Опубликован: 03.02.2017 | Доступ: свободный | Студентов: 2263 / 603 | Длительность: 14:10:00
Лекция 8:

Формирование подсетей

< Лекция 7 || Лекция 8: 1234 || Лекция 9 >
Аннотация: Рассмотрена бесклассовая адресация IPv4с масками переменной длины, приведены примеры формирования подсетей разного размера, а также принципы суммирования адресов, объединение сетей.

8.1. Формирование подсетей IPv4

В "Адресация в IP-сетях" было показано, что при использовании адресации на основе полного класса (classfull) в сетях класса А может быть адресовано до (2^{24} - 2) узлов, класса В - (2^{16} - 2) узлов и класса С - 254 узла. Крупные сети характеризуются сложностью идентификации большого количества узлов, поэтому задачи динамического конфигурирования узлов возлагаются на серверы DHCP. Однако широковещательные запросы в больших сетях, например, при обращении к протоколам DHCP, ARP, требуют значительную полосу пропускания. Они создают дополнительную нагрузку на сеть и снижают ее производительность, поскольку широковещательные запросы должны обрабатываться всеми узлами сети. Кроме того, крупные сети характеризуются трудностями управления и обеспечения безопасности. Поэтому большие сети делят на подсети, в которых указанные проблемы проявляются в меньшей степени.

Серверам, маршрутизаторам, сетевым принтерам IP-адреса назначают администраторы вручную (статическая адресация).

Деление крупной сети на подсети обычно реализует маршрутизатор, каждый интерфейс которого подключен к своей непосредственно присоединенной сети (подсети). Для каждой подсети необходимо задать IP-адрес, причем, адресные пространства подсетей не должны перекрываться. Интерфейс маршрутизатора является шлюзом по умолчанию для всех конечных узлов непосредственно присоединенной локальной сети. Таким образом, взаимодействие узлов разных подсетей происходит через маршрутизатор.

Деление сети на подсети может реализовать и коммутатор, используя технологию виртуальных локальных сетей VLAN. Эти вопросы рассмотрены в лекции 17.

При проектировании подсетей необходимо учитывать:

  • географическое расположение конечных узлов, которые будут объединены в подсеть;
  • функциональная принадлежность узлов (учебный класс, деканат, и т.д.);
  • степень информационной безопасности.

Формирование подсетей внутри выделенного адресного пространства проводит администратор, используя бесклассовую (classless) адресацию, когда граница между сетевой и узловой частью проходит в произвольном месте IP-адреса. Например, администратору выделен адрес 198.11.163.0/24 класса С, т.е. выделено адресное пространство в 256 адресов, и ему необходимо создать 10 компьютерных подсетей по 12 узлов в каждой. Для адресации 10 подсетей потребуется 4 двоичных разряда адреса, и для адресации 12 узлов также потребуется 4 бита. Поэтому из узловой части адреса длиной в 8 бит будет заимствовано 4 старших бита для адресации подсетей. Оставшиеся 4 бита будут использоваться для адресации узлов.

Таким образом, маска сети должна иметь единицы в 28 = (24 + 4) старших двоичных разрядах и 4 нуля в младших, т.е. маска в двоичном коде будет - 11111111.11111111.11111111.11110000, а в десятичном коде - 255.255.255.240. В этом случае максимально может быть задано 16 подсетей по 14 узлов в каждой (табл. 8.1). В данном примере из 16 подсетей администратор использует 10, а оставшиеся 6 использоваться не будут.

Таблица 8.1. Адреса узлов и подсетей
№ подсети Адрес подсети Адреса узлов
1 198.11.163.0 198.11.163.1 - 198.11.163.14
2 198.11.163.16 198.11.163.17 - 198.11.163.30
3 198.11.163.32 198.11.163.33 - 198.11.163.46
10 198.11.163.144 198.11.163.145 - 198.11.163.158
16 198.11.163.240 198.11.163.241 - 198.11.163.254

Из 16 адресов, задаваемых узловой частью IP-адреса, самый первый адрес, содержащий все нулевые биты, будет являться номером сети. Последний адрес, содержащий в узловой части двоичные единицы, является широковещательным адресом в этой подсети. Поэтому для идентификации узлов остается 14 адресов. В их число входит и адрес шлюза по умолчанию.

