Subnet Mask là gì? Cách tính và chia Subnet Mask chi tiết từng bước

3. Cơ chế hoạt động của Subnet Mask trong giao thức TCP/IP

Subnet Mask hoạt động bằng cách kết hợp với địa chỉ IP thông qua phép toán logic AND (Bitwise AND). Kết quả của phép toán này giúp máy tính xác định địa chỉ mạng (Network Address) mà thiết bị đang thuộc về. Từ đó, thiết bị có thể xác định địa chỉ IP đích nằm trong cùng mạng nội bộ hay cần chuyển tiếp dữ liệu qua Router.

Để hiểu cách Subnet Mask hoạt động, trước tiên cần phân biệt hai thành phần quan trọng trong địa chỉ IPv4:

• Network ID: Là phần định danh mạng, giúp xác định một thiết bị thuộc mạng nào. Các thiết bị có cùng Network ID và cấu hình mạng phù hợp có thể giao tiếp trực tiếp với nhau mà không cần định tuyến qua Router.

• Host ID: Là phần định danh thiết bị trong một mạng, giúp phân biệt các máy tính, laptop, camera, máy in và thiết bị khác.

Có thể hình dung Router giống như một nhân viên phân loại thư tại bưu điện. Thay vì xác định ngay số nhà cụ thể, Router trước tiên cần biết thư được gửi đến khu vực nào (Network ID). Sau đó, dữ liệu mới được chuyển đến đúng thiết bị đích trong mạng tương ứng (Host ID).

4. Cách tính và chia Subnet Mask chi tiết

Chia Subnet Mask (Subnetting) là kỹ thuật chia một mạng IP lớn thành nhiều mạng con nhỏ hơn. Quá trình này giúp tối ưu việc sử dụng địa chỉ IP, quản lý thiết bị hiệu quả và phân tách hệ thống mạng theo từng phòng ban hoặc mục đích sử dụng.

3.1 Cách tính Subnet đơn giản chuẩn 

Để tính Subnet Mask chính xác, bạn cần nắm được cách chuyển đổi địa chỉ IP sang hệ nhị phân, xác định địa chỉ mạng con và tính phạm vi địa chỉ Host. Dưới đây là phương pháp tính Subnet Mask thông qua ví dụ chia mạng Class C bằng cách mượn 5 bit từ phần Host.

Giả sử mạng ban đầu có 24 bit Network và 8 bit Host. Khi mượn 5 bit từ phần Host để chia subnet, chúng ta còn lại 3 bit dành cho Host trong mỗi mạng con.

Với 5 bit được sử dụng để xác định subnet, số lượng mạng con có thể tạo ra là:

Bước 1: Chuyển địa chỉ IP và Subnet Mask sang hệ nhị phân

Giả sử thiết bị có thông số:

• Địa chỉ IP: 192.168.10.44

• Subnet Mask: 255.255.255.248

• CIDR: /29

Chuyển đổi sang hệ nhị phân:

 

Thành phần	Hệ thập phân	Hệ nhị phân
IP	192	11000000
IP	168	10101000
IP	10	00001010
IP	44	00101100
Subnet Mask	255	11111111
Subnet Mask	255	11111111
Subnet Mask	255	11111111
Subnet Mask	248	11111000

Như vậy, Subnet Mask /29 có 29 bit dành cho Network và 3 bit dành cho Host.

Bước 2: Tính địa chỉ Subnet (Network Address)

Để xác định địa chỉ mạng con chứa thiết bị, bạn thực hiện phép toán logic AND (Bitwise AND) giữa địa chỉ IP và Subnet Mask.

Quy tắc phép AND:

• 1 AND 1 = 1

• 1 AND 0 = 0

• 0 AND 1 = 0

• 0 AND 0 = 0

Áp dụng với địa chỉ IP 192.168.10.44 và Subnet Mask 255.255.255.248:

IP:       11000000.10101000.00001010.00101100
AND
Mask:     11111111.11111111.11111111.11111000
          -----------------------------------
Kết quả:  11000000.10101000.00001010.00101000

Chuyển kết quả về hệ thập phân:

11000000.10101000.00001010.00101000 = 192.168.10.40

Vậy địa chỉ Network Address của thiết bị là 192.168.10.40.

Bước 3: Xác định phạm vi địa chỉ Host

Với Subnet Mask /29, có 3 bit Host còn lại. Do đó, mỗi subnet có:

• Tổng số địa chỉ IP: \(2^3 = 8\) địa chỉ.

