In questo articolo, esploriamo l’indirizzamento IP e la sottorete e mostriamo come applicare queste preziose informazioni a scenari del mondo reale. Affrontiamo come calcolare una subnet mask utilizzando le formule host e subnet. Prima di andare avanti, però, dovremmo rispondere a due domande chiave.

Che cos’è il subnetting?

Gli ISP assegnano intervalli di indirizzi IP alle organizzazioni in base al numero potenziale di reti e host o endpoint richiesti dalle organizzazioni. Oggi, le allocazioni seguono il metodo di assegnazione CIDR (Classless Inter-Domain Routing). L’organizzazione suddivide quindi lo spazio degli indirizzi allocato in allocazioni più piccole per ogni sottorete all’interno dell’organizzazione, utilizzando un processo chiamato subnetting. Il risultato di subnetting è il numero di sottoreti aumenta, mentre il numero di indirizzi IP host utilizzabili diminuisce. Ogni sottorete è nota come sottorete IP.

Perché usare subnetting?

Il subnetting consente di suddividere gli indirizzi di rete assegnati in allocazioni più piccole ed efficienti, più adatte a ciascuna rete all’interno dell’organizzazione. Ad esempio, un collegamento WAN point-to-point tra due router richiede solo due indirizzi, mentre un segmento LAN potrebbe dover supportare molti host, come server, workstation, laptop e dispositivi mobili connessi Wi-Fi.

Subnetting e riepilogo percorso lavorano insieme per rendere i router più efficienti riducendo le dimensioni delle tabelle di routing. I router lontani da una destinazione non hanno bisogno di molti dettagli di indirizzamento, quindi i percorsi possono essere riassunti in larga misura. Tuttavia, man mano che i pacchetti si avvicinano alla rete di destinazione, i router avranno bisogno di più informazioni di routing locali, come la subnet mask locale. Applicando la maschera all’indirizzo di destinazione di un pacchetto, i router possono determinare quale segmento di rete specifico contiene l’host di destinazione e consegnare correttamente il pacchetto.

Quindi, esaminiamo alcune informazioni di base, tra cui ciò che gli amministratori di rete devono sapere sull’indirizzamento IP e il subnetting. Si consiglia di iniziare con una revisione di alcuni elementi di base di indirizzamento IP e subnetting:

• Gli indirizzi IP devono essere univoci su Internet quando si utilizzano indirizzi IP pubblici e su una rete privata quando si utilizzano indirizzi IP privati.
• Gli indirizzi IPv4 sono 32 bit composti da quattro ottetti di 8 bit ciascuno. Per calcolare la subnet mask, convertire un indirizzo IP in binario, eseguire il calcolo e quindi convertire di nuovo alla rappresentazione numero decimale IPv4 noto come un quad punteggiato. La stessa procedura di subnetting funziona per gli indirizzi IPv6.
• Una subnet mask indica al computer quale parte dell’indirizzo IP è la porzione di rete dell’indirizzo e quale parte identifica l’intervallo di indirizzi host, ovvero gli indirizzi assegnati ai computer host su quella rete. Una subnet mask più lunga-che significa più 1 bit nella maschera-crea più sottoreti IP che hanno una dimensione del blocco dell’indirizzo host più piccola.
• Subnetting suddivide una rete di grandi dimensioni in reti più piccole estendendo la lunghezza della subnet mask. Ciò aumenta il numero di sottoreti, riducendo al contempo il numero di host per sottorete. Le organizzazioni useranno in genere diverse maschere di sottorete diverse per reti di dimensioni diverse. Ad esempio, un collegamento punto-punto con solo due dispositivi utilizzerebbe una maschera a 31 bit. Una LAN office o data center LAN, tuttavia, userebbe una subnet mask più breve che consente più host. Determinare il compromesso tra il numero e la dimensione delle sottoreti è spiegato di seguito.
• Oggi, gli indirizzi IP senza classe con subnet mask di lunghezza variabile vengono utilizzati quasi esclusivamente e gli indirizzi IP classful-noti come rete di classe A, rete di classe B o rete di classe C-vengono utilizzati solo per test di certificazione o protocolli di routing precedenti. Una rete di classe D viene utilizzata per il multicast e esiste un’allocazione sperimentale nota come Classe E.
• Un gateway predefinito è un dispositivo, in genere un router, in cui gli host inviano pacchetti destinati a un dispositivo non sulla LAN locale. Ancora una volta, il dispositivo sa cosa è e cosa non è sulla LAN locale utilizzando la subnet mask assegnata per confrontare l’indirizzo IP locale e la sottorete con l’indirizzo IP e la sottorete della destinazione.
• Gli indirizzi IP privati, noti anche come indirizzi Request for Comment 1918, sono utilizzati dalla maggior parte delle reti oggi. Questi indirizzi IP speciali non sono instradabili su Internet e devono essere tradotti in indirizzi IP pubblici quando tali dispositivi devono parlare con Internet, tramite un server proxy o tramite la traduzione degli indirizzi di porta.

