Calculadora de sub-redes IP: CIDR, máscara e hosts

Calculadora de sub-redes IP

Uma calculadora de sub-redes IP determina os detalhes de rede por trás de um endereço IPv4 e de um comprimento de prefixo. A partir dessas duas entradas, ela encontra o endereço de rede, o endereço de broadcast, o intervalo de endereços de host utilizáveis, a máscara de sub-rede e a máscara curinga.

O que a calculadora faz

A ferramenta aceita um endereço IPv4 escrito como quatro números separados por pontos, como 192.168.1.10, e um comprimento de prefixo de 0 a 32. Também funciona escrever os dois juntos no formato CIDR, como 192.168.1.10/24: a parte /24 é transferida automaticamente para o campo de prefixo.

A calculadora retorna:

• Notação CIDR: a rede no formato endereço/prefixo, como 192.168.1.0/24.
• Endereço de rede: o primeiro endereço do bloco. Ele identifica a própria rede.
• Endereço de broadcast: o último endereço do bloco. Uma mensagem enviada a ele chega a todos os hosts da sub-rede.
• Intervalo de hosts utilizáveis: o primeiro e o último endereço que um dispositivo pode realmente usar.
• Hosts utilizáveis e endereços totais: quantos endereços o bloco contém e quantos estão disponíveis para dispositivos.
• Máscara de sub-rede e máscara curinga: a máscara no formato pontuado, como 255.255.255.0, e sua inversa, 0,0.0,255.
• A máscara de sub-rede representada bit a bit, com oito bits por octeto.

Os resultados seguem a RFC 791 (endereçamento IPv4), a RFC 4632 (notação CIDR), a RFC 950 com as RFCs 919 e 922 (as reservas de rede e broadcast) e a RFC 3021 (links ponto a ponto /31).

Como funciona a criação de sub-redes

Um endereço IPv4 é um número de 32 bits. Ele é escrito como quatro octetos, cada um com 8 bits e um valor de 0 a 255. O comprimento do prefixo divide esses 32 bits em duas partes. Os primeiros bits, em quantidade indicada pelo prefixo, identificam a rede. Os bits restantes identificam um host dentro dessa rede.

Uma rede /24 mantém 24 bits para a parte da rede e deixa 8 bits para os hosts. Oito bits de host fornecem 2⁸ = 256 endereços. Uma rede /26 deixa apenas 6 bits de host, portanto contém 2⁶ = 64 endereços.

A máscara de sub-rede representa a mesma divisão que um endereço: um bit 1 para cada bit de rede e um bit 0 para cada bit de host. Para /24, isso corresponde a 255,255.255,0. A máscara curinga inverte todos os bits da máscara de sub-rede. As listas de acesso de roteadores, especialmente em equipamentos Cisco, correspondem a endereços usando máscaras curingas, por isso a ferramenta exibe as duas.

A fórmula da sub-rede

Para um comprimento de prefixo p entre 0 e 30, a calculadora aplica estas regras, definidas pela RFC 950 e pela RFC 4632:

• Máscara de sub-rede = os p bits mais significativos da palavra de 32 bits definidos como 1.
• Endereço de rede = endereço IP E máscara de sub-rede (um E bit a bit mantém um bit somente quando ambas as entradas têm 1).
• Endereço de broadcast = endereço de rede OU máscara curinga (cada bit de host definido como 1).
• Endereços totais = 2⁽³²⁻ᵖ⁾.
• Hosts utilizáveis = 2⁽³²⁻ᵖ⁾ − 2. A subtração remove o endereço de rede e o endereço de broadcast, reservados pela RFC 950 e pela RFC 919.
• Primeiro host utilizável = endereço de rede + 1. Último host utilizável = endereço de broadcast − 1.

Dois comprimentos de prefixo seguem regras diferentes. Uma /31 contém exatamente 2 endereços, e a RFC 3021 torna ambos hosts utilizáveis em um link ponto a ponto, sem endereço de broadcast. Uma /32 identifica um único endereço: 1 no total, 1 utilizável e sem broadcast. Nesses dois casos, a ferramenta chama o primeiro endereço de “Base do prefixo”, em vez de “Endereço de rede”, pois nenhum dos dois blocos reserva um endereço para identificar a rede.

Todo resultado vem da aritmética sobre um único número de 32 bits. A ferramenta nunca lista os endereços um a um, portanto uma /0 que cobre todos os 4.294.967.296 endereços IPv4 é calculada tão rapidamente quanto uma /32.

Exemplo prático

Para o endereço 10.128.7.33 com comprimento de prefixo /26:

1. Máscara de sub-rede: 26 bits 1 seguidos por 6 bits 0 formam 11111111,11111111.11111111,11000000, que corresponde a 255,255.255,192.
2. Endereço de rede: faça E entre o endereço e a máscara. Os três primeiros octetos permanecem inalterados. No último octeto, 33 é 00100001 em binário; o E com 11000000 resulta em 00000000, que é 0. O endereço de rede é 10.128.7.0, portanto a notação CIDR é 10.128.7.0/26.
3. Endereço de broadcast: defina todos os 6 bits de host como 1. O último octeto se torna 00111111, que é 63. O endereço de broadcast é 10,128.7,63.
4. Contagens: 2⁶ = 64 endereços totais, e 64 − 2 = 62 hosts utilizáveis.
5. Intervalo de hosts: de 10.128.7.1 a 10,128.7,62.
6. Máscara curinga: a inversa da máscara de sub-rede, 0,0.0,63.

