Com calcular la màscara de subxarxa (guia definitiva de subnetting)

El tema que tractem avui no és per a tothom, ja que si pretenem crear una bona guia sobre xarxes, és indispensable tenir un article explicant com calcular la màscara de subxarxa, una tècnica anomenada subnetting. Amb ella els administradors informàtics són capaços de dissenyar l'estructura de xarxa i subxarxes en qualsevol lloc.

Índex de continguts

Per fer això haurem de conèixer molt bé que és una màscara de xarxa, les classes d'IP i com transformar les adreces IP de decimal a binari, encara que per a això ja tenim un article que vam fer fa un temps.

Per ara ens centrarem en calcular la màscara de xarxa en les adreces IPv4, ja que IPv6 encara no està prou implantat com per portar-lo a la pràctica, potser en un altre article posterior ho fem. Sense més, anem a la tasca.

Adreça IPv4 i protocol IP

Comencem pel principi, una adreça IP conjunt numèric en decimal que identifica de manera lògica, única i irrepetible i atenent a una jerarquia, una interfície de xarxa. Les adreces IPv4 es creen mitjançant una adreça de 32 bits (32 uns i zeros en binari) disposats en 4 octets (grups de 8 bits) separats per punts. Per a una representació més còmoda utilitzem sempre notació decimal, sent aquesta directament la que veiem en els hosts i equips de xarxa.

L'adreça IP atén el sistema d'adreçament segons el protocol IP o Internet Protocol. IP opera a la capa de xarxa de el model OSI, sent un protocol no orientat a connexió, de manera que l'intercanvi de dades es pot fer sense un acord previ entre receptor i transmissor. Això vol dir que el paquet de dades buscarà el camí més ràpid per la xarxa fins a arribar a la destinació, fent salts d'encaminador en encaminador.

Aquest protocol es va implementar el 1981, en ell la trama o paquet de dades compta amb una capçalera, anomenada capçalera IP. En ella, entre altres coses s'emmagatzemen les adreces IP de la destinació i l'origen, perquè el encaminador sàpiga cap a on enviar els paquets en cada cas. Però a més les adreces IP guarden informació sobre la identificació de la xarxa on operen i fins i tot la mida de la mateixa i la distinció entre diferents xarxes. Això es fa gràcies a la màscara de xarxa ia la IP de xarxa.

Representació i rang

Una adreça IP llavors tindrà aquesta nomenclatura:

Com que cada octet compta amb un nombre binari de 8 zeros i uns, traslladant això a notació decimal podrem crear números que van des del 0 fins al 255.

No anem a explicar en aquest article com es fa la conversió de decimal a binari i viceversa, això ho trobareu aquí:

Guia definitiva de com fer conversions entre sistemes de numeració

Llavors mai podrem tenir una adreça IP amb nombres inferiors a 0 ni superiors a 255. Quan s'arriba a 255, el següent número serà de nou el 0, i el següent octet serà el que pugi un dígit per començar a comptar. És exactament igual que la minutera d'un rellotge.

Com es creen les xarxes

Sabem que és una adreça IP, com es representa i perquè serveix, però hem de conèixer algunes IP especials per saber calcular la màscara de subxarxa.

Màscara de xarxa

La màscara de xarxa és una adreça IP que s'encarrega de delimitar l'àmbit o extensió d'una xarxa. Amb ella serem capaços de conèixer la quantitat de subxarxes que podrem crear i la quantitat de hosts (equips) que podrem connectar-hi.

Així que la màscara de xarxa té el mateix format que l'adreça IP però es distingeix per sempre per tenir els octets que delimiten la part de xarxa plens d'uns i la part de hosts plens de zeros d'aquesta manera:

Això vol dir que no podem donar adreces IP de forma arbitrària per omplir una xarxa amb hosts, sinó que hem de respectar la part de xarxa i la part de hosts. Sempre treballarem amb la part de host una vegada que calculem la part de xarxa i assignem una IP a cada subxarxa.

Adreça IP de xarxa

Tenim també una adreça IP que s'encarrega d'identificar la xarxa a la qual pertanyen els dispositius. Entenguem que en tota xarxa o subxarxa hi ha una direcció IP identificativa que tots els hosts han de tenir en comú per denotar la seva pertinença a ella.

