Comment calculer un masque de sous-réseau à partir d'hôtes et de sous-réseaux

Dans cet article, nous explorons l’adressage IP et le sous-réseau et montrons comment appliquer ces informations précieuses à des scénarios réels. Nous expliquons comment calculer un masque de sous-réseau à l’aide de formules d’hôte et de sous-réseau. Avant de passer à autre chose, cependant, nous devrions répondre à deux questions clés.

Qu’est-ce que le sous-réseau ?

Les FAI allouent des plages d’adresses IP aux organisations en fonction du nombre potentiel de réseaux et d’hôtes, ou de points de terminaison, dont les organisations ont besoin. Aujourd’hui, les allocations suivent la méthode d’attribution de routage inter-domaines sans classe (CIDR). L’organisation subdivise ensuite l’espace d’adressage alloué en allocations plus petites pour chaque sous-réseau de l’organisation, à l’aide d’un processus appelé sous-réseau. Le résultat du sous-réseau est que le nombre de sous-réseaux augmente, tandis que le nombre d’adresses IP d’hôte utilisables diminue. Chaque sous-réseau est connu sous le nom de sous-réseau IP.

Pourquoi utiliser le sous-réseau ?

Le sous-réseau permet de diviser les adresses réseau attribuées en allocations plus petites et efficaces qui conviennent mieux à chaque réseau de l’organisation. Par exemple, une liaison WAN point à point entre deux routeurs n’a besoin que de deux adresses, tandis qu’un segment LAN peut avoir besoin de prendre en charge de nombreux hôtes, tels que des serveurs, des postes de travail, des ordinateurs portables et des appareils mobiles connectés au Wi-Fi.

Le sous-réseau et la synthèse des itinéraires fonctionnent ensemble pour rendre les routeurs plus efficaces en réduisant la taille des tables de routage. Les routeurs éloignés d’une destination n’ont pas besoin de beaucoup de détails d’adressage, de sorte que les itinéraires peuvent être résumés dans une large mesure. Mais, à mesure que les paquets se rapprochent du réseau de destination, les routeurs auront besoin de plus d’informations de routage local, telles que le masque de sous-réseau local. En appliquant le masque à l’adresse de destination d’un paquet, les routeurs peuvent déterminer quel segment de réseau spécifique contient l’hôte de destination et délivrer correctement le paquet.

Passons ensuite en revue quelques informations générales, notamment ce que les administrateurs réseau doivent savoir sur l’adressage IP et le sous-réseau. Nous recommandons de commencer par un examen de certains éléments de base de l’adressage IP et du sous-réseau:

Les adresses IP doivent être uniques sur Internet lors de l’utilisation d’adresses IP publiques et sur un réseau privé lors de l’utilisation d’adresses IP privées.
Les adresses IPv4 sont 32 bits composés de quatre octets de 8 bits chacun. Pour calculer le masque de sous-réseau, convertissez une adresse IP en binaire, effectuez le calcul, puis convertissez-la à la représentation décimale IPv4 connue sous le nom de quad en pointillés. La même procédure de sous-réseau fonctionne pour les adresses IPv6.
Un masque de sous-réseau indique à l’ordinateur quelle partie de l’adresse IP est la partie réseau de l’adresse et quelle partie identifie la plage d’adresses hôtes, qui sont des adresses attribuées aux ordinateurs hôtes de ce réseau. Un masque de sous-réseau plus long – ce qui signifie plus de 1 bits dans le masque – crée plus de sous-réseaux IP qui ont une taille de bloc d’adresse hôte plus petite.
Le sous-réseau divise un grand réseau en réseaux plus petits en étendant la longueur du masque de sous-réseau. Cela augmente le nombre de sous-réseaux, tout en réduisant le nombre d’hôtes par sous-réseau. Les organisations utilisent généralement plusieurs masques de sous-réseau différents pour différentes tailles de réseaux. Par exemple, une liaison point à point avec seulement deux périphériques utiliserait un masque 31 bits. Cependant, un réseau LOCAL de bureau ou un réseau local de centre de données utiliserait un masque de sous-réseau plus court qui autorise plus d’hôtes. La détermination du compromis entre le nombre et la taille des sous-réseaux est expliquée ci-dessous.
Aujourd’hui, les adresses IP sans classe avec des masques de sous-réseau de longueur variable sont utilisées presque exclusivement, et les adresses IP de classe – appelées réseau de classe A, réseau de classe B ou réseau de classe C – ne sont utilisées que pour les tests de certification ou les protocoles de routage plus anciens. Un réseau de classe D est utilisé pour la multidiffusion, et il existe une allocation expérimentale connue sous le nom de Classe E.
Une passerelle par défaut est un périphérique, généralement un routeur, où les hôtes envoient des paquets destinés à un périphérique non sur le réseau local. Encore une fois, le périphérique sait ce qui se trouve et ce qui ne se trouve pas sur le réseau local en utilisant son masque de sous-réseau attribué pour comparer son adresse IP et son sous-réseau locaux avec l’adresse IP et le sous-réseau de la destination.
Les adresses IP privées, également appelées adresses de demande de commentaire 1918, sont aujourd’hui utilisées par la plupart des réseaux. Ces adresses IP spéciales ne sont pas routables sur Internet et doivent être traduites en adresses IP publiques lorsque ces appareils doivent communiquer avec Internet, soit via un serveur proxy, soit via la traduction d’adresses de port.

