【计算机网络 | 网络层4：子网掩码与 CIDR：如何判断网络号和主机号？】

上一篇介绍 IPv4 地址时提到：一段地址中有网络部分和主机部分，但仅看 192.168.1.10 这四段数字，并不能知道边界到底在哪里。它可以属于 192.168.1.0/24，也可能处于更大的 192.168.0.0/16 网络中。要做出准确判断，还需要子网掩码或 CIDR 前缀长度。

这一篇继续位于 TCP/IP 五层模型的网络层。我们重点解决几个最实用的问题：掩码中的 1 和 0 各代表什么；怎样从 IP 地址算出网络地址；两台主机怎样判断能否直接通信；CIDR 为什么取代了 A、B、C 类的固定边界。下一篇再在此基础上进行更系统的子网划分练习。

一、为什么光有 IP 地址还不够？

IPv4 地址有 32 位。网络层必须知道其中哪些位表示网络前缀，哪些位表示主机部分，才能回答：

这台主机属于哪个网络？
目标地址是否就在本地网络？
应该直接 ARP 并发给目标，还是交给默认网关？
路由表中的一条网络前缀能覆盖哪些目的地址？

早期分类编址用 A、B、C 类的固定规则划分边界，但这种方式不够灵活。现代网络把"边界在哪里"作为与地址配套的独立信息给出，这就是子网掩码 或CIDR 前缀长度。

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IPv4 地址：192.168.1.10
仅有地址：不知道网络部分到哪里结束

IPv4 地址：192.168.1.10/24
补充前缀：前 24 位是网络前缀，后 8 位是主机部分

因此，讨论"一个 IP 属于哪个网段"时，地址和掩码必须一起出现。

二、子网掩码：用连续的 1 标出网络部分

子网掩码也是一个 32 位数。它的规则很简单：

从左到右连续的 1 对应网络前缀；
后面连续的 0 对应主机部分。

例如：

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子网掩码：255.255.255.0
二进制：  11111111.11111111.11111111.00000000
含义：    前 24 位是网络前缀，后 8 位是主机部分

掩码中的 1 必须从左侧连续出现，不能写成中间夹杂 0 和 1 的任意形状。255.255.255.0 是合法掩码；255.0.255.0 则不是正常的 IPv4 子网掩码。

点分掩码与斜线记法

同一个前缀可以用两种常见写法表达：

点分十进制掩码	CIDR 前缀长度
`255.0.0.0`	`/8`
`255.255.0.0`	`/16`
`255.255.255.0`	`/24`
`255.255.255.128`	`/25`
`255.255.255.192`	`/26`

/24 的含义不是"地址有 24 位"，而是"32 位 IPv4 地址中，左起前 24 位属于网络前缀"。剩余主机位数量就是：

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主机位数 = 32 - 前缀长度

CIDR 记法简洁、明确，所以在路由表、云网络配置和现代网络文档中更常见。

三、按位与：如何由 IP 和掩码得到网络地址？

要提取网络前缀，可以把 IP 地址与子网掩码进行按位与运算。规则是：

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任意位 AND 1，结果保留原来的值
任意位 AND 0，结果变为 0

由于掩码在网络部分是 1、主机部分是 0，所以运算结果会保留网络位，并把主机位全部清零。得到的就是网络地址。

例如，计算 192.168.1.10/24 所在网络：

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IP 地址：  192.168.1.10
子网掩码：255.255.255.0
按位与后：192.168.1.0

因此，192.168.1.0 是该 /24 网络的网络地址。

再看一个边界不落在字节末尾的例子：

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IP 地址：  172.16.35.200
子网掩码：255.255.240.0
前缀长度：/20
按位与后：172.16.32.0

这里第三个字节的掩码是 240，也就是二进制的 11110000。它保留第三个字节的前 4 位网络信息，并清零后 4 位主机信息，所以网络地址是 172.16.32.0，而不是仅凭外观猜成 172.16.35.0。

四、网络地址、广播地址与可用主机地址

已知一个 IPv4 地址和前缀后，就能确定这个网络范围的两端：

网络地址：主机位全部为 0，是这个子网本身的标识；
广播地址：主机位全部为 1，是向该子网内所有主机广播的地址；
可用主机地址：在传统 IPv4 广播子网中，位于两者之间的地址。

例如，192.168.1.0/24：

项目	地址
网络地址	`192.168.1.0`
广播地址	`192.168.1.255`
常见可用主机范围	`192.168.1.1` 到 `192.168.1.254`
地址块总数	256 个

这里的地址块总数由主机位数决定：若有 h 位主机位，块内地址总数为 2 的 h 次方。在把地址块直接作为普通 IPv4 广播子网使用时，通常要扣除网络地址和广播地址，常见可用主机数为"总数减 2"。

