Калькулятор подсетей IPv4

Префикс, маска и адрес сети

Адрес IPv4 — 32 бита, записанные четырьмя десятичными октетами. Префикс длиной n (RFC 4632) говорит, что первые n битов — номер сети, остальные 32 − n — номер узла. Маска — те же n единиц и 32 − n нулей:

Пример для 192.168.1.10/24 в двоичном виде:

Маска всегда состоит из единиц подряд, а затем нулей: 255.255.0.255 маской не бывает, и калькулятор такую запись не примет. Обратная маска (wildcard) — инверсия маски, её используют в списках доступа маршрутизаторов. Побитовое И и ИЛИ удобно проверить в калькуляторе битовых масок, а перевести октеты в шестнадцатеричный вид — в конвертере систем счисления.

Сколько адресов получают узлы

Адрес, у которого все биты узла нули, — адрес самой сети, все единицы — широковещательный адрес подсети (directed broadcast). Узлам их не назначают, поэтому узлов на два меньше, чем адресов в блоке. Исключения — два самых длинных префикса:

• /31 — по RFC 3021 на канале точка-точка оба адреса считаются адресами узлов, а направленной широковещательной рассылки нет;
• /32 — один адрес, маршрут к отдельному узлу (RFC 4632).

Поле «Сколько узлов нужно в подсети» подбирает самый длинный префикс, в котором поместятся нужные узлы плюс адрес сети и широковещательный: $n = 32 - \lceil \log_2(N_\text{узлов} + 2) \rceil$. Для 30 узлов это /27, для 31 — уже /26. Префиксы /31 и /32 калькулятор для сети Ethernet не предлагает.

Частные и особые адреса

Не все адреса одинаковы: реестр особых адресов IANA (RFC 6890) выделяет блоки, которые нельзя использовать как обычные публичные адреса. Калькулятор подписывает тип адреса по этому реестру:

Остальные блоки реестра — 0.0.0.0/8, 192.0.0.0/24, 198.18.0.0/15 и 240.0.0.0/4 — калькулятор тоже называет. Частный блок 172.16.0.0/12 — это 172.16.0.0–172.31.255.255; адреса 172.15.x.x и 172.32.x.x уже публичные, на этой границе ошибаются чаще всего. Адрес из 100.64.0.0/10 на WAN-порту роутера означает, что провайдер выдаёт адрес из своей частной сети: подключиться к устройству из интернета напрямую не получится.

Ethernet на микроконтроллере: где задаются адрес и маска

У микроконтроллера в сети те же три параметра, что у компьютера: собственный адрес, маска и шлюз. Как их задать, зависит от того, где работает стек TCP/IP — подробно варианты разобраны в статье про Ethernet для микроконтроллеров.

• W5500 держит стек TCP/IP в самой микросхеме. Адрес, маску и шлюз микроконтроллер записывает по SPI в общие регистры SIPR, SUBR и GAR — по 4 байта в порядке октетов: 192.168.0.1 в GAR — это 0xC0, 0xA8, 0x00, 0x01 по адресам 0x0001–0x0004. После сброса регистры нулевые, поэтому без записи адреса микросхема в сети не работает; DHCP в списке аппаратных протоколов W5500 нет (TCP, UDP, ICMP, IPv4, ARP, IGMP, PPPoE): клиент DHCP работает в программе микроконтроллера поверх UDP-сокета.
• ENC28J60 — только MAC и PHY. IP-адрес хранит и обрабатывает стек TCP/IP на микроконтроллере, например lwIP; там же задаются маска и шлюз.
• ESP32 с Ethernet или Wi-Fi работает через ESP-NETIF. На интерфейсе Ethernet и станции Wi-Fi клиент DHCP включён по умолчанию, и перед установкой статического адреса его нужно остановить, иначе esp_netif_set_ip_info() вернёт ESP_ERR_ESP_NETIF_DHCP_NOT_STOPPED:

esp_netif_dhcpc_stop(netif);
esp_netif_ip_info_t info = { 0 };
esp_netif_set_ip4_addr(&info.ip, 192, 168, 1, 50);
esp_netif_set_ip4_addr(&info.netmask, 255, 255, 255, 0);
esp_netif_set_ip4_addr(&info.gw, 192, 168, 1, 1);
ESP_ERROR_CHECK(esp_netif_set_ip_info(netif, &info));

Адрес сервера DNS при статической настройке задаётся отдельно, функцией esp_netif_set_dns_info(). Пример protocols/static_ip в ESP-IDF показывает полный порядок действий.

Типичные схемы адресации

Ниже — примеры, а не правила: подсеть всегда берите из настроек своего роутера или у администратора сети.

• Домашняя сеть. Роутер раздаёт адреса по DHCP в своей подсети, часто это 192.168.0.0/24 или 192.168.1.0/24, сам роутер — шлюз. Устройству со статическим адресом выбирайте адрес из той же подсети, но вне пула DHCP роутера: иначе роутер рано или поздно выдаст этот адрес другому устройству.
• Прямое подключение к компьютеру. Без роутера и DHCP компьютер может назначить себе адрес 169.254.x.x по RFC 3927. Надёжнее задать обоим устройствам статические адреса из одной частной подсети, например 192.168.50.1/24 и 192.168.50.2/24; шлюз в такой сети не нужен.
• Промышленная сеть. Контроллеры, панели и модули ввода-вывода обычно получают статические адреса из отдельной частной подсети, выделенной под оборудование, а связь с офисной сетью идёт через маршрутизатор. Деление большой сети на подсети по участкам — поле «Разбить сеть на подсети»: 10.0.0.0/22, разбитая на /24, даёт четыре подсети по 254 узла.

Типичные ошибки

• Шлюз не из подсети устройства: например, адрес 192.168.1.50/24 и шлюз 192.168.0.1. Внутри подсети устройство работает, но ответить узлу из другой сети не может. Калькулятор проверяет это по второму адресу.
• Неверная маска: 255.255.0.0 вместо 255.255.255.0 делает «своими» адреса, которые на самом деле за роутером, и устройство пытается найти их через ARP в своём сегменте.
• Адрес сети или широковещательный адрес в качестве адреса узла: 192.168.1.0/24 или 192.168.1.255/24 — калькулятор предупредит.
• Один и тот же статический адрес на двух платах, прошитых одной прошивкой: адрес лучше брать из настроек или из MAC-адреса, а не из констант в коде.

Сколько данных пройдёт через интерфейс между микроконтроллером и Ethernet-модулем с учётом команд и пауз, можно оценить калькулятором полезной скорости в режиме SPI.