• Số địa chỉ Host khả dụng: \(2^3 – 2 = 6\) địa chỉ.

Địa chỉ mạng con bắt đầu từ 192.168.10.40, vì vậy phạm vi địa chỉ được xác định như sau:

Các subnet tiếp theo tăng theo bước nhảy 8 địa chỉ:

• Subnet 1: 192.168.10.40/29

• Subnet 2: 192.168.10.48/29

• Subnet 3: 192.168.10.56/29

• Subnet 4: 192.168.10.64/29

Quy trình này tiếp tục cho đến khi hết dải địa chỉ IP được cấp.

Bước 4: Tính tổng số Subnet và số Host trên mỗi Subnet

Sau khi xác định số bit dành cho Network và Host, bạn có thể tính tổng số mạng con và số địa chỉ IP trong mỗi mạng.

Với ví dụ trên:

• Số bit mượn để tạo subnet: 5 bit.

• Số bit Host còn lại: 3 bit.

• Tổng số subnet: \(2^5 = 32\).

• Tổng số địa chỉ IP mỗi subnet: \(2^3 = 8\).

• Số địa chỉ Host khả dụng: \(2^3 – 2 = 6\).

Như vậy, từ mạng Class C /24 ban đầu, bạn có thể chia thành 32 subnet /29, mỗi subnet có 8 địa chỉ IP, trong đó 6 địa chỉ có thể cấp cho thiết bị.

Lưu ý: Phương pháp tính hiện nay cho phép sử dụng cả subnet có các bit mượn toàn 0 (Subnet Zero) và toàn 1 (All-Ones Subnet). Đây là cách tính phổ biến trong các hệ thống mạng hiện đại. Công thức trừ 2 địa chỉ áp dụng cho subnet IPv4 thông thường, không áp dụng nguyên trạng cho các trường hợp đặc biệt như /31 point-to-point.

3.2 Hướng dẫn cách chia Subnet Mask qua 6 bước

Chia Subnet (Subnetting) là quá trình phân chia một dải địa chỉ IP lớn thành nhiều mạng con nhỏ hơn, giúp quản lý thiết bị khoa học, tối ưu tài nguyên IP và nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống mạng.

Để thực hiện chia Subnet chính xác, quản trị viên cần xác định nhu cầu sử dụng, lựa chọn dải IP phù hợp và tính toán Subnet Mask tương ứng. Dưới đây là quy trình 6 bước cơ bản.

Bước 1: Xác định nhu cầu của mạng

Trước khi chia Subnet, bạn cần xác định rõ quy mô và mục đích sử dụng của hệ thống mạng, bao gồm:

• Số lượng mạng con cần tạo: Xác định hệ thống cần bao nhiêu subnet để phân chia cho các phòng ban, khu vực hoặc nhóm thiết bị.

• Số lượng thiết bị trong mỗi mạng con: Ước tính số máy tính, laptop, camera, máy in và các thiết bị cần kết nối.

• Khả năng mở rộng: Dự kiến số lượng thiết bị có thể tăng trong tương lai để lựa chọn dải IP phù hợp.

Việc xác định chính xác nhu cầu giúp bạn tính toán số bit mạng và bit Host hợp lý, tránh tình trạng thiếu địa chỉ IP hoặc lãng phí tài nguyên.

Bước 2: Chọn lớp địa chỉ IP phù hợp

Sau khi xác định nhu cầu, bạn cần lựa chọn dải địa chỉ IP phù hợp với quy mô mạng.

Theo cách phân lớp IPv4 truyền thống:

• Class A: Phù hợp với hệ thống mạng quy mô lớn, có không gian địa chỉ rộng.

• Class B: Thường được sử dụng trong các hệ thống mạng có quy mô vừa và lớn.

• Class C: Phù hợp với mạng quy mô nhỏ như văn phòng, cửa hàng hoặc hệ thống LAN gia đình.

Mỗi lớp có Subnet Mask mặc định khác nhau:

Lưu ý: Trong các hệ thống mạng hiện đại, CIDR được sử dụng phổ biến hơn. Vì vậy, bạn nên căn cứ vào dải IP và tiền tố mạng hiện có để thiết kế subnet, thay vì chỉ dựa vào phân lớp Class A, B hoặc C.