Ora, impariamo di più su indirizzamento IP e subnetting e come si applicano alla rete del mondo reale.

Utilizzando la formula dell’host

Una domanda comune e reale quando si stabilisce la rete è: “Di quale subnet mask ho bisogno per la mia rete?”Per rispondere a questa domanda, impariamo come usare la formula dell’host.

La formula dell’host ti dirà quanti host saranno consentiti su una rete che ha una certa subnet mask. La formula dell’host è 2h-2. La h rappresenta il numero di 0s nella subnet mask, se la subnet mask è stata convertita in binario. Il primo e l’ultimo indirizzo sono riservati: il primo per identificare la rete e l’ultimo da utilizzare come indirizzo di trasmissione.

Punto 1. Trova intervallo host

Per utilizzare la formula dell’host, diamo prima un’occhiata a un semplice esempio. Supponiamo che tu preveda di utilizzare lo spazio degli indirizzi IP 192.168.0.0. Attualmente, si dispone di una piccola sottorete di rete con 20 host. Questa rete crescerà fino a 300 host entro il prossimo anno, tuttavia, e si prevede di avere più sedi di dimensioni simili in futuro e la necessità di consentire loro di comunicare utilizzando questo spazio di indirizzi.

Con una singola sottorete di rete e solo 20 host, la cosa più semplice da fare sarebbe usare 255.255.255.0 come subnet mask. Ciò significherebbe che avresti 192.168.0.1 attraverso 192.168.0.254 per i tuoi host. L’indirizzo 192.168.0.0 è riservato come identificatore di sottorete di rete e 192.168.0.255 è riservato per l’indirizzo di trasmissione di rete.

Punto 2. Converti in binario

Prima di decidere di utilizzare questa subnet mask, tuttavia, applichiamo la formula dell’host ad essa. Per utilizzare la formula dell’host in questo scenario, si prende la subnet mask 255.255.255.0 e convertirlo in binario. Questo ti darebbe: 111111111 11111111 11111111 00000000.

Come puoi vedere, ci sono otto 0 nella subnet mask. Per usare questo con la formula dell’host, dovresti calcolare 28-2. Questo arriva a 256 meno i 2 indirizzi riservati, o 254. Quindi, con la subnet mask specificata, otterrete 254 host utilizzabili. Questo sarebbe adatto alla tua rete di 20 utenti ora, ma non supporterà la tua futura espansione di rete a 300 host.

Punto 3. Calcola il numero totale di host per sottorete

Dovresti pianificare in anticipo e scegliere la maschera di sottorete migliore la prima volta. Ciò impedisce di dover tornare più tardi e modificare tutti gli indirizzi IP su questa rete. Aggiungendo 1s alla subnet mask si ottengono meno host per sottorete di rete ma più sottoreti di rete. Se rimuovi 1s dalla subnet mask, ottieni più host per rete ma meno reti. Quest’ultimo è ciò che dobbiamo fare.

