1. 8.1. Формування підмереж IPv4

Анотація: Розглянуто безкласова адресація IPv4с масками змінної довжини, наведені приклади формування підмереж різного розміру, а також принципи підсумовування адрес, об'єднання мереж.

8.1. Формування підмереж IPv4

В "Адресація в IP-мережах" було показано, що при використанні адресації на основі повної класу (classfull) в мережах класу А може бути адресовано до ( ) Вузлів, класу В - ( ) Вузлів і класу С - 254 вузла. Великі мережі характеризуються складністю ідентифікації великої кількості вузлів, тому завдання динамічного конфігурування вузлів покладаються на сервери DHCP. Однак широкомовні запити в великих мережах, наприклад, при зверненні до протоколів DHCP, ARP, вимагають значну смугу пропускання. Вони створюють додаткове навантаження на мережу і знижують її продуктивність, оскільки широкомовні запити повинні оброблятися всіма вузлами мережі. Крім того, великі мережі характеризуються труднощами управління та забезпечення безпеки. Тому великі мережі ділять на підмережі, в яких зазначені проблеми проявляються в меншому ступені.

Серверів, маршрутизаторів, мережевих принтерів IP-адреси призначають адміністратори вручну (статична адресація).

Розподіл великої мережі на підмережі зазвичай реалізує маршрутизатор, кожен інтерфейс якого підключений до своєї безпосередньо приєднаної мережі (підмережі). Для кожної підмережі необхідно задати IP- адреса, причому, адресні простори підмереж не повинні перекриватися. Інтерфейс маршрутизатора є шлюзом за замовчуванням для всіх кінцевих вузлів безпосередньо приєднаної локальної мережі. Таким чином, взаємодія вузлів різних підмереж відбувається через маршрутизатор.

Розподіл мережі на підмережі може реалізувати і комутатор, використовуючи технологію віртуальних локальних мереж VLAN. Ці питання розглянуті в лекції 17.

При проектуванні підмереж необхідно враховувати:

• географічне розташування кінцевих вузлів, які будуть об'єднані в підмережа;
• функціональна приналежність вузлів (навчальний клас, деканат, і т.д.);
• ступінь інформаційної безпеки.

Формування підмереж всередині виділеного адресного простору проводить адміністратор, використовуючи безкласову (classless) адресацію, коли межа між мережевий і вузловий частиною проходить в довільному місці IP-адреси. Наприклад, адміністратору виділений адреса 198.11.163.0/24 класу С, тобто виділено адресний простір в 256 адрес, і йому необхідно створити 10 комп'ютерних підмереж по 12 вузлів в кожній. Для адресації 10 підмереж потрібно 4 двійкових розряди адреси, і для адресації 12 вузлів також буде потрібно 4 біта. Тому з вузловий частини адреси довжиною в 8 біт буде запозичено 4 старших біта для адресації підмереж. Решта 4 біта будуть використовуватися для адресації вузлів.

Таким чином, маска мережі повинна мати одиниці в 28 = (24 + 4) старших довічних розрядах і 4 нуля в молодших, тобто маска в двійковому коді буде - 11111111.11111111.11111111.11110000, а в десятковому коді - 255.255.255.240. У цьому випадку максимально може бути задано 16 підмереж по 14 вузлів в кожній ( табл. 8.1 ). В даному прикладі з 16 підмереж адміністратор використовує 10, а решта 6 використовуватися не будуть.

Таблиця 8.1. Адреси вузлів і підмереж № підмережі Адреса підмережі адреси вузлів 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

З 16 адрес, що задаються вузловий частиною IP-адреси, найперший адреса, що містить всі нульові біти, буде номером мережі. Остання адреса, що містить в вузловий частини виконавчі одиниці, є широкомовною адресою в цій підмережі. Тому для ідентифікації вузлів залишається 14 адрес. У їх число входить і адреса шлюзу.

Наприклад, якщо задано адресу 198.11.163.83 з маскою 255.255.255.240, то після логічного множення адреси на маску буде отримано адресу підмережі:

11000110.00001011.10100011.01010011 11111111.11111111.11111111.11110000 11000110.00001011.10100011.01010000.

В вузловий частини адреси підмережі 11000110.00001011.10100011.0101 0000 - всі нулі. Старші чотири біта останнього октету містять значення 80 (в двійковій формі - 11000110.00001011.10100011. 0101 = 0000), тобто номер підмережі 198.11.163.80/28, а номер вузла - дорівнює 3 (0011) в цій підмережі. Якщо в вузловий частини адреси все одиниці (11000110.00001011.10100011.0101 1111), то це буде широкомовний адресу 198.11.163.95 в мережі 198.11.163.80/28.

У наведеному вище прикладі адреси підмереж 198.11.163.0, 198.11.163.16, ..., 198.11.163.80, ..., 198.11.163.240 йдуть через (Значення молодшого розряду мережевий частини IP-адреси).

За допомогою маски 255.255.255.224 (префікс / 27) в адресному просторі 198.11.163.0/24 можна сформувати 8 підмереж по 30 вузлів в кожній, а за допомогою маски 255.255.255.248 (префікс / 29) можна задати 32 підмережі по 6 вузлів. Використовуючи маски різної довжини, адміністратор може формувати підмережі різного розміру в межах виділеного адресного простору. Таким чином, маски змінної довжини (Variable-Length Subnet Mask - VLSM) дозволяють створювати підмережі різного розміру, гнучко задаючи кордону між полем адреси мережі і полем адреси вузла. Технологія VLSM дозволяє використовувати більше ніж одну маску підмережі в межах виділеного адресного простору.