Например, если задан адрес 198.11.163.83 с маской 255.255.255.240, то после логического умножения адреса на маску будет получен адрес подсети:

11000110.00001011.10100011.01010011
11111111.11111111.11111111.11110000
11000110.00001011.10100011.01010000.

В узловой части адреса подсети 11000110.00001011.10100011.01010000 - все нули. Старшие четыре бита последнего октета содержат значение 80 (в двоичной форме - 11000110.00001011.10100011.01010000), т.е. номер подсети 198.11.163.80/28, а номер узла - равен 3 (0011) в этой подсети. Если в узловой части адреса все единицы (11000110.00001011.10100011.01011111), то это будет широковещательный адрес 198.11.163.95 в сети 198.11.163.80/28.

В вышеприведенном примере адреса подсетей 198.11.163.0, 198.11.163.16, …, 198.11.163.80, …, 198.11.163.240 идут через 16 = 2^4 (значение младшего разряда сетевой части IP-адреса).

С помощью маски 255.255.255.224 (префикс /27) в адресном пространстве 198.11.163.0/24 можно сформировать 8 подсетей по 30 узлов в каждой, а с помощью маски 255.255.255.248 (префикс /29) можно задать 32 подсети по 6 узлов. Используя маски разной длины, администратор может формировать подсети разного размера в пределах выделенного адресного пространства. Таким образом, маски переменной длины (Variable-Length Subnet Mask - VLSM) позволяют создавать подсети разного размера, гибко задавая границы между полем адреса сети и полем адреса узла. Технология VLSM позволяет использовать больше чем одну маску подсети в пределах выделенного адресного пространства.

Например, для формирования сетей по 30 узлов в каждой требуется 27 разрядов маски, содержащих единицы, а для создания сети, соединяющей пару маршрутизаторов (точка - точка), требуется всего два адреса. Однако в сетях "точка - точка" еще один адрес необходим для номера сети, и один адрес - для широковещательной рассылки. Таким образом, при маске в 30 двоичных разрядов (префикс /30) два младших разряда адреса позволяют сформировать 4 адреса, из которых 1-й используется для адреса сети, 2-ой и 3-й - для адресации узлов, а 4-й - в качестве широковещательного адреса.

В примере ( рис. 8.1, табл. 8.2), адресное пространство 192.168.100.0/24 использовано для создания 4 подсетей по 32 адреса в каждой (30 узлов, адрес подсети, широковещательный адрес), т.е. маска имеет единицы в 27 старших двоичных разрядах (префикс /27).

Пример использования масок переменной длины

Рис. 8.1. Пример использования масок переменной длины
Таблица 8.2. Формирование подсетей и субподсетей
Номер подсети Адрес подсети Префикс Число узлов подсети
Подсеть 0 192.168.100.0 27 30
Подсеть 1 192.168.100.32 27 30
Подсеть 2 192.168.100.64 27 30
Подсеть 3 192.168.100.96 27 30
Подсеть 4 192.168.100.128 27 30
Подсеть 5 192.168.100.160 27 30
Подсеть 6 192.168.100.192 27 Используется для формирования субподсетей
Субподсеть 0 192.168.100.192 30 2
Субподсеть 1 192.168.100.196 30 2
Субподсеть 2 192.168.100.200 30 2
Субподсеть 3 192.168.100.204 30 2
Субподсеть 4 192.168.100.208 30 2
Субподсеть 5 192.168.100.212 30 2
Субподсеть 6 192.168.100.216 30 2
Субподсеть 7 192.168.100.220 30 2
Подсеть 7 192.168.100.224 27 30

Оставшиеся 4 блока адресов по 32 адреса в каждом могут быть использованы администратором по его усмотрению. В приведенном примере подсеть 6 разделена на субподсети для адресации соединений "точка - точка". При этом используется маска, содержащая не 27 единиц, а - 30 единиц (префикс /30).

Таким образом, за счет использования VLSM может быть сформировано 7 подсетей с числом узлов до 30 и восемь субподсетей с числом узлов 2. Каждая из субподсетей имеет диапазон адресов, используемых для связей "точка-точка". В схеме распределенной составной сети ( рис. 8.1) четыре локальных сети (192.168.100.0/27, 192.168.100.32/27, 192.168.100.64/27, 192.168.100.96/27)и три сети соединений "точка-точка".

