方就在隔壁，结果隔壁其实是另一个城市。掩码错了，世界观就错了。

🔧 Linux 命令速查

查看本机 IP 和掩码：

bash 复制代码 
ip addr

输出示例：

text 复制代码 
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP>
    inet 192.168.1.10/24 brd 192.168.1.255 scope global eth0
字段 含义
192.168.1.10/24 本机 IP + 前缀长度
brd 192.168.1.255 广播地址
scope global 全局有效（非本地回环）

查看路由表（确认直连网段和默认网关）：

bash 复制代码 
ip route

输出示例：

text 复制代码 
192.168.1.0/24 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.1.10
default via 192.168.1.1 dev eth0
字段 含义
192.168.1.0/24 dev eth0 直连网段，从 eth0 出去
default via 192.168.1.1 默认网关

判断两个 IP 是否同网段（手动计算）：

bash 复制代码 
# 安装工具（如果需要）
sudo apt install ipcalc   # Debian/Ubuntu
# 或
sudo yum install ipcalc   # CentOS/RHEL

ipcalc 192.168.1.10/24 192.168.1.20

排查掩码问题的检查清单：

  1. ip addr 里的 /xx 是否符合预期？
  2. ip route 里的直连路由是否符合预期？
  3. 访问同网段目标时，ip neigh 能否解析到 MAC？
  4. 访问不同网段目标时，包是否走了网关？（用 tcpdump 确认）
  5. ARP 是否在错误地找远端 IP？

排障时不要只盯着 IP。IP 后面的 /24、/16、/26 有时候才是真凶。它们很短，但很能惹事。

🔧 与前几篇的关系：完整的数据发送流程

现在可以把前几篇的知识完整串起来了：
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否
应用要访问目标 IP
系统查看本机 IP 和掩码
计算目标是否同网段
同网段？
下一跳 = 目标 IP
查路由表获取网关 IP
下一跳 = 网关 IP
ARP：下一跳 IP → 下一跳 MAC
封装以太网帧

目标 MAC = 下一跳 MAC
交换机根据目标 MAC 转发
到达下一跳设备

各层职责总结：

角色 负责的问题 上一篇
IP 地址 最终目标是谁 第 8 篇
子网掩码 目标是否和我同网段 本篇
路由表 不同网段时，下一跳 IP 是谁 第 10 篇预告
ARP 下一跳 IP 对应哪个 MAC 第 6 篇
交换机 目标 MAC 在哪个端口 第 7 篇

这张表非常重要。如果你能把这几个角色分清，很多网络问题会从"一团乱麻"变成"按流程排查"。排障不是玄学，排障是把问题放回正确的层次。

常见误区

误区一：前三段一样就是同网段

❌ 不对。

这只在 /24 下巧合成立。

  • /25：前三段一样可能不同网段
  • /23：第三段不一样可能是同网段

判断同网段要看掩码，不要只看眼缘。网络不相信缘分。

误区二：/24 比 /16 大

❌ 不对。

/24 前 24 位是网络位，主机位 8 位 → 256 个地址

/16 前 16 位是网络位，主机位 16 位 → 65536 个地址

前缀长度越短，网段越大；前缀长度越长，网段越小。 前缀长度不是衣服尺码。

误区三：有默认网关就一定会走网关

❌ 不对。

只有当目标不在本机直连网段时，才会查路由表找网关。

如果掩码配错，系统误判目标是直连网段，就会尝试 ARP 直连，网关配置了也没用。

网关坐在那里等半天，包根本没来。

误区四：网络地址和广播地址可以随便分配给主机

❌ 通常不行。

  • 网络地址（如 192.168.1.0/24 的 .0）用于标识网段
  • 广播地址（如 .255）用于发给网段内所有主机

虽然点对点链路（/31）等特殊场景有例外，但入门和多数生产环境请严格遵守。

生产环境最怕"我看网上有人这么干"。网上还有人把数据库端口开公网裸奔，不能学。

小结

这一篇我们讲了子网掩码。

核心知识点：

  1. 子网掩码决定 IP 地址中哪部分是网络位、哪部分是主机位。
  2. /24 表示前 24 位是网络位，等价于 255.255.255.0。
  3. 判断同网段：(本机 IP & 本机掩码) == (目标 IP & 本机掩码)
  4. 网络地址相同才是同网段，不能单看前三段。
  5. 前缀越短（如 /16）网段越大，前缀越长（如 /30）网段越小。
  6. 一个子网通常有：网络地址、可用主机地址、广播地址。
  7. 掩码配错会导致主机误判目标是否直连，引发通信失败。
  8. 同网段 → ARP 找目标 MAC；不同网段 → ARP 找网关 MAC。
  9. ip addr 和 ip route 是排查掩码问题的关键命令。

一句话总结：

IP 地址告诉你门牌号，子网掩码告诉你这个门牌属于哪个小区。 判断清楚"小区边界"，系统才知道该直接敲门还是先去物业。

和前几篇连起来：

IP 管远方，MAC 管眼前；ARP 找脸面，交换机找门牌；掩码划边界，路由定方向。

下一篇预告

下一篇我们继续讲：

第 10 篇：路由表------数据包的导航仪

当目标不在同一个网段时，系统怎么决定下一跳是谁？

默认路由是什么？

为什么有时候明明配置了网关，包却不从那里走？

路由表和掩码、ARP、交换机如何协作？

下一篇，我们把数据包出门前看的那张"导航地图"讲清楚。

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