Aquesta adreça es caracteritza per tenir la part de xarxa comuna i la part de hosts sempre a 0, d'aquesta manera:

Podrem a 0 els octets de la part de host que ens hagi indicat la màscara de xarxa de l'anterior apartat. En aquest cas seria 2, mentre que els altres 2 serien per a la part de xarxa, tractant-se d'una IP reservada.

Direcció de Broadcast

La direcció de broadcast és just la contrària a la direcció de xarxa, -hi col·loquem a 1 tots els bits dels octets que adrecen hosts.

Amb aquesta direcció encaminador podrà enviar un missatge a tots els hosts connectats a la xarxa o subxarxa amb independència de la seva adreça IP. Per a això s'utilitza el protocol ARP, per exemple per assignar adreces, o per enviar missatges d'estat. Així que és una altra IP reservada.

Adreça IP de host

I finalment tenim l'adreça IP de host, en la qual la part de xarxa sempre romandrà invariant i serà la part de host la qual anirà canviant en cada host. En l'exemple que anem portant seria aquest rang:

Podríem adreçar llavors febrer ¹⁶ -2 hosts, és a dir 65.534 equips restant les dues direccions per xarxa i broadcast.

Classes d'IP

Fins ara ha estat senzill oi? Ja sabem què certes adreces IP estan reservades a xarxa, broadcast i màscara, però encara no hem vist les classes d'IP. efectivament aquestes adreces es divideixen en famílies o classes, per distingir els fins amb els que seran utilitzades en cada cas.

Amb les classes d'IP estem delimitant el rang de valors que pot prendre aquesta a la part de xarxa, la quantitat de xarxes que es poden crear amb elles i la quantitat de hosts que es poden adreçar. En total tenim 5 classes d'IP definides per la IETF (Internet Engineering Task Force):

Ull, que encara no estem parlant calcular màscara de subxarxa, sinó de la capacitat per crear xarxes. A partir d'ara és quan veurem el subnetting i els seus detalls.

• Classe A Classe B Classe C Classe D Classe E

Les IP de casi A s'utilitzen per crear xarxes molt grans, per exemple la xarxa d'Internet i l'assignació d'IP públiques als nostres encaminadors. Encara que realment podem tenir qualsevol dels altres IP de classe B o C, per exemple jo tinc una de classe B. Tot dependrà de les IP que el subministrador ISP hagi contractat, cosa que explicarem just a sota. A la classe A tenim un bit identificador de classe, per això només podem direccionar 128 xarxes i no 256 com es podria esperar.

És molt important saber que en aquesta classe hi ha un rang d'IP reservat per Loopback sent des de la 127.0.0.0 a 127.255.255.255. El Loopback s'utilitza per assignar IP a el propi host de forma interna, el nostre equip internament té una IP 127.0.0.1 o "localhost" amb la qual comprova que és capaç d'enviar i rebre paquets. Així que aquestes adreces no podrem en principi utilitzar-les.

Les IP de classe B s'utilitzen per a xarxes mitjanes, per exemple en el rang d'una ciutat, comptant aquesta vegada amb dos octets per crear xarxes i altres dos per adreçar hosts. La classe B es defineix amb dos bits de xarxa.

Les IP de classe C són les més conegudes, ja que pràcticament tot usuari amb internet domèstic té un router que assigna una IP classe C a la seva xarxa interna. Està orientada a xarxes petites, deixant 1 sol octet per hosts i 3 per xarxa. Fes un ipconfig al teu PC i segur que la teva IP és de classe C. En aquest cas s'agafa 3 bits de xarxa per definir la classe.

La classe D s'utilitza per a xarxes multicast, on els encaminadors envien paquets a tots els hosts connectats. Així que tot el trànsit que entri en una xarxa d'aquest tipus serà replicat a tots els hosts. No és d'aplicació per a creació de xarxes.

Finalment la classe E és l'últim rang que queda i només s'utilitza per a xarxes amb fins d'investigació.