Таким образом, маски переменной длины VLSM позволяют создавать подсети разного размера. Например, сеть 198.11.163.0/24 может быть разбита на десять подсетей: две подсети по 62 узла в каждой, две подсети по 30 узлов, 2 подсети по 14 узлов и 4 подсети по 6 узлов в каждой (табл. 8.3).

Таблица 8.3. Формирование подсетей с использованием масок переменной длины
№ подсети Маска Адрес подсети Число узлов Адреса узлов
1 255.255.255.192 198.11.163.0 62 198.11.163.1 - 198.11.163.62
2 255.255.255.192 198.11.163.64 62 198.11.163.65 - 198.11.163.126
3 255.255.255.224 198.11.163.128 30 198.11.163.129 - 198.11.163.158
4 255.255.255.224 198.11.163.160 30 198.11.163.161 - 198.11.163.190
5 255.255.255.240 198.11.163.192 14 198.11.163.193 - 198.11.163.206
6 255.255.255.240 198.11.163.208 14 198.11.163.209 - 198.11.163.222
7 255.255.255.248 198.11.163.224 6 198.11.163.225 - 198.11.163.230
8 255.255.255.248 198.11.163.232 6 198.11.163.233 - 198.11.163.238
9 255.255.255.248 198.11.163.240 6 198.11.163.241 - 198.11.163.246
10 255.255.255.248 198.11.163.248 6 198.11.163.249 - 198.11.163.254

Соответственно маски будут иметь размер: /26 - для первых двух подсетей, /27 - для третьей и четвертой подсети, /28 - для пятой и шестой, /29 - для четырех последних подсетей. Естественно, что могут быть реализованы и другие варианты деления сети на подсети и субподсети.

Важно помнить, что только неиспользованные подсети могут далее делиться на субподсети. Если какой-то адрес подсети уже используется, то подсеть на субподсети далее делиться не может.

На рис. 8.2 представлен еще один пример формирования подсетей с префиксом /26 из адреса 172.16.32.0/23:

  1. 172.16.32.0/26; - 10101100.00010000.00100000.00000000
  2. 172.16.32.64/26; - 10101100.00010000.00100000.01000000
  3. 172.16.32.128/26; - 10101100.00010000.00100000.10000000
  4. 172.16.32.192/26; - 10101100.00010000.00100000.11000000
Использование подсетей и субподсетей

Рис. 8.2. Использование подсетей и субподсетей

В приведенном примере одну из подсетей, например 172.16.33.0/26, разделили на субподсети с маской в 30 единичных разрядов.

Не все протоколы маршрутизации поддерживают технологию VLSM, например, первая версия протокола RIPv1 не поддерживает маски переменной длины. Маскирование переменной длины VLSM поддерживают протоколы Open Shortest Path First (OSPF), Integrated IS-IS, Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP), протокол второй версии RIPv2, а также статическая маршрутизация.

При проектировании подсетей особое внимание необходимо уделить плану выделения адресов с тем, чтобы диапазоны адресов подсетей не пересекались. На рис. 8.3 приведен пример сети, состоящей из 7 подсетей с масками переменной длины. На схеме у всех локальных подсетей (Подсеть 4 - Подсеть 7) шлюзу по умолчанию назначен первый адрес в сети. Иногда шлюзу по умолчанию назначают последний адрес в локальной сети. При указании адресов интерфейсов и конечных узлов на схеме приведены только значения последнего октета (в десятичной системе). Конечным узлам заданы наименьший и наибольший адреса. Для соединений между маршрутизаторами использована маска 255.255.255.252, т.е. префикс /30.

Пример сети, состоящей из 7 подсетей

Рис. 8.3. Пример сети, состоящей из 7 подсетей

Если бы в приведенной схеме сети ( рис. 8.3) для каждой подсети использовался бы адрес полного класса, например С, то для 7 подсетей потребовался бы объем адресного пространства 7 \times 256 = 1792 номеров, причем, большая часть адресов оставалась бы неиспользованной. Следовательно, использование масок переменной длины VLSM предоставляет эффективное средство экономии дефицитных IPv4-адресов.

< Лекция 7 || Лекция 8: 1234 || Лекция 9 >
Игорь Курьянов
Игорь Курьянов

 Поэтому протоколы сетевого уровня и выше инвариантны к сетевой физической среде.

Николай Дулевский
Николай Дулевский

Почему столько граматических ошибок в тексте? Их очень много ошибок слитного написания текста, проверьте пожалуйста текст на наличие данных ошибок и исправьте их...