w tym artykule zbadamy adresowanie IP i podsieci oraz pokażemy, jak zastosować te cenne informacje do rzeczywistych scenariuszy. Zajmujemy się obliczaniem maski podsieci za pomocą formuł hosta i podsieci. Zanim jednak przejdziemy dalej, powinniśmy odpowiedzieć na dwa kluczowe pytania.

co to jest podsieci?

dostawcy usług internetowych przydzielają zakresy adresów IP organizacjom na podstawie potencjalnej liczby sieci i hostów lub punktów końcowych, których wymagają organizacje. Obecnie alokacