IP 位址是網路層的「門牌號」；子網路遮罩決定哪些位元是「街道」、哪些是「房號」。

我們在分層模型篇建立了 TCP/IP 分層心智模型，知道網路層（Internet Layer）用 IP 位址回答「封包要送到哪一台主機」。但光有 32 位元的數字還不夠——你必須知道：

• 這台主機跟我是同一個子網路嗎？（同網段可在區網直接送達；跨網段要把封包交給 Gateway）
• 這個子網路從哪到哪？（網路位址、廣播位址、可用主機範圍）
• 拿到一塊大網段時，怎麼劃成多個較小的子網給不同機房／服務？
• 機房新上架一台伺服器，IP、遮罩、Gateway 該填什麼？填完怎麼驗？

本篇聚焦 IPv4 定址與子網路劃分（Subnetting）——這是後續「區域網路與設備」「NAT／Port Forwarding」的先備地基。貫穿情境：新機房上架一台伺服器，你要手動設定固定 IP、子網路遮罩與預設閘道；同時學會把網管給的大網段切成合用的小塊。

32 位元、四組八位元、點分十進位——看懂這三件事就能讀懂任何 IP。

IPv4 位址是 32 位元（bit）的整數，慣例切成四段、每段 8 bit，用點分十進位（dotted decimal）書寫，例如 192.168.1.10。每一段範圍 0–255，因為 2⁸ = 256。

面試常考：把 10.0.0.0/8 翻成二進位，前 8 bit 是網路、後 24 bit 是主機——傳統可用主機數 2²⁴ − 2（扣網路位址與廣播位址；/31、/32 有例外，見後文）。

早期 IP 用類別定址（Classful）：A／B／C 類分別固定前 8／16／24 bit 當網路。問題是粒度太粗——一個 Class C 永遠 254 台，小公司浪費、大公司不夠，中間沒有彈性。現代全面改用無類別定址（Classless），靠任意長度的前綴（CIDR）彈性切分。

遮罩是一面「篩子」；斜線後的數字就是「前面幾個 bit 是網路」。

子網路遮罩（Subnet Mask）跟 IP 等長（32 bit），由連續的 1（網路部分）與連續的 0（主機部分）組成。CIDR把同一件事寫成 IP/前綴長度：192.168.1.10/24 等於遮罩 255.255.255.0（前 24 個 bit 為 1）。

核心運算只有一個：網路位址 = IP AND Mask。下面用同一組數字把位元攤開（藍＝網路位、橘＝主機位）：

作業系統在送出每個封包之前都會做一次這種運算，本質是問：「對方跟我是同一條街道嗎？」

1. 用自己的 Mask，把自己的 IP AND 出網路前綴。
2. 用同一條 Mask，把目的 IP AND 出網路前綴。
3. 兩個前綴相同 → 同子網路 → 在區網直接送達（需要時用 ARP：用對方 IP 問出對方 MAC）。
4. 前綴不同 → 跨子網路 → 把封包交給預設閘道（Gateway），由路由器往外轉。

遮罩因此決定三件實務上最重要的事：

• 同網段判斷：上面的四步決策。
• 可用主機範圍：主機段全 0 是網路位址、全 1 是廣播位址，中間才是可指派給主機的位址（傳統規則）。
• 子網路大小：主機 bit 數 h，傳統可用主機數 = 2^h − 2。

機房情境：若網管給你 10.20.30.0/26，整段只有 62 台可用主機——規劃 IP 時別超出範圍。上表可當「前綴 ↔ 點分遮罩」速查。

Subnetting 的本質：加長前綴 → 主機空間變小 → 得到更多、更小的網段。

假設網管給整棟機房 10.20.30.0/24（256 個位址、傳統 254 可用），你需要拆成 4 個同等大小的網段給「Web／DB／管理／備援」。做法是再借用 2 個主機 bit 當「子網號」：前綴從 /24 變成 /26。

為什麼是 2 bit？因為 2² = 4 個子網。每個 /26 的主機 bit = 6，傳統可用 = 2⁶ − 2 = 62。

對齊（alignment）很重要：子網路的起始位址必須是「區塊大小」的整數倍。每個 /26 的區塊大小 = 2^h = 64（含網路與廣播），因此合法起點是 .0、.64、.128、.192——不能隨手從 .10 開一個 /26。起點每次加的是區塊大小 64，不是可用主機數 62。

快速驗算某一台機器落在哪一段：看最後一個八位元組（第四段，也叫 octet）落在哪個區間。例如 10.20.30.80 → 落在 .64–.127 → 10.20.30.64/26（DB 網段）。用運算驗證：10.20.30.80 AND 255.255.255.192 = 10.20.30.64。

練習：把同一塊 10.20.30.0/24 切成 8 個等大子網 → 借 3 bit → /27，區塊大小 32，起點 .0／.32／.64／.96／.128／.160／.192／.224；每個傳統可用 30 台。遮罩心算即可：主機 bit=5 → 最後一段為 256 − 32 = 224，即 255.255.255.224。

同網段直送、跨網段交給 Gateway——它是子網路通往外界的「出口路由器」。

當主機要送封包給另一個 IP，作業系統先做同網段判斷（就是第 3 節那四步，這裡把前兩次 AND 併成一步）：

1. 目的 IP AND 子網路遮罩，跟自己的 IP AND 遮罩比較。
2. 相同 → 目的在同子網路，必要時用 ARP 找對方 MAC，在區網直接送達。
3. 不同 → 封包交給預設閘道（Default Gateway），通常是子網路內某台路由器的介面 IP。

同一對主機、遮罩不同，結論可能相反——這是面試最愛考的對照：

標準題兩端用同一條遮罩來比。若兩台遮罩設得不一致，每台會用自己的遮罩獨立判斷——可能出現「A 認為同網段直送，B 認為要走 Gateway」的單向不通。

機房上架伺服器時，網管通常會給你三個值（完整設定還常有 DNS，本篇聚焦這三件套）：

Gateway 必須跟主機在同一子網路內——你把 Gateway 設成不同網段的 IP，主機永遠找不到它。

伺服器要位址固定；筆電與訪客用自動分配——依角色取捨，並防衝突。

DHCP讓主機開機時自動取得 IP／遮罩／Gateway／DNS；靜態 IP則手動寫死，或用 DHCP Reservation（依 MAC 保留同一 IP）。伺服器、DB、路由器通常要可預測的位址；筆電、訪客走 DHCP 即可。本篇上架三件套仍是 IP／Mask／Gateway；DNS 是常見的第四個值，細節不在本篇範圍。

輸入 IP 與遮罩，看位元切分、網段範圍，並用第二個 IP 驗證同網段判斷。

對齊本篇三個核心動作：算出網段、看懂位元、判斷是否同網段。可先點情境預設，再改數字觀察變化。

建議操作：先看「家用 /24」A 與 B 同網段；再切「/25 切開」——同一對 IP 會變成不同網段。這就是遮罩長度改變路由行為的具體感覺。

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