Maintenant, apprenons-en plus sur l’adressage IP et le sous-réseau et comment ils s’appliquent à votre réseau réel.

En utilisant la formule de l’hôte

Une question courante dans le monde réel lors de la configuration de votre réseau est la suivante: « De quel masque de sous-réseau ai-je besoin pour mon réseau? »Pour répondre à cette question, apprenons à utiliser la formule de l’hôte.

La formule de l’hôte vous indiquera combien d’hôtes seront autorisés sur un réseau doté d’un certain masque de sous-réseau. La formule de l’hôte est 2h-2. Le h représente le nombre de 0 dans le masque de sous-réseau, si le masque de sous-réseau a été converti en binaire. Les première et dernière adresses sont réservées : la première à identifier le réseau et la dernière à utiliser comme adresse de diffusion.

Étape 1. Trouvez la plage d’hôtes

Pour utiliser la formule de l’hôte, regardons d’abord un exemple simple. Supposons que vous prévoyez d’utiliser l’espace d’adressage IP 192.168.0.0. Actuellement, vous disposez d’un petit sous-réseau réseau avec 20 hôtes. Cependant, ce réseau passera à 300 hôtes dans l’année à venir, et vous prévoyez d’avoir plusieurs emplacements de taille similaire à l’avenir et vous devez leur permettre de communiquer en utilisant cet espace d’adressage.

Avec un seul sous-réseau réseau et seulement 20 hôtes, la chose la plus simple à faire serait d’utiliser 255.255.255.0 comme masque de sous-réseau. Cela signifierait que vous auriez 192.168.0.1 à 192.168.0.254 pour vos hôtes. L’adresse 192.168.0.0 est réservée comme identifiant de sous-réseau, et 192.168.0.255 est réservée pour l’adresse de diffusion réseau.

Étape 2. Convertir en binaire

Avant de décider d’utiliser ce masque de sous-réseau, appliquons cependant la formule de l’hôte. Pour utiliser la formule de l’hôte dans ce scénario, vous prenez le masque de sous-réseau 255.255.255.0 et convertissez-le en binaire. Cela vous donnerait: 111111111 11111111 11111111 00000000.

Comme vous pouvez le voir, il y a huit 0 dans le masque de sous-réseau. Pour l’utiliser avec la formule de l’hôte, vous calculeriez 28 – 2. Cela revient à 256 moins les 2 adresses réservées, soit 254. Ainsi, avec le masque de sous-réseau spécifié, vous obtiendrez 254 hôtes utilisables. Cela conviendrait maintenant à votre réseau de 20 utilisateurs, mais ne prendra pas en charge l’extension future de votre réseau à 300 hôtes.

Étape 3. Calculez le nombre total d’hôtes par sous-réseau

Vous devez planifier à l’avance et choisir le meilleur masque de sous-réseau la première fois. Cela vous évite d’avoir à revenir plus tard et à changer toutes les adresses IP de ce réseau. L’ajout de 1 au masque de sous-réseau signifie que vous obtenez moins d’hôtes par sous-réseau réseau mais plus de sous-réseaux réseau. Si vous supprimez 1 du masque de sous-réseau, vous obtenez plus d’hôtes par réseau mais moins de réseaux. C’est ce dernier point que nous devons faire.

Pour ce faire, enlevons l’un des 1 pour faire notre masque de sous-réseau:

11111111 11111111 11111110 0000000

En nombre décimal ou en représentation quadripoint, il s’agit de 255.255.254.0.

Cela signifie que vous avez neuf 0 dans la partie hôte du masque de sous-réseau. Pour appliquer la formule de l’hôte avec ce masque de sous-réseau, nous calculons 29 – 2. Le nombre d’adresses IP d’hôte utilisables est de 512 moins 2 ou 510. Cela conviendrait certainement à un réseau de 20 utilisateurs aujourd’hui et à l’avenir et aux attentes d’hôtes de 300 hôtes.

