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Uma sub-rede é uma subdivisão lógica de uma rede IP. A subdivisão de uma rede grande em redes menores resulta num tráfego de rede reduzido, administração simplificada e melhor performance de rede.^[1]

Dispositivos que pertencem a uma sub-rede são endereçados com um grupo de bit mais significativo comum e idêntico em seus endereços IP. Isto resulta na divisão lógica de um endereço IP em dois campos: um número de rede ou prefixo de roteamento; e o restante do campo ou identificador de host. O campo restante é um identificador para uma interface de hospedeiro ou rede específicos.

O prefixo de roteamento pode ser expressado em notação de Classless Inter-Domain Routing (CIDR) escrito como o primeiro endereço de uma rede, seguido por um "caractere barra" (/), e finalizando com o comprimento de bit do prefixo. Por exemplo, 192.168.1.0/24 é o prefixo da rede IPv4 começando no endereço fornecido, possuindo 24 bits aplicados para o prefixo de rede; e os 8 bits restantes reservados para endereçamento de hospedeiro. A especificação de endereço IPv6 2001:db8::/32 é um bloco de endereço amplo com 2⁹⁶ endereços, possuindo um prefixo de roteamento de 32 bits.

Para IPv4, uma rede pode ser caracterizada por sua máscara de sub-rede ou máscara de rede, que é a máscara de bit que, quando aplicada por uma operação de lógica AND para qualquer endereço IP na rede, produz o prefixo de roteamento. Máscaras de sub-rede também são expressadas na notação ponto-decimal como um endereço. Por exemplo, 255.255.255.0 é a máscara de sub-rede para o prefixo 192.168.1.0/24.

Para criar sub-redes, qualquer máquina tem que ter uma máscara de sub-rede que define qual parte do seu endereço IP será usada como identificador da sub-rede e qual será usada como identificador dos hosts.

Sub-redes são parte do protocolo IP que atua na camada de rede.

Máscaras de sub-rede

Uma máscara de sub-rede, também conhecida como subnet mask ou netmask, é uma bitmask de 32 bits, que permite dividir uma rede específica em sub-redes menores, tornando mais efetivo o uso de um determinado espaço de endereço IP.

Normalmente, as máscaras de sub-rede são representadas com quatro números entre 0 e 255, separados por pontos, ou, menos comum, como oito dígitos na representação hexadecimal.

A máscara 255.255.255.0 (em hexadecimal, 0xffffff00, ou 11111111.11111111.11111111.00000000, em binário), por exemplo, indica que os três primeiros octetos do endereço correspondem à sub-rede, e o quarto octeto aos hosts.

Motivações para criar sub-redes

As sub-redes não são a única forma para ultrapassar problemas de topologia, mas são uma forma eficaz para ultrapassar esses mesmos problemas ao nível do software do TCP/IP.

As razões topológicas para criar sub-redes incluem:

Ultrapassar limitações de distância. Alguns hardwares de rede têm limitações de distância rígidas. Como, por exemplo, o comprimento máximo de um cabo ethernet é de 100 metros. O comprimento total de uma ethernet é de 2 500 metros, para distâncias maiores usamos roteadores. Cada cabo é uma ethernet separada;
Interligar redes físicas diferentes. Os roteadores podem ser usados para ligar tecnologias de redes físicas diferentes e incompatíveis;
Filtrar tráfego entre redes. O tráfego local permanece na sub-rede.

As sub-redes também servem outros propósitos organizacionais:

Simplificar a administração de redes. As sub-redes podem ser usadas para delegar gestão de endereços, problemas e outras responsabilidades;
Reconhecer a estrutura organizacional. A estrutura de uma organização (empresas, organismos públicos, etc.) pode requerer gestão de rede independente para algumas divisões da organização;
Isolar tráfego por organização. Acessível apenas por membros da organização, relevante quando questões de segurança são levantadas;
Isolar potenciais problemas. Se um segmento muito favorável é pouco viável, podemos fazer dele uma sub-rede.

Exemplo de uma sub-rede

Tomemos como exemplo um endereço IP de classe C (sendo x igual a 0 ou 1) e dois bits movidos para a direita para criar uma sub-rede:

endereço classe C:	xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.00000000
máscara:	11111111.11111111.11111111.11000000

Como estendemos a parte relacionada a rede em dois bits, podemos criar 2² = 4 sub-redes. Sobram 6 zeros, logo esta sub-rede pode endereçar 2⁶ = 64 endereços por sub-rede, como temos que subtrair 2 endereços (o endereço de rede e de broadcast), temos um total de 62 endereços de hosts (64 - 2 = 62) em cada sub-rede. A máscara a aplicar é 255.255.255.192, correspondente ao número binário mostrado anteriormente.

Tabela sub-rede IPv4

Notação CIDR   Máscara           Nº IPs
/0             0.0.0.0           4.294.967.296

Endereço de classe A

Notação CIDR   Máscara           Nº IPs
/8             255.0.0.0         16.777.216    (começa com 8 bits "1")

Endereços de classe B

Notação CIDR   Máscara           Nº IPs
/16            255.255.0.0       65.536        (começa com 16 bits "1")
/17            255.255.128.0     32.768        (começa com 17 bits "1")
/18            255.255.192.0     16.384        (começa com 18 bits "1")
/19            255.255.224.0     8.192         (começa com 19 bits "1")
/20            255.255.240.0     4096          (começa com 20 bits "1")
/21            255.255.248.0     2048          (começa com 21 bits "1")
/22            255.255.252.0     1024          (começa com 22 bits "1")
/23            255.255.254.0     512           (começa com 23 bits "1")

Endereços de classe C

Notação CIDR   Máscara           Nº IPs
/24            255.255.255.0     256           (e assim por diante...)
/25            255.255.255.128   128
/26            255.255.255.192   64
/27            255.255.255.224   32
/28            255.255.255.240   16
/29            255.255.255.248   8
/30            255.255.255.252   4
/31            255.255.255.254   2
/32            255.255.255.255   1