Наприклад, для формування мереж по 30 вузлів в кожній потрібно 27 розрядів маски, що містять одиниці, а для створення мережі, що з'єднує пару маршрутизаторів (точка - точка), потрібно всього дві адреси. Однак в мережах "точка - точка" ще одну адресу необхідний для номера мережі, і один адреса - для широкомовної розсилки. Таким чином, при масці в 30 двійкових розрядів (префікс / 30) два молодших розряду адреси дозволяють сформувати 4 адреси, з яких 1-й використовується для адреси мережі, 2-ий і 3-й - для адресації вузлів, а 4-й - як широкомовної адреси.

У прикладі ( Мал. 8.1 , табл. 8.2 ), Адресний простір 192.168.100.0/24 використано для створення 4 підмереж по 32 адреси в кожній (30 вузлів, адреса підмережі, широкомовна адреса), тобто маска має одиниці в 27 старших довічних розрядах (префікс / 27).

Мал.8.1.

Приклад використання масок змінної довжини Таблиця 8.2. Формування підмереж і субподсетей Номер підмережі Адреса підмережі Префікс Число вузлів підмережі Підмережа 0 192.168.100.0 27 30 Підмережа 1 192.168.100.32 27 30 Підмережа 2 192.168.100.64 27 30 Підмережа 3 192.168.100.96 27 30 Підмережа 4 192.168.100.128 27 30 Підмережа 5 192.168 .100.160 27 30 Підмережа 6 192.168.100.192 27 Використовується для формування 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 Підмережа 7 192.168.100.224 27 30

Решта 4 блоки адрес по 32 адреси в кожному можуть бути використані адміністратором на його розсуд. У наведеному прикладі підмережа 6 розділена на субподсеті для адресації з'єднань "точка - точка". При цьому використовується маска, яка містить не 27 одиниць, а - 30 одиниць (префікс / 30).

Таким чином, за рахунок використання VLSM може бути сформовано 7 підмереж з числом вузлів до 30 і вісім субподсетей з числом вузлів 2. Кожна з субподсетей має діапазон адрес, використовуваних для зв'язків "точка-точка". У схемі розподіленої складовою мережі ( Мал. 8.1 ) Чотири локальних мережі (192.168.100.0/27, 192.168.100.32/27, 192.168.100.64/27, 192.168.100.96/27)и три мережі з'єднань "точка-точка".

Таким чином, маски змінної довжини VLSM дозволяють створювати підмережі різного розміру. Наприклад, мережа 198.11.163.0/24 може бути розбита на десять підмереж: дві підмережі по 62 вузла в кожній, дві підмережі по 30 вузлів, 2 підмережі по 14 вузлів і 4 підмережі по 6 вузлів в кожній ( табл. 8.3 ).

Таблиця 8.3. Формування підмереж з використанням масок змінної довжини № підмережі Маска Адреса підмережі Число вузлів Адреси вузлів 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

Відповідно маски будуть мати розмір: / 26 - для перших двох підмереж, / 27 - для третьої і четвертої підмережі, / 28 - для п'ятої та шостої, / 29 - для чотирьох останніх підмереж. Природно, що можуть бути реалізовані і інші варіанти розподілу мережі на підмережі і субподсеті.

Важливо пам'ятати, що тільки невикористані підмережі можуть далі ділитися на субподсеті. Якщо якусь адресу підмережі вже використовується, то підмережа на субподсеті далі ділитися не може.

на Мал. 8.2 представлений ще один приклад формування підмереж з префіксом / 26 з адреси 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

Використання підмереж і субподсетей

У наведеному прикладі одну з підмереж, наприклад 172.16.33.0/26, розділили на субподсеті з маскою в 30 одиничних розрядів.

Не всі протоколи маршрутизації підтримують технологію VLSM, наприклад, перша версія протоколу RIPv1 не підтримує маски змінної довжини. Маскування змінної довжини VLSM підтримують протоколи Open Shortest Path First (OSPF), Integrated IS-IS, Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP), протокол другої версії RIPv2, а також статична маршрутизація.

При проектуванні підмереж особливу увагу необхідно приділити плану виділення адрес з тим, щоб діапазони адрес підмереж не перетиналися. на Мал. 8.3 наведено приклад мережі, що складається з 7 підмереж з масками змінної довжини. На схемі у всіх локальних підмереж (Підмережа 4 - Підмережа 7) шлюзу за замовчуванням призначений перший адресу в мережі. Іноді шлюзу за замовчуванням призначають остання адреса в локальній мережі. При вказівці адрес інтерфейсів і кінцевих вузлів на схемі наведені тільки значення останнього октету (в десятковій системі). Кінцевим вузлам задані найменший і найбільший адреси. Для з'єднань між маршрутизаторами використана маска 255.255.255.252, тобто префікс / 30.

Приклад мережі, що складається з 7 підмереж

Якби в наведеній схемі мережі ( Мал. 8.3 ) Для кожної підмережі використовувався б адреса повного класу, наприклад С, то для 7 підмереж потрібен був би обсяг адресного простору номерів, причому, велика частина адрес залишалася б невикористаною. Отже, використання масок змінної довжини VLSM надає ефективний засіб економії дефіцитних IPv4-адрес.