Compte tenu de ces informations, nous savons que le masque de sous-réseau le plus efficace pour le réseau est 255.255.254.0. La plage d’adresses d’hôte valide pour chaque sous-réseau doit être écrite en deux plages, en raison des limitations de l’écriture des adresses sous forme de quads pointillés. Le premier sous-réseau IP serait 192.168.0.1 à 192.168.0.255 et 192.168.1.0 à 192.168.1.254. Notez que 192.168.0.0 identifie le sous-réseau et que 192.168.1.255 est l’adresse de diffusion du réseau.

C’est ainsi que vous arrivez au total de 510 hôtes utilisables.

Étape 4. Calculez le nombre de sous-réseaux

Maintenant que vous comprenez la formule de l’hôte, vous devez également connaître la formule du sous-réseau, ce qui vous assurera d’avoir le bon masque de sous-réseau pour le nombre de sous-réseaux que vous avez. Ce n’est pas parce que vous déterminez que vous avez le bon nombre d’hôtes pour votre réseau local à l’aide de la formule de l’hôte que vous aurez suffisamment de sous-réseaux pour votre réseau. Voyons comment fonctionne la formule du sous-réseau.

La formule du sous-réseau est 2s, où s est le nombre de 1 ajoutés au masque de sous-réseau, quel que soit le masque de sous-réseau. Prenons le même exemple que ci-dessus, mais construisons dessus.

En utilisant le réseau 192.168.0.0, nous nous attendons à avoir 100 sites distants avec 300 PC chacun. Quel masque de sous-réseau devrions-nous utiliser ? Dans notre dernier exemple, nous avons trouvé que le masque de sous-réseau 255.255.254.0 fournissait 510 hôtes par sous-réseau. C’était plus que suffisant pour prendre en charge 300 PC, mais ce même masque de sous-réseau fournit-il des réseaux pour au moins 100 sites distants? Découvrons-le.

Étape 5. Vérifiez le nombre total de sous-réseaux

Le nombre de sous-réseaux est trouvé en comptant le nombre de bits par lesquels le masque initial a été étendu, également appelés bits de sous-réseau. Notre allocation d’adresse initiale était 192.168.0.0 avec un masque de 255.255.0.0. En utilisant la formule de l’hôte, nous avons sélectionné un masque de sous-réseau de 255.255.254.0. Comparons les deux masques et comptons les bits de sous-réseau.

Convertissons en binaire:

255.255.0.0 = 11111111 11111111 00000000 00000000
255.255.254.0 = 11111111 11111111 11111110 00000000

Le nouveau masque utilise sept bits de sous-réseau. En utilisant la formule du sous-réseau, cela nous donnerait 27 = 128 réseaux. C’est au moins 100, nous avons donc suffisamment de sous-réseaux pour 100 réseaux distants. Cela signifie que nous avons trouvé le bon masque de sous-réseau pour notre réseau. Nous convertissons notre masque de sous-réseau du binaire en décimal et obtenons 255.255.254.0.

Lorsque vous ajoutez des bits de sous-réseau, le nombre de sous-réseaux augmente d’un facteur deux et le nombre d’hôtes par sous-réseau diminue d’un facteur deux. Le tableau ci-dessous montre le nombre de sous-réseaux et d’hôtes pour chacun des huit bits de masque dans le troisième octet d’une adresse IPv4.

calcul des sous-réseaux et des hôtes — Ce tableau indique le nombre de sous-réseaux et d’hôtes pour chacun des huit bits de masque dans le troisième octet d’une adresse IPv4.

Sous-réseau de longueur variable

La plupart des réseaux nécessitent des sous-réseaux de plusieurs tailles différentes, parfois appelés masques de sous-réseau de longueur variable. Ceci est facilement accompli en prenant l’un des plus grands sous-réseaux – un sous-réseau avec un masque plus court – et en lui appliquant l’algorithme de sous-réseau. Ceci est connu sous le nom de sous-réseau de longueur variable car le réseau aura des masques de sous-réseau de plusieurs longueurs différentes.

