ebben a cikkben az IP-címzést és az alhálózatokat vizsgáljuk, és bemutatjuk, hogyan lehet ezeket az értékes információkat valós forgatókönyvekre alkalmazni. Az alhálózati maszk kiszámításának módját a host és az alhálózati képletek segítségével tárgyaljuk. De mielőtt továbblépnénk, két kulcsfontosságú kérdésre kell válaszolnunk.

mi az alhálózat?

az internetszolgáltatók IP-címtartományokat rendelnek a szervezetekhez a szervezetek által igényelt hálózatok és gazdagépek vagy végpontok lehetséges száma alapján. Ma az allokációk az osztály nélküli Tartományközi útválasztás (CIDR) hozzárendelési módszert követik. A szervezet ezután felosztja a kiosztott címteret kisebb allokációkra a szervezeten belüli egyes alhálózatokhoz, az alhálózatnak nevezett folyamat segítségével. Az alhálózatok eredménye az alhálózatok számának növekedése, míg a használható host IP-címek száma csökken. Minden alhálózat IP alhálózatként ismert.

miért érdemes alhálózatot használni?

az alhálózatok lehetővé teszik a hozzárendelt hálózati címek kisebb, hatékony allokációkra bontását, amelyek jobban megfelelnek a szervezeten belüli egyes hálózatoknak. Például két útválasztó közötti pont-pont WAN kapcsolatnak csak két címre van szüksége, míg egy LAN szegmensnek számos gazdagépet kell támogatnia, például szervereket, munkaállomásokat, laptopokat és Wi-Fi-vel csatlakoztatott mobil eszközöket.

az alhálózatok és az útvonal-összesítés együttesen hatékonyabbá teszik az útválasztókat az útválasztási táblák méretének csökkentésével. A rendeltetési helytől távol eső útválasztóknak nincs szükségük sok címzési részletre, így az útvonalak nagy mértékben összefoglalhatók. De ahogy a csomagok közelebb kerülnek a célhálózathoz, az útválasztóknak több helyi útválasztási információra lesz szükségük, például a helyi alhálózati maszkra. Ha a maszkot a csomag célcímére alkalmazza, az útválasztók meghatározhatják, hogy melyik hálózati szegmens tartalmazza a célállomást, és megfelelően kézbesítik a csomagot.

ezután tekintsünk át néhány háttérinformációt, beleértve azt is, hogy a hálózati rendszergazdáknak mit kell tudniuk az IP-címzésről és az alhálózatokról. Javasoljuk, hogy kezdje az IP-címzés és az alhálózatok néhány alapvető elemének áttekintésével:

• az IP-címeknek egyedinek kell lenniük az interneten nyilvános IP-címek használata esetén, valamint magánhálózaton privát IP-címek használata esetén.
• az IPv4 címek 32 bitek, amelyek négy, egyenként 8 bites oktettből állnak. Az alhálózati maszk kiszámításához alakítson át egy IP-címet binárisra, hajtsa végre a számítást, majd konvertálja vissza az IPv4 decimális számábrázolásra, amelyet pontozott quadnak neveznek. Ugyanez az alhálózati eljárás működik az IPv6-címeknél is.
• egy alhálózati maszk megmondja a számítógépnek, hogy az IP-cím melyik része a cím hálózati része, és melyik része azonosítja a gazdagép címtartományát, amelyek az adott hálózaton lévő gazdagépekhez vannak hozzárendelve. Egy hosszabb alhálózati maszk-ami több 1 bitet jelent a maszkban-több IP-alhálózatot hoz létre, amelyek kisebb gazdagép-címblokkmérettel rendelkeznek.
• az alhálózatok egy nagy hálózatot kisebb hálózatokra bontanak az alhálózati maszk hosszának meghosszabbításával. Ez növeli az alhálózatok számát, miközben csökkenti az alhálózatonkénti gazdagépek számát. A szervezetek általában több különböző alhálózati maszkot használnak különböző méretű hálózatokhoz. Például egy pont-pont kapcsolat csak két eszközzel 31 bites maszkot használna. Az irodai LAN vagy az adatközponti LAN azonban rövidebb alhálózati maszkot használna, amely több gazdagépet tesz lehetővé. Az alhálózatok száma és mérete közötti kompromisszum meghatározása az alábbiakban olvasható.
• manapság szinte kizárólag osztály nélküli IP-címeket használnak változó hosszúságú alhálózati maszkokkal, és az osztályos IP-címeket-amelyek A osztályú hálózatként, B osztályú hálózatként vagy C osztályú hálózatként ismertek-csak tanúsítási teszteléshez vagy régebbi útválasztási protokollokhoz használják.
• az alapértelmezett átjáró egy olyan eszköz, általában egy útválasztó, ahol a gazdagépek olyan csomagokat küldenek, amelyek nem a helyi LAN-on lévő eszközre vonatkoznak. Az eszköz ismét tudja, hogy mi van és mi nem a helyi LAN-on, a hozzárendelt alhálózati maszk segítségével összehasonlítja a helyi IP-címét és alhálózatát a cél IP-címével és alhálózatával.
• a privát IP-címeket, más néven Megjegyzés kérése 1918-as címeket manapság a legtöbb hálózat használja. Ezeket a speciális IP-címeket nem lehet az Interneten keresztül továbbítani, és nyilvános IP-címekre kell lefordítani, amikor ezeknek az eszközöknek az internethez kell beszélniük, akár proxy szerveren, akár Portcímfordításon keresztül.

most többet megtudhatunk az IP-címzésről és az alhálózatról, valamint arról, hogy ezek hogyan vonatkoznak a valós hálózatra.

a gazdagép képletének használata

a hálózat kialakításakor gyakori, valós kérdés: “Milyen alhálózati maszkra van szükségem a hálózatomhoz?”A kérdés megválaszolásához tanuljuk meg, hogyan kell használni a gazda képletét.

a gazdagép képlete megmondja, hogy hány gazdagép engedélyezett egy bizonyos alhálózati maszkkal rendelkező hálózaton. A gazda képlete 2h – 2. A h az alhálózati maszkban lévő 0-k számát jelöli, ha az alhálózati maszkot binárisra konvertálták. Az első és az utolsó cím fenntartva: az első azonosítja a hálózatot, és az utolsó, amelyet sugárzási címként használnak.

1.lépés. Keresse meg a gazdagép tartományát

a gazdagép képletének használatához először nézzünk meg egy egyszerű példát. Tegyük fel, hogy a 192.168.0.0 IP-címtartományt kívánja használni. Jelenleg van egy kis hálózati alhálózata 20 gazdagéppel. Ez a hálózat azonban a következő évben 300 gazdagépre fog növekedni, és a jövőben több hasonló méretű helyet tervez, és lehetővé kell tennie számukra, hogy kommunikáljanak ezen a címterületen.

egyetlen hálózati alhálózattal és csak 20 gazdagéppel a legegyszerűbb dolog az lenne, ha a 255.255.255.0-t használnánk alhálózati maszkként. Ez azt jelentené, hogy lenne 192.168.0.1 keresztül 192.168.0.254 a házigazdák. A 192.168.0.0 cím a hálózati alhálózati azonosító, a 192.168.0.255 cím pedig a hálózati sugárzási cím számára van fenntartva.

2.lépés. Konvertálás binárisra

mielőtt úgy döntene, hogy használja ezt az alhálózati maszkot, alkalmazzuk rá a gazdagép képletét. A gazdagép képletének ebben a forgatókönyvben történő használatához a 255.255.255 alhálózati maszkot kell használni.0 és konvertálja binárisra. Ez adna: 111111111 11111111 11111111 00000000.

mint látható, nyolc 0 van az alhálózati maszkban. Ha ezt a gazdagép képletével szeretné használni, akkor kiszámítja a 28 – 2 értéket. Ez 256 mínusz a 2 fenntartott cím, vagy 254. Tehát a megadott alhálózati maszkkal 254 használható gazdagépet kap. Ez most megfelelne a 20 felhasználós hálózatának, de nem támogatja a jövőbeni hálózat bővítését 300 gazdagépre.

3.lépés. Számítsa ki az alhálózatonkénti összes állomás számát

előre kell terveznie, és az első alkalommal válassza ki a legjobb alhálózati maszkot. Ez megakadályozza, hogy később vissza kelljen térnie a hálózat összes IP-címének megváltoztatásához. Az 1s hozzáadása az alhálózati maszkhoz azt jelenti, hogy hálózati alhálózatonként kevesebb gazdagépet kap,de több hálózati alhálózatot. Ha eltávolítja az 1S-t az alhálózati maszkból, hálózatonként több gazdagépet kap, de kevesebb hálózatot. Ez utóbbi az, amit tennünk kell.

ehhez vegyük el az 1-esek egyikét, hogy elkészítsük az alhálózati maszkot:

11111111 11111111 11111110 0000000

tizedes számban vagy pontozott quad ábrázolásban ez 255.255.254.0.

ez azt jelenti, hogy kilenc 0s van az alhálózati maszk gazdagéprészében. Ahhoz, hogy a gazdagép képletét ezzel az alhálózati maszkkal alkalmazzuk, kiszámítjuk a 29 – 2 értéket. A használható host IP-címek száma 512 mínusz 2 vagy 510. Ez mindenképpen megfelelne egy 20 felhasználós hálózatnak most és a jövőben, valamint a 300 házigazda elvárásainak.

figyelembe véve ezt az információt, tudjuk, hogy a hálózat leghatékonyabb alhálózati maszkja a 255.255.254.0. Az egyes alhálózatok érvényes gazdagép-címtartományát két tartományként kell írni, a címek pontozott quadként történő írásának korlátai miatt. Az első IP-alhálózat a 192.168.0.1-192.168.0.255 és a 192.168.1.0-192.168.1.254. Vegye figyelembe, hogy a 192.168.0.0 azonosítja az alhálózatot, a 192.168.1.255 pedig a hálózati sugárzási címet.

így érkezik meg az összesen 510 használható gazdagép.

4.lépés. Számítsa ki az alhálózatok számát

most, hogy megértette a gazdagép képletét, ismernie kell az alhálózat képletét is, amely biztosítja, hogy a megfelelő alhálózati maszk legyen a meglévő alhálózatok számához. Csak azért, mert a gazdagép képletével meghatározza, hogy megfelelő számú gazdagép van a LAN-hoz, még nem jelenti azt, hogy elegendő alhálózata lesz a hálózatához. Lássuk, hogyan működik az alhálózat képlete.

az alhálózat képlete 2s, ahol s az alhálózati maszkhoz hozzáadott 1s száma, bármi is legyen az alhálózati maszk. Vegyük ugyanazt a példát, mint fent, de építsünk rá.

a network 192.168.0.0 használatával 100 távoli webhelyet várunk, mindegyik 300 PC-vel. Milyen alhálózati maszkot használjunk? Utolsó példánkban azt találtuk, hogy a 255.255.254.0 alhálózati maszk alhálózatonként 510 gazdagépet biztosított. Ez több mint elegendő volt 300 számítógép támogatásához, de ugyanaz az alhálózati maszk legalább 100 távoli webhely hálózatát biztosítja? Derítsük ki.

5.lépés. Ellenőrizze az alhálózatok teljes számát

az alhálózatok számát úgy találja meg, hogy megszámolja azokat a biteket, amelyekkel a kezdeti maszkot meghosszabbították, más néven alhálózati biteket. A kezdeti címkiosztásunk 192.168.0.0 volt, 255.255.0.0 maszkkal. A gazdagép képletével 255.255.254.0 alhálózati maszkot választottunk ki. Hasonlítsuk össze a két maszkot és számoljuk meg az alhálózati biteket.

alakítsunk át binárisra:

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

az új maszk hét alhálózati bitet használ. Az alhálózat képletét használva ez 27 = 128 hálózatot adna nekünk. Ez legalább 100, tehát elegendő alhálózatunk van 100 távoli hálózathoz. Ez azt jelenti, hogy megtaláltuk a megfelelő alhálózati maszkot a hálózatunkhoz. Az alhálózati maszkot binárisról decimálisra konvertáljuk, és 255.255.254.0-t kapunk.

az alhálózati bitek hozzáadásakor az alhálózatok száma kétszeresére nő, az alhálózatonkénti gazdagépek száma pedig kettőre csökken. Az alábbi táblázat az alhálózatok és gazdagépek számát mutatja az IPv4-cím harmadik oktettjében lévő nyolc maszkbit mindegyikéhez.

változó hosszúságú alhálózatok

a legtöbb hálózat különböző méretű alhálózatokat igényel, amelyeket néha változó hosszúságú alhálózati maszkoknak neveznek. Ez könnyen megvalósítható a nagyobb alhálózatok egyikével – egy rövidebb maszkkal rendelkező alhálózattal-és az alhálózati algoritmus alkalmazásával. Ezt változó hosszúságú alhálózatnak nevezik, mivel a hálózatnak több különböző hosszúságú alhálózati maszkja lesz.

a példát felülről kiterjesztve tegyük fel, hogy a 100 webhely többségének két pont-pont WAN hivatkozásra vagy 200 alhálózatra van szüksége, mindegyik két gazdagéppel-egy router a link mindkét végén. A 255.255.254.0 alhálózati maszkkal kezdjük. A gazdagép képletének felhasználásával két gazdagép bitre van szükségünk(22 – 2 = 4 – 2 = 2). Az alhálózati maszk kiterjesztése a következőket eredményezi binárisan:

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

az alhálózati maszk hét bittel bővült. Az alhálózat 2S képletét használva 27 = 128 alhálózatunk van. Ez nem elég az összes WAN linkünkhöz, ezért ugyanezt tesszük egy másik nagy alhálózattal is. Ha fenntartjuk a felső két nagy alhálózatot a WAN-kapcsolatok alhálózatához, akkor elegendő kapacitásunk lenne 256 pont – pont kapcsolathoz.

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

ugyanez a folyamat akkor használható, ha sok kis távoli webhelyünk van, amelyeknek minden webhelyen kevés házigazdája van, például egy kiskereskedelmi üzletben.

fontos, hogy az alhálózatokat olyan módon rendelje hozzá a webhelyekhez, amely lehetővé teszi a címek összegzését, ami csökkenti az útválasztási táblázat méretét és növeli az útválasztó hatékonyságát.

osztály nélküli Tartományközi útválasztás

a CIDR megszünteti az IPv4 címek eredeti osztályos megjelölését. Lehetővé teszi, hogy egyetlen hálózati előtag és maszk több hálózat összesítését képviselje. Ezt szupernettálásnak is nevezik. A CIDR cím ábrázolása leegyszerűsíti a cím és a maszk ábrázolását. A CIDR támogatja a hálózati összesítést és a címösszegzést is.

CIDR jelölés hozzáfűziaz alhálózati maszkbitek számát A hálózati címhez. Ahelyett, hogy a címet és a maszkot pontozott jelöléssel írnánk, csatolunk egy perjelet ( / ) és az alhálózati maszkban lévő bitek számát. Előző példánkban 100 alhálózatról, amelyek egyenként több mint 300 gazdagépet támogatnak, azt tapasztaljuk, hogy az alhálózati maszk 23 bitet tartalmaz.

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

a

alhálózati előtag kiszámítása az útválasztók a folyamat részeként kiszámítják az alhálózati címet, hogy meghatározzák, melyik interfészt kell használni a csomagok rendeltetési helyre történő továbbításához. Ebben a folyamatban egy bináris és műveletet hajtanak végre egy címen és annak maszkján. Az eredmény az alhálózati előtag, amely eltávolítja az összes gazdagép bitet. Az útválasztó a hálózati előtagot használja az előtaghoz legjobban illeszkedő útválasztási tábla bejegyzésének megkereséséhez – a leghosszabb egyezéshez vagy az alapértelmezett útvonalhoz. A csomagot a legjobb egyezési előtaghoz társított felületen továbbítják.

a fenti hálózati diagramban tegyük fel, hogy az R1 egy 192.168.5.19-nek címzett csomagot kap, amely az R2 LAN-jához csatlakozik. A maszk és a cím közötti bináris és művelet segítségével határozza meg az útvonal előtagot, amelyet fel kell keresni az útválasztási táblában:

192.168.5.19 = 11000000 10101000 00000101 00010011
255.255.254.0 = 11111111 11111111 11111110 00000000
192.168.4.0 = 11000000 10101000 00000100 00000000

az R1 megtalálja a 192.168.4.0-t az útválasztási táblázatban, és továbbítja a csomagot az S0 interfészen keresztül az R2-hez. Az R2 ugyanazt az előtag-számítást végzi, és meghatározza, hogy a csomagot az E0 interfészen kell elküldenie, és hogy ez egy helyi kézbesítés az 5.19-es gazdagépnek.

nagyszabású hálózati tervezés

a való világban valószínűleg soha nem lesz esélye egy ilyen nagy hálózat tervezésére a semmiből. A nagyszabású Hálózattervezési készségek azonban különféle okokból értékesek:

• egy már megvalósított nagyméretű hálózat alhálózatának megértése;
• annak megértése, hogy milyen hatással lesz a hálózat, az IP-címzés és az alhálózatok módosítása; és
• egy tanúsítási teszt során bizonyítani, hogy megérti az IP-címzést és az alhálózatot, és alkalmazhatja őket-a Cisco Certified Network Associate-hez hasonló tanúsítványok megkövetelik, hogy ezeket a készségeket alkalmazza és kiszámítsa az IP-címzést számológép nélkül.

fontos megérteni az alhálózatokat, és képesnek kell lennie a maszkok, a gazdagéptartományok és az alhálózatok hosszú távú kiszámítására, de gyakran ellenőrizzük számításainkat egy alhálózati számológéppel.