Como calcular máscaras de sub-rede: Guia prático para cálculo de subredes

pararmos para analisar, com esse tipo de configuração, vamos estar desperdiçando endereços IPs.

O Cenário: otimizando a rede de um novo prédio

Ao ser contratado para estruturar a rede de um novo prédio, deparei-me com o seguinte cenário: quatro departamentos ativos, Financeiro, Comercial, RH e Jurídico, cada um com média de 50 hosts (computadores/dispositivos).

Identificamos dois problemas principais:

1. Lentidão: O Comercial envia arquivos pesados, congestionando a rede global.
2. Segurança e Falhas: Se um departamento tiver problemas, todos os outros são afetados.

Para resolver isso, vamos segmentar a rede utilizando endereços de classe C (192.168.x.x). Uma solução inicial seria dar uma rede inteira para cada setor (ex: Financeiro 192.168.0.0, Comercial 192.168.1.0), mas isso desperdiçaria muitos endereços IP.

A melhor solução? Dividir a rede em sub-redes.

O que é sub-rede

Todo endereço IP tem uma máscara correspondente. É essa máscara que diz ao computador qual parte do endereço identifica a rede e qual parte identifica o host (o dispositivo).

Por exemplo, o endereço 192.168.0.50 com uma máscara 255.255.255.0, identifica como parte da rede o endereço 192.168.0 e o host como 50:

Para criar sub-redes, nós "pegamos emprestado" bits da parte do host para criar novas divisões na rede. Para isso, podemos usar valores diferentes entre 0 ou 255. Quando fazemos isso, estabelecemos assim a nossa  sub-rede.

Mas quais valores podemos colocar?

Calculo de subredes

Cada três dígitos na máscara, correspondem a uma parte do endereço IP do host. Essas partes são formadas por oito bits, por isso, recebem o nome de octetos e cada bit pode ser 0 (host) ou 1 (rede).

No caso, essa máscara (255.255.255.0), pode ser representada em binário como: 11111111.11111111.11111111.0000000.

Caso todos os oito bits da máscara de sub-rede possuir valor 1, o valor em decimal 255, caso todos os bits forem 0, possui o valor 0 em decimal.

Mas por que quando todos os bits são 1, o valor em decimal fica é 255? Isso é por causa da conversão de binário para decimal.

Criando sub-rede

Vimos que os bits 1 na máscara específica a porção da rede e os bits 0 especificam o host no endereço IP. Para criar nossas redes, podemos pegar alguns bits 0 e transformá-los em 1.

Por exemplo, se pegarmos o primeiro bit 0 na máscara e transformá-lo em bit 1, teríamos a seguinte máscara em binário: 11111111.11111111.11111111.1000000

Mas como fica o valor dela em decimal?

Sabemos que os três primeiros octetos têm o valor em decimal de 255. Já para saber o valor do último, basta realizar a conversão:

Ou seja, temos: 1 x 2^7 + 0 x 2^6 + 0 x 2^5 + 0 x 2^4 + 0 x 2^3 + 0 x 2^2 + 0 x 2^1 + 0 x 2^0. Que nos deixa com 128 e logo, a máscara dessa rede é: 255.255.255.128.

Quantas redes e hosts teremos?

Para saber quantas redes temos com essa nova máscara basta elevar o número 2, que são o número de bits possíveis, ao número de bits emprestados da porção do host.

Neste caso pegamos um bit da porção do host, portanto temos 2^1 redes. Ou seja, temos 2 redes.

Quantos hosts cada rede comporta?

Os hosts são definidos como bits 0 na máscara de sub-rede, certo? Então para saber quantos hosts nossa rede comporta basta elevar 2 ao número de bits 0 na máscara.

Neste caso temos sete bits 0 (10000000), logo, 2^7, que nos dá 128.

Dentre os endereços IPs, dois precisam ser reservados. Um para especificar a rede e outro para especificar o domínio de broadcast. Então, na verdade, temos 128 - 2 hosts, logo temos 126 hosts em cada sub-rede.

Quais são os endereços reservados?