Una cosa bastant important respecte a aquest tema és que en l'actualitat l'assignació d'adreces IP en xarxes atén el principi de (CIDR) Classless Inter-Domain Routing o Encaminament Entre Dominis sense Classes. Això vol dir que les IP s'assignen sense tenir en compte la mida de la xarxa, per això podem tenir una IP pública de classe A, B o C. Llavors per a què serveix tot això? Doncs per entendre com es creen les subxarxes de forma correcta.

Què és el subnetting o càlcul de subxarxes

Ens acostem més a el càlcul de màscara de subxarxa, ull, no de xarxa. La tècnica de l'subnetting consisteix a dividir les xarxes en diferents xarxes més petites o subxarxes. D'aquesta manera un administrador informàtic o de xarxa pot dividir la xarxa interna d'un gran edifici en subxarxes més petites.

Amb això podem assignar-diferents funcions, amb diferents encaminadors i per exemple implementar un Active Directory que només afecti una subxarxa. O diferenciar i aïllar una certa quantitat de hosts a la resta de la xarxa en una subxarxa. És una cosa summament útil en l'àmbit de xarxes, ja que cada subxarxa funciona de forma independent a l'altra.

El treball dels encaminadors també és més senzill amb subxarxes, ja que elimina la congestió en l'intercanvi de dades. I finalment de cara a l'administració és molt més fàcil esmenar errors i realitzar manteniment.

Nosaltres anem a fer-ho amb l'adreça IPv4, encara que també és possible fer subxarxes amb IPv6, tenint ni més ni menys que 128 bits per adreçar hosts i xarxes.

Avantatges i desavantatges de l'subnetting

Per a aquesta tècnica certament cal tenir molt clars els conceptes de direcció IP les classes que hi ha i tot el que hem explicat a dalt. A això li sumem la necessitat de saber passar de binari a decimal i viceversa, de manera que, si pretenem fa el procés de forma manual es pot allargar bastant.

avantatges:

• Aïllaments en segments de redEnrutamiento de paquets en xarxes lògiques independientesDiseño de subxarxes a gust de client i flexibilidadMejor administració i localització de erroresMayor seguretat a l'aïllar equips sensibles

desavantatges:

• A l'dividir la IP per classes i salts es malgasten moltes direccions IPProceso relativament tediós si es fa a manoSu l'estructura de xarxa canvia caldria recalcularla des del principioSi no ho entens, possiblement suspenguis l'assignatura de xarxes

Tècnica de subnetting: calcular màscara de subxarxa i adreçament IP

Afortunadament el procés de subnetting atén un seguit de fórmules senzilles de recordeu i d'aplicar i tenim les coses clares. Així que anem a veure-ho per passos.

1. Quantitat de subxarxes i notació ràpida

La notació amb la qual ens trobarem un problema de càlcul de subxarxes serà la següent:

Això vol dir que la IP de xarxa és 129.11.0.0 amb 16 bits reservats per xarxa (2 octets). Mai trobarem una IP de classe B amb un identificatiu inferior a 16, a l'igual que la resta de classes, per exemple:

Peròs si podrem trobar identificatives superiors fins a arribar 31, és a dir, agafaríem absolutament tots els bits restants excepte l'últim per crear subxarxes. No agafaria l'últim perquè caldrà deixar alguna cosa per adreçar hosts oi?

Sent la màscara de subxarxa:

D'aquesta manera estem agafant 16 bits fixos per xarxa, altres dos extres per subxarxa i la resta per hosts. Això vol dir que ara la capacitat d'hosts es redueix a febrer ¹⁴ -2 = 16382 en benefici a la capacitat de subxarxa amb possibilitat de fer 2 ² = 4.

Vegem-ho de forma genèrica en una taula:

2. Calcular màscara de xarxa i de subxarxa

Atenent a el límit de subxarxes que tenim en funció de les classes d'IP, anem ja a plantejar l'exemple pas a pas per veure com es resoldria.

En ell tenim la intenció d'utilitzar la nostra IP de classe B 129.11.0.0 per crear 40 subxarxes en un gran edifici. Podríem haver-ho fet amb una de classe C? per descomptat, i també amb una de classe A.