Per fare ciò, togliamo uno degli 1 per creare la nostra subnet mask:

11111111 11111111 11111110 0000000

In numero decimale, o rappresentazione quad punteggiata, questo è 255.255.254.0.

Ciò significa che hai nove 0 nella porzione host della subnet mask. Per applicare la formula dell’host con questa subnet mask, calcoliamo 29-2. Il numero di indirizzi IP host utilizzabili è 512 meno 2 o 510. Questo sarebbe sicuramente adatto a una rete di 20 utenti ora e future aspettative di rete e host di 300 host.

Considerando queste informazioni, sappiamo che la subnet mask più efficiente per la rete è 255.255.254.0. L’intervallo di indirizzi host valido per ogni sottorete deve essere scritto come due intervalli, a causa delle limitazioni di scrivere gli indirizzi come quad punteggiati. La prima sottorete IP sarebbe da 192.168.0.1 a 192.168.0.255 e da 192.168.1.0 a 192.168.1.254. Si noti che 192.168.0.0 identifica la sottorete e 192.168.1.255 è l’indirizzo di trasmissione di rete.

Ecco come si arriva al totale di 510 host utilizzabili.

Punto 4. Calcola il numero di sottoreti

Ora che comprendi la formula dell’host, dovresti anche conoscere la formula della sottorete, che ti assicurerà di avere la maschera di sottorete giusta per il numero di sottoreti che hai. Solo perché determini di avere il giusto numero di host per la tua LAN usando la formula dell’host non significa che avrai abbastanza subnet per la tua rete. Vediamo come funziona la formula della sottorete.

La formula della sottorete è 2s, dove s è il numero di 1s aggiunti alla subnet mask, da qualunque sia la subnet mask. Prendiamo lo stesso esempio di cui sopra, ma costruiamo su di esso.

Utilizzando la rete 192.168.0.0, ci aspettiamo di avere 100 siti remoti con 300 PC ciascuno. Quale maschera di sottorete dovremmo usare? Nel nostro ultimo esempio, abbiamo trovato la 255.255.254.0 subnet mask fornito 510 host per sottorete. Questo era più che adeguato per supportare 300 PC, ma la stessa subnet mask fornisce reti per almeno 100 siti remoti? Scopriamolo.

Punto 5. Verifica il numero totale di sottoreti

Il numero di sottoreti viene trovato contando il numero di bit con cui è stata estesa la maschera iniziale, nota anche come bit di sottorete. La nostra allocazione iniziale dell’indirizzo era 192.168.0.0 con una maschera di 255.255.0.0. Usando la formula dell’host, abbiamo selezionato una subnet mask di 255.255.254.0. Confrontiamo le due maschere e contiamo i bit della sottorete.

Convertiamo in binario:

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

La nuova maschera utilizza sette bit di sottorete. Usando la formula della sottorete, questo ci darebbe 27 = 128 reti. Questo è almeno 100, quindi abbiamo abbastanza sottoreti per 100 reti remote. Ciò significa che abbiamo trovato la maschera di sottorete giusta per la nostra rete. Convertiamo la nostra subnet mask da binario a decimale e otteniamo 255.255.254.0.

Quando si aggiungono bit di sottorete, il numero di sottoreti aumenta di un fattore due e il numero di host per sottorete diminuisce di un fattore due. La tabella seguente mostra il numero di sottoreti e host per ciascuno degli otto bit maschera nel terzo ottetto di un indirizzo IPv4.

Subnetting a lunghezza variabile

La maggior parte delle reti richiede sottoreti di diverse dimensioni, talvolta chiamate subnet mask a lunghezza variabile. Questo è facilmente realizzabile prendendo una delle sottoreti più grandi-una sottorete con una maschera più corta-e applicando l’algoritmo di sottorete ad esso. Questo è noto come subnetting a lunghezza variabile poiché la rete avrà maschere di sottorete di diverse lunghezze.