En étendant l’exemple ci-dessus, disons que la plupart des 100 sites nécessitent également deux liens WAN point à point ou 200 sous-réseaux avec deux hôtes chacun – un routeur à chaque extrémité du lien. Nous commençons par un masque de sous-réseau de 255.255.254.0. En utilisant la formule de l’hôte, nous avons besoin de deux bits d’hôte (22 – 2 = 4 – 2 = 2). L’extension du masque de sous-réseau donne les résultats suivants en binaire:

255.255.254.0 = 11111111 11111111 11111110 00000000
255.255.255.252 = 11111111 11111111 11111111 11111100

Le masque de sous-réseau a été étendu de sept bits. En utilisant la formule du sous-réseau de 2s, nous avons 27 = 128 sous-réseaux. Cela ne suffit pas pour tous nos liens WAN, nous faisons donc la même chose avec un autre grand sous-réseau. Si nous réservions les deux premiers grands sous-réseaux à être sous-sous-réseaux pour les liaisons WAN, nous aurions une capacité suffisante pour 256 liaisons point à point.

192.168.252.0 through 192.168.253.254: WAN subnets 0 through 127
192.168.254.0 through 192.168.255.254: WAN subnets 128 through 255

Le même processus peut être utilisé si nous avons de nombreux petits sites distants qui ont peu d’hôtes sur chaque site, comme dans une entreprise de vente au détail.

Il est important d’affecter des sous-réseaux aux sites de manière à permettre une synthèse des adresses qui réduit la taille de la table de routage et augmente l’efficacité du routeur.

Routage inter-domaines sans classe

CIDR élimine la désignation classful d’origine des adresses IPv4. Il permet à un seul préfixe et masque de réseau de représenter une agrégation de plusieurs réseaux. C’est aussi ce qu’on appelle le supernettage. La représentation d’adresse CIDR simplifie la représentation d’une adresse et d’un masque. Le CIDR prend également en charge l’agrégation réseau et la synthèse des adresses.

La notation CIDR ajoute le nombre de bits de masque de sous-réseau à l’adresse réseau. Au lieu d’écrire l’adresse et le masque en utilisant la notation en pointillés, nous ajoutons une barre oblique (/) et le nombre de bits dans le masque de sous-réseau. Dans notre exemple précédent de 100 sous-réseaux prenant en charge chacun plus de 300 hôtes, nous constatons que le masque de sous-réseau contient 23 bits.

192.168.0.1 255.255.254.0
11000000 10101000 00000000 00000001 11111111 11111111 11111110 00000000
=
192.168.0.1/23

Calcul du préfixe de sous-réseau

Les routeurs calculent l’adresse de sous-réseau dans le cadre du processus pour déterminer l’interface à utiliser pour transférer les paquets vers leur destination. Dans ce processus, une opération binaire ET est effectuée sur une adresse et son masque. Le résultat est le préfixe de sous-réseau, qui supprime tous les bits de l’hôte. Le routeur utilise le préfixe réseau pour trouver l’entrée de la table de routage qui correspond le mieux au préfixe – la correspondance la plus longue ou la route par défaut. Le paquet est transmis par l’interface associée au préfixe de meilleure correspondance.

masques de sous-réseau, préfixes et routage — Ce diagramme de réseau décrit le calcul du masque de sous-réseau et les procédures de routage appropriées.

Dans le diagramme et le diagramme de réseau ci-dessus, disons que R1 reçoit un paquet adressé à 192.168.5.19, un hôte connecté au réseau local de R2. Utilisez le binaire ET l’opération entre le masque et l’adresse pour déterminer le préfixe de route à rechercher dans la table de routage:

192.168.5.19 = 11000000 10101000 00000101 00010011
255.255.254.0 = 11111111 11111111 11111110 00000000
192.168.4.0 = 11000000 10101000 00000100 00000000

R1 trouve 192.168.4.0 dans la table de routage et transfère le paquet sur l’interface S0 à R2. R2 fera le même calcul de préfixe et déterminera qu’il doit envoyer le paquet sur l’interface E0 et qu’il s’agit d’une livraison locale à l’hôte 5.19.

Conception de réseau à grande échelle

Dans le monde réel, vous n’aurez probablement jamais la chance de concevoir un grand réseau comme celui-ci à partir de zéro. Cependant, les compétences de conception de réseau à grande échelle sont précieuses pour diverses raisons:

comprendre le sous-réseau d’un réseau à grande échelle déjà mis en œuvre ;
comprendre l’effet des modifications apportées à un réseau, à son adressage IP et à son sous-réseau; et
pour prouver lors d’un test de certification que vous comprenez l’adressage IP et le sous-réseau et que vous pouvez les appliquer certifications des certifications telles que Cisco Certified Network Associate vous obligent à appliquer ces compétences et à calculer l’adressage IP sans calculatrice.

Il est important de comprendre le sous-réseau et de pouvoir calculer les masques, les plages d’hôtes et les sous-réseaux à long terme, mais nous vérifions fréquemment nos calculs avec un calculateur de sous-réseau.