Um segundo exemplo com a entrada padrão da ferramenta, 192.168.1.10/24: rede 192.168.1.0, broadcast 192.168.1.255, hosts de 192.168.1.1 a 192.168.1.254, 254 hosts utilizáveis de 256 no total, máscara de sub-rede 255.255.255.0 e máscara curinga 0,0.0,255.

Convenções seguidas pela ferramenta

Octetos preenchidos com zeros à esquerda são rejeitados. A ferramenta recusa 010.1.1.1 em vez de interpretá-lo como 10,1.1,1. Isso é intencional. A função POSIX inet_aton, usada pelo ping, pelo curl e pela maioria dos resolvedores de sistemas operacionais, trata um octeto com zero à esquerda como octal; assim, 010.1.1.1 significa 8.1.1.1 para esses programas. Nenhuma interpretação decimal ou octal pode coincidir com a de todos os leitores, portanto a ferramenta não aceita nenhuma das duas. Um prefixo escrito como /08 é recusado pelo mesmo motivo.

A contagem de hosts subtrai dois. Algumas calculadoras informam o tamanho bruto do bloco como contagem de hosts. Esta ferramenta segue a RFC 950: em qualquer bloco de /0 a /30, a parte de host composta apenas por zeros identifica a rede, e a parte composta apenas por uns é o broadcast; portanto, ambas são excluídas e uma /24 tem 254 hosts utilizáveis, não 256.

Uma /31 tem dois hosts utilizáveis. Textos mais antigos, escritos antes da RFC 3021 (publicada em 2000), consideram uma /31 inutilizável porque subtrair os dois endereços reservados deixa zero. A RFC 3021 removeu ambas as reservas para links ponto a ponto, e os roteadores oferecem suporte a isso há décadas; por isso, a ferramenta informa 2 hosts utilizáveis e nenhum endereço de broadcast.

Qualquer prefixo de /0 a /32 é aceito. Uma /0 é um bloco válido que cobre todo o espaço IPv4, conforme 0.0.0.0/0 aparece nas tabelas de roteamento como a rota padrão.

Somente IPv4. IPv6 (RFC 4291) usa endereços de 128 bits e uma notação diferente, estando fora do escopo desta ferramenta. A ferramenta também não sinaliza intervalos de finalidade especial, como endereços privados ou de loopback (RFC 6890); ela informa apenas a aritmética dos endereços.

Dúvidas frequentes

Quantos hosts utilizáveis uma /24 tem? 254. Uma /24 deixa 8 bits de host, resultando em 2⁸ = 256 endereços. Dois são reservados: o endereço de rede e o endereço de broadcast. Restam 254 para dispositivos.

O que é uma máscara curinga? A inversa bit a bit da máscara de sub-rede. Onde a máscara de sub-rede tem 1, a máscara curinga tem 0, e vice-versa. Para a máscara 255.255.255.0, a máscara curinga é 0,0.0,255. As listas de controle de acesso de muitos roteadores usam máscaras curingas para descrever a quais endereços uma regra corresponde.

Por que uma /31 não exibe endereço de broadcast? Uma /31 contém apenas dois endereços. Reservar um para a rede e outro para o broadcast não deixaria nenhum, portanto a RFC 3021 define a /31 como um link ponto a ponto no qual ambos os endereços são hosts e não existe endereço de broadcast. A calculadora informa 2 hosts utilizáveis e marca o broadcast como não aplicável.

Por que 010.1.1.1 é rejeitado em vez de ser lido como 10.1.1.1? Porque os sistemas operacionais não concordam com uma interpretação decimal simples. A função POSIX inet_aton lê um octeto com zero à esquerda como octal, portanto 010 significa 8 para a maioria dos sistemas. Recusar a entrada é a única resposta que não pode divergir silenciosamente do comportamento do próprio computador do usuário.

Qual é a diferença entre endereços totais e hosts utilizáveis? Endereços totais é o tamanho completo do bloco, 2 elevado à potência de (32 menos o comprimento do prefixo). Hosts utilizáveis é esse número menos os dois endereços reservados, exceto em uma /31 (ambos são utilizáveis) e em uma /32 (o único endereço é o host).

O que significa o endereço de rede de 192.168.1.10/24? Ele é 192.168.1.0, obtido mantendo os primeiros 24 bits do endereço e definindo os bits de host como zero. Ele identifica a sub-rede como um todo e não pode ser atribuído a um dispositivo.

Referências

1. Postel, J. “RFC 791: Internet Protocol.” IETF, 1981.
2. Mogul, J. e J. Postel. “RFC 950: Internet Standard Subnetting Procedure.” IETF, 1985.
3. Mogul, J. “RFC 919: Broadcasting Internet Datagrams.” IETF, 1984.
4. Fuller, V. e T. Li. “RFC 4632: Classless Inter-domain Routing (CIDR).” IETF, 2006.
5. Retana, A. et al. “RFC 3021: Using 31-Bit Prefixes on IPv4 Point-to-Point Links.” IETF, 2000.