127.11.0.0/16 + 40 subxarxes

Sent una classe B tindríem una màscara de xarxa:

La segona qüestió a resoldre serà: Quants bits em fan falta per crear 40 subxarxes (C) en aquesta xarxa? Això ho sabrem passant de decimal a binari:

Necessitem 6 bits extra per crear les 40 subxarxes, així que la màscara de subxarxa seria:

3. Calcular quantitat de hosts per subxarxa i el salt de xarxa

Ara és torn de conèixer la quantitat d'ordinadors que podrem adreçar a cada subxarxa. Ja hem vist que el fet de necessitar 6 bits per subxarxes disminueix l'espai per hosts. Només ens queden 10 bits per a ells m = 10 a on hem de descarregar les IP de xarxa i IP de broadcast.

I si cada subxarxa hauria de tenir 2000 hosts que faríem? Doncs evidentment pujar a una IP de classe A per així agafar més bits de hosts.

Ara toca calcular el salt de xarxa, aquest el que pretén és assignar un nombre a la IP per cada subxarxa que es creu respectant els bits per hosts i els bits per subxarxa. Simplement hem de restar a el valor màxim de l'octet el valor de subxarxa obtingut en la màscara, és a dir:

Aquests salts els necessitem per si cada subxarxa s'omple amb la seva màxima capacitat d'amfitrió, així que hem de respectar aquests salts per assegurar l'escalabilitat de la xarxa. D'aquesta manera evitarem haver de reestructurar en cas que augmenti amb el futur.

4. Només falta assignar IP a les nostres subxarxes

Amb tot el que hem calculat abans, ja tenim tot a punt per crear les nostres subxarxes, vegem les 5 primeres com serien. Seguiríem fins a la subxarxa 40, i encara tindríem espai de sobres per arribar a 64 subxarxes amb els 6 bits.

Per aplicar la IP de subxarxa hem de tenir en compte que els 10 bits de host han d'estar a 0 i que el salt de subxarxa calculat és de 4 en 4. Per això, tenim aquests salts en el 3ª octet i per això l'últim octet és 0, com a bona IP de xarxa que és. Podem omplir aquesta columna sencera directament.

La primera IP de host simplement es calcula sumant 1 a la IP de subxarxa, això no té cap secret. Podem omplir aquesta columna sencera directament.

Ara el més natural seria col·locar la IP de broadcast, ja que només es tracta de restar 1 a la propera IP de subxarxa. Per exemple la IP anterior del 127.11.4.0 és la 127.11.3.255 així seguiríem amb totes. Amb la primera columna farcida, és fàcil treure aquesta.

Finalment calcularem l'última IP de host restant 1 a la IP de broadcast. Aquesta columna la omplirem l'última de forma senzilla si ja tenim les adreces de broadcast fetes.

Conclusions sobre el subnetting

El procés de calcular la màscara de subxarxa és bastant senzill si tenim clars els conceptes de subxarxa, IP de xarxa, mascara de xarxa i subxarxa i l'adreça de broadcast. A més amb un parell de formules molt simples podem calcular fàcilment la capacitat per subxarxes d'una IP sigui la classe que sigui, i la capacitat d'amfitrió en funció de les xarxes que necessitem.

Òbviament si fem això a mà i no tenim massa pràctica fent conversions de decimal a binari podem trigar una mica més de temps, especialment si estem estudiant això per a una assignatura de xarxes en carrera o grau de formació professional.

Aquest mateix procediment es durà a terme amb les IP de classe A i C exactament igual que l'exemple amb la classe B. Només hem de tenir en compte el rang d'adreces a prendre i el seu identificador, la resta és pràcticament automàtic.

I si en lloc de donar-nos la IP i classe ens donen simplement la quantitat de subxarxes i quantitat de hosts serem nosaltres mateixos els que decidim la classe fent les corresponents conversions a binari i fent servir les formules per no quedar-nos curts en les previsions.

Sense més, us deixem amb alguns enllaços d'interès que tracten amb més detall altres conceptes de xarxes:

Com se t'ha quedat el cos amb el nostre manual sobre com calcular la màscara de subxarxa? Esperem que tot hagi quedat clar, en cas contrari aquí tens la caixa de comentaris per a preguntar-nos algun dubte o per si veus alguna errada.