Bước 3: Tính toán số bit dành cho Subnet và Host

Đây là bước quan trọng quyết định số lượng mạng con và số địa chỉ IP có thể sử dụng trong mỗi subnet.

Khi chia mạng, quản trị viên sẽ mượn một số bit từ phần Host để bổ sung cho phần Network. Số bit mượn càng nhiều thì số lượng subnet tạo được càng lớn, nhưng số địa chỉ Host trong mỗi subnet sẽ giảm.

Các công thức cần sử dụng:

• Số lượng subnet: \(2^n\), trong đó n là số bit mượn.

• Số địa chỉ Host khả dụng: \(2^h – 2\), trong đó h là số bit Host còn lại.

Ví dụ: Bạn có mạng /24 và muốn chia thành 4 subnet bằng nhau.

• Số bit cần mượn: \(2^2 = 4\) subnet, tương ứng mượn 2 bit.

• Số bit Host còn lại: \(8 – 2 = 6\) bit.

• Số Host khả dụng mỗi subnet: \(2^6 – 2 = 62\) Host.

Như vậy, mạng ban đầu có thể được chia thành 4 mạng con, mỗi mạng hỗ trợ tối đa 62 thiết bị sử dụng địa chỉ IPv4 thông thường.

Bước 4: Tạo Subnet Mask mới

Sau khi xác định số bit cần mượn, bạn tiến hành tính Subnet Mask mới tương ứng.

Ví dụ, mạng ban đầu sử dụng tiền tố /24. Khi mượn thêm 2 bit từ phần Host, tiền tố mạng mới sẽ là /26.

• Subnet Mask ban đầu: 255.255.255.0 (/24).

• Subnet Mask mới: 255.255.255.192 (/26).

• Số subnet tạo được: 4.

• Số Host khả dụng mỗi subnet: 62.

Subnet Mask mới giúp xác định ranh giới giữa phần Network và Host, từ đó quy định phạm vi địa chỉ IP của từng mạng con.

Bước 5: Chia địa chỉ IP và xác định Network, Broadcast

Khi đã có Subnet Mask mới, bạn tiến hành chia dải IP ban đầu thành các mạng con riêng biệt. Mỗi subnet cần xác định các thông tin:

• Network Address: Địa chỉ đại diện cho mạng con.

• First Host: Địa chỉ IP đầu tiên có thể cấp cho thiết bị.

• Last Host: Địa chỉ IP cuối cùng có thể cấp cho thiết bị.

• Broadcast Address: Địa chỉ dùng để gửi dữ liệu đến tất cả thiết bị trong subnet.

Tiếp tục với ví dụ chia mạng 192.168.1.0/24 thành 4 subnet /26, ta có bảng sau:

Như vậy, mỗi mạng con có 64 địa chỉ IP, trong đó 62 địa chỉ có thể sử dụng để cấp cho thiết bị. Việc xác định rõ Network Address và Broadcast Address giúp tránh cấp nhầm địa chỉ, hạn chế xung đột IP trong hệ thống.

Bước 6: Gán và quản lý địa chỉ IP trong từng mạng con

Sau khi hoàn tất việc chia subnet, quản trị viên tiến hành cấu hình địa chỉ IP cho các thiết bị theo đúng phạm vi của từng mạng con.

Một số công việc cần thực hiện:

• Gán địa chỉ IP: Cấp IP hợp lệ cho máy tính, camera, máy in và các thiết bị khác trong từng subnet.

• Cấu hình Default Gateway: Thiết lập địa chỉ Gateway phù hợp để thiết bị có thể giao tiếp với các mạng khác.

• Cấu hình Router hoặc Layer 3 Switch: Thiết lập định tuyến giữa các subnet khi cần trao đổi dữ liệu.

• Quản lý DHCP: Cấu hình DHCP Server để tự động cấp phát địa chỉ IP theo từng mạng con.

• Kiểm tra kết nối: Sử dụng lệnh ping hoặc các công cụ quản trị mạng để kiểm tra khả năng giao tiếp giữa các thiết bị.

Quy trình này giúp hệ thống mạng được phân chia rõ ràng, dễ quản lý và thuận tiện khi mở rộng. Đồng thời, việc tách các thiết bị thành từng subnet còn hỗ trợ triển khai chính sách bảo mật và kiểm soát lưu lượng truy cập hiệu quả hơn.

4. Phân loại Class IP và vai trò của Subnet Mask

Trong hệ thống IPv4 truyền thống, địa chỉ IP được chia thành 5 lớp: A, B, C, D và E. Trong đó, Class A, B và C được sử dụng để định danh các mạng unicast thông thường, với Subnet Mask mặc định lần lượt là /8, /16 và /24.

Trước khi CIDR (Classless Inter-Domain Routing) được áp dụng rộng rãi, hệ thống mạng sử dụng cơ chế phân lớp địa chỉ IP (Classful Addressing). Mặc dù hiện nay phương pháp này đã được thay thế trong định tuyến hiện đại, việc hiểu các lớp IP vẫn giúp người quản trị nắm được nguyên tắc phân chia địa chỉ IPv4.

4.1 Class A –Mạng quy mô lớn

• Dải địa chỉ: 1.0.0.0 đến 126.255.255.255.

• Subnet Mask mặc định: 255.0.0.0 (tương đương /8).

• Cấu trúc: Network.Host.Host.Host.

• Đặc điểm: Dành cho các mạng có quy mô lớn, với 8 bit dành cho phần Network và 24 bit dành cho phần Host.

• Số lượng địa chỉ Host: Có thể hỗ trợ tối đa 16.777.214 địa chỉ Host trong một mạng /8 thông thường.

Một số tổ chức từng được cấp các khối địa chỉ IPv4 lớn thuộc phạm vi Class A truyền thống, chẳng hạn Apple với khối 17.0.0.0/8 và Ford Motor Company với khối 19.0.0.0/8.

4.2 Class B –Mạng quy mô vừa và lớn

• Dải địa chỉ: 128.0.0.0 đến 191.255.255.255.

• Subnet Mask mặc định: 255.255.0.0 (tương đương /16).

• Cấu trúc: Network.Network.Host.Host.

• Đặc điểm: Sử dụng 16 bit cho Network và 16 bit cho Host, phù hợp với các hệ thống mạng có số lượng thiết bị lớn.

• Số lượng địa chỉ Host: Tối đa 65.534 địa chỉ Host trong một mạng /16 thông thường.

4.3 Class C –Mạng quy mô nhỏ

• Dải địa chỉ: 192.0.0.0 đến 223.255.255.255.

• Subnet Mask mặc định: 255.255.255.0 (tương đương /24).

• Cấu trúc: Network.Network.Network.Host.

• Đặc điểm: Có 24 bit dành cho Network và 8 bit dành cho Host, thường gắn với các hệ thống mạng quy mô nhỏ.

• Số lượng địa chỉ Host: Tối đa 254 địa chỉ Host trong một mạng /24 thông thường.

Đây cũng là kích thước subnet thường gặp trong các hệ thống mạng LAN gia đình, văn phòng nhỏ và cửa hàng.

4.4 Class D và Class E là gì?

Ngoài ba lớp địa chỉ trên, IPv4 còn có Class D và Class E:

• Class D: Dải địa chỉ từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255, được sử dụng cho Multicast (truyền dữ liệu đến một nhóm thiết bị).

• Class E: Dải địa chỉ từ 240.0.0.0 đến 255.255.255.255, được dành riêng cho mục đích nghiên cứu và thử nghiệm, không sử dụng như địa chỉ Host thông thường.

4.5 Tại sao hệ thống phân lớp Classful đã lỗi thời?

Hạn chế lớn nhất của Classful Addressing là kích thước mạng được phân chia theo các lớp cố định, khiến việc cấp phát địa chỉ IP thiếu linh hoạt và dễ gây lãng phí.

Ví dụ, một doanh nghiệp cần khoảng 300 địa chỉ IP cho hệ thống thiết bị:

• Nếu sử dụng một mạng Class C mặc định /24, doanh nghiệp chỉ có 254 địa chỉ Host khả dụng, không đủ nhu cầu.

• Nếu sử dụng một mạng Class B mặc định /16, doanh nghiệp có tới 65.534 địa chỉ Host, vượt xa số lượng cần thiết.

Để giải quyết vấn đề này, CIDR (Classless Inter-Domain Routing) được phát triển, cho phép sử dụng độ dài tiền tố mạng linh hoạt thay vì phụ thuộc vào các lớp IP cố định.

Nhờ CIDR, người quản trị có thể lựa chọn Subnet Mask phù hợp với số lượng thiết bị và yêu cầu của từng hệ thống mạng. Đây cũng là nền tảng quan trọng của kỹ thuật chia mạng con (Subnetting)..