Estendendo l’esempio dall’alto, diciamo che la maggior parte dei 100 siti richiede anche due collegamenti WAN point-to-point o 200 subnet con due host ciascuno-un router su ciascuna estremità del collegamento. Stiamo iniziando con una subnet mask di 255.255.254.0. Usando la formula dell’host, abbiamo bisogno di due bit host(22 – 2 = 4 – 2 = 2). L’estensione della maschera di sottorete comporta quanto segue in binario:

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

La subnet mask è stata estesa di sette bit. Usando la formula della sottorete di 2s, abbiamo 27 = 128 sottoreti. Questo non è sufficiente per tutti i nostri collegamenti WAN, quindi facciamo la stessa cosa con un’altra subnet di grandi dimensioni. Se abbiamo riservato le prime due grandi sottoreti da sub-subnetted per i collegamenti WAN, avremmo una capacità sufficiente per 256 collegamenti punto-punto.

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

Lo stesso processo può essere utilizzato se abbiamo molti piccoli siti remoti che hanno pochi host in ogni sito, ad esempio in un’attività di vendita al dettaglio.

È importante assegnare sottoreti ai siti in modo da consentire il riepilogo degli indirizzi che riduce le dimensioni della tabella di routing e aumenta l’efficienza del router.

Classless Inter-Domain Routing

CIDR elimina la designazione classful originale di indirizzi IPv4. Consente a un singolo prefisso di rete e maschera di rappresentare un’aggregazione di più reti. Questo è anche chiamato supernetting. CIDR address representation semplifica la rappresentazione di un indirizzo e una maschera. CIDR supporta anche l’aggregazione di rete e il riepilogo degli indirizzi.

La notazione CIDR aggiunge il numero di bit della subnet mask all’indirizzo di rete. Invece di scrivere l’indirizzo e la maschera usando la notazione punteggiata, aggiungiamo una barra in avanti (/) e il numero di bit nella subnet mask. Nel nostro precedente esempio di 100 sottoreti che supportano oltre 300 host ciascuna, troviamo che la subnet mask contiene 23 bit.

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

Calcolo del prefisso della sottorete

I router calcolano l’indirizzo della sottorete come parte del processo per determinare quale interfaccia utilizzare per inoltrare i pacchetti alla loro destinazione. In questo processo, viene eseguita un’operazione binaria AND su un indirizzo e la sua maschera. Il risultato è il prefisso subnet, che rimuove tutti i bit host. Il router utilizza il prefisso di rete per trovare la voce della tabella di routing che meglio corrisponde al prefisso-la corrispondenza più lunga o il percorso predefinito. Il pacchetto viene inoltrato all’interfaccia associata al prefisso di corrispondenza migliore.

Nel diagramma e grafico di rete sopra, diciamo che R1 riceve un pacchetto indirizzato a 192.168.5.19, un host connesso alla LAN di R2. Utilizzare il binario E l’operazione tra la maschera e l’indirizzo per determinare il prefisso del percorso da cercare nella tabella di routing:

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 trova 192.168.4.0 nella tabella di routing e inoltra il pacchetto dall’interfaccia S0 a R2. R2 farà lo stesso calcolo del prefisso e determinerà che dovrebbe inviare il pacchetto sull’interfaccia E0 e che è una consegna locale all’host 5.19.

Progettazione di reti su larga scala

Nel mondo reale, probabilmente non avrai mai la possibilità di progettare una rete di grandi dimensioni come questa da zero. Tuttavia, le capacità di progettazione di reti su larga scala sono preziose per vari motivi:

• comprendere il subnetting di una rete su larga scala già implementata;
• capire quale effetto avrà apportare modifiche a una rete, al suo indirizzamento IP e al suo subnetting; e
• per dimostrare in un test di certificazione che si capisce l’indirizzamento IP e subnetting e li può applicare certifications certificazioni come Cisco Certified Network Associate richiedono di applicare queste competenze e calcolare l’indirizzamento IP senza una calcolatrice.

È importante comprendere le sottoreti ed essere in grado di calcolare maschere, intervalli host e sottoreti a mano lunga, ma spesso verifichiamo i nostri calcoli con un calcolatore di sottorete.