但要避免一个机械误区：地址能否分配取决于真实前缀，而不取决于它是否以 .0 或 .255 结束。

以 192.168.4.0/22 为例，范围覆盖 192.168.4.0 到 192.168.7.255。在这个 /22 子网中，192.168.5.0 的主机位既不是全 0 也不是全 1，因此可以作为普通接口地址；而 192.168.4.0 和 192.168.7.255 才分别是网络地址与广播地址。

五、怎样判断两台主机是否属于同一子网？

方法只有一句话：分别把两台主机的 IP 地址与同一个子网掩码按位与，比较得到的网络地址。

结果相同：两台主机处于同一子网，通常可以在二层直接通信；
结果不同：它们处于不同子网，需要把数据报交给路由器或默认网关转发。

例如，掩码均为 /24：

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主机 A：192.168.10.20/24 -> 网络地址 192.168.10.0
主机 B：192.168.10.200/24 -> 网络地址 192.168.10.0
结果相同：同一子网

主机 C：192.168.11.20/24 -> 网络地址 192.168.11.0
结果不同：与 A、B 不同子网

主机 A 发给 B 时，会对 B 的 IP 地址进行 ARP，取得 B 的 MAC 地址后直接发帧；主机 A 发给 C 时，会对默认网关进行 ARP，把帧先交给路由器，IP 数据报的目的地址仍保持为 C。

这里还隐含一个实际前提：同一子网的接口需要使用一致的掩码或前缀理解。若设备配置了不一致的掩码，双方对"本地网络"的判断不同，可能导致看似奇怪的单向通信或无法通信。

六、CIDR：为什么不再依赖 A、B、C 类？

CIDR 是 Classless Inter-Domain Routing 的缩写，中文常译为无分类域间路由选择。它不再把地址块固定为 A 类 /8、B 类 /16、C 类 /24，而是允许网络前缀长度灵活取值。

这带来两个直接好处：

**地址分配更贴合需求。**组织可以获得大小合适的地址块，而不必在固定类别间勉强选择。
**路由聚合更容易。**多个连续小地址块可用一个更短的共同前缀表示，从而减少路由表项。

例如，203.0.113.0/24 表示一个前 24 位相同的地址块；203.0.112.0/23 则表示一个更大的连续块，可以覆盖两个相邻的 /24 块。前缀越短，覆盖范围越大；前缀越长，覆盖范围越小、规则越具体。

CIDR 没有在 32 位地址中专门保留"子网号"字段。它只区分网络前缀和主机部分。一个组织得到大块后，仍然可以使用更长的前缀把它分成许多更小网络；从大块借用主机位形成更长前缀的过程，就是下一篇要实践的子网划分。

CIDR 地址块是什么？

一个 CIDR 地址块是一组网络前缀相同且连续的 IPv4 地址。知道块中一个地址和前缀长度后，就可以推导：

网络地址；
广播地址（该块作为普通 IPv4 广播子网使用时）；
地址总数；
地址掩码；
常见可用主机范围。

例如，198.51.100.64/26 的主机位有 6 位，所以地址块总数是 64 个。它从 198.51.100.64 开始，到 198.51.100.127 结束；若直接作为子网使用，前者是网络地址，后者是广播地址。

路由聚合与最长前缀匹配

路由器可以用一条较短前缀的路由概括多个连续网络，这叫路由聚合或构造超网。它能减少路由表规模。

同时，路由表里可能既有大范围的聚合前缀，也有某个小网络的更精确前缀。一个目的地址同时匹配多条规则时，路由器选择前缀最长的那一条，因为它描述的范围最具体。这就是前文路由器文章中的最长前缀匹配。

七、容易混淆的点

常见说法	更准确的理解
`255.255.255.0` 是所有网络的掩码	它只是 `/24` 的一种常见掩码，现代网络可使用不同前缀长度
同网只要前三段相同	是否同网取决于按掩码计算出的网络地址
`.0` 一定不能配给主机	只有在当前前缀下主机位全 0 时才是网络地址
`.255` 一定是广播地址	只有在当前前缀下主机位全 1 时才是广播地址
CIDR 不再有子网	CIDR 不预留固定子网字段，但大地址块仍可继续划分为更长前缀的小网络
前缀越长，地址块越大	恰好相反：前缀越长，主机位越少，地址块越小
网络地址与广播地址永远不能出现	作为最终 IPv4 广播子网的接口地址时不能分配；作为更大地址池内部的边界，它们可成为更小子网的网络或广播地址

八、总结

子网掩码和 CIDR 前缀长度解决的是同一个问题：明确 IPv4 地址中网络前缀与主机部分的边界。通过 IP 地址与掩码按位与，可以得到网络地址；比较网络地址，就能判断两台主机是否属于同一子网。

CIDR 用灵活前缀替代了分类编址的固定边界，让地址分配更精细，也让路由聚合和最长前缀匹配成为可能。掌握网络地址、广播地址、地址范围和可用主机数的计算逻辑后，下一篇就可以进一步练习：如何按真实需求把一个地址块划分为多个子网。

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