O endereço que especifica a rede é sempre o primeiro endereço IP, já o de broadcast é o último endereço IP da rede.

Em uma rede classe C com máscara padrão, o endereço da rede é 192.168.0.0 e o de broadcast é 192.168.0.255. Só que no nosso caso são duas sub-redes, cada uma com um endereço de rede e de broadcast.

A primeira rede possui o endereço de rede 192.168.0.0, já o endereço de broadcast nós descobrimos somando 1 ao número de hosts, que neste caso são 126, mais o endereço de rede. Ou seja, temos 1 + 126 + 0. Dessa forma temos que o endereço de broadcast da primeira sub-rede é 192.168.0.127.

Já o endereço de rede da segunda sub-rede é o endereço de broadcast da primeira sub-rede mais 1. Ou seja, temos como endereço de rede da segunda sub-rede 192.168.0.128. O endereço de broadcast conseguimos obter da mesma forma.

Somamos 1 ao número de hosts, mais o endereço de rede. Portanto, 1 + 126 + 128, isso nos dá o endereço de broadcast 192.168.0.255.

Resolvendo o problema dos 4 departamentos

Anteriormente calculamos apenas duas sub-redes, mas o nosso cenário exige quatro (uma para cada departamento). Para conseguir isso, precisamos emprestar mais bits da porção de host.

Se com 1 bit tínhamos duas redes, ao pegarmos 2 bits a conta muda para 2^2, resultando em 4 sub-redes. A nossa nova máscara em binário fica assim: 11111111.11111111.11111111.11000000.

Realizando a conversão que já vimos, teremos: 1 x 2^7 + 1 x 2^6 + 0 x 2^5 + 0 x 2^4 + 0 x 2^3 + 0 x 2^2 + 0 x 2^1 + 0 x 2^0. Que nos deixa com 192, ou seja, nossa máscara de sub-rede será 255.255.255.192. 

E quantos hosts cada departamento poderá ter? A conta é simples: elevamos 2 ao número de bits "zero" restantes na máscara e subtraímos os endereços reservados (rede e broadcast). Como sobraram 6 bits zero: 

Se quisermos saber qual é o endereço de cada sub rede, basta realizar os mesmos passos de antes.

O endereço de rede primeira sub-rede será 192.168.0.0, já o seu endereço de broadcast será um mais o número de hosts mais o endereço de rede. Isso nos deixa com 1 + 62 + 0. Logo, o endereço de broadcast da nossa primeira sub rede será 192.168.0.63.

Após calcular cada sub-rede teremos os seguintes resultados:

Todos esses endereços utilizando a máscara 255.255.255.192.

Dessa forma, conseguimos alocar cada departamento em uma sub-rede, o que otimiza a rede e isola os problemas.

Para saber mais: notação CIDR

Como cada sub-rede é uma rede distinta, elas precisam de um roteador para se comunicarem umas com as outras.

Neste exemplo, utilizamos um IP da classe C para criar as sub-redes, porém conseguimos realizar essa configuração com todas as classes de IPs disponíveis.

Nós podemos utilizar outra notação quando falamos de máscaras de rede. Ao invés de utilizar a máscara em seu formato decimal, podemos dizer apenas a quantidade de bits um contidos nela.

Por exemplo, a máscara padrão da classe C, 255.255.255.0, em formato binário fica 11111111.11111111.11111111.0000000. Ou seja, ela tem 24 bits 1. Então caso desejemos falar que o endereço IP 192.168.0.35 utiliza a máscara padrão, podemos utilizar a notação /24. Ficando assim 192.168.0.35 /24.

O nome dessa notação é CIDR.

Próximos passos

Atribuir endereços IP corretamente é uma das principais funções de um administrador de redes. Ao criar sub-redes, garantimos não apenas a economia de IPs, mas também a segurança e a performance da rede corporativa.

Uma forma de fazer isso é criando VLans (Saiba como configurar VLans em dispositivos Cisco), porém mesmo com essa configuração, algumas redes podem ter problemas com o broadcast. Então uma forma de resolver isso é dividindo a rede em parte menores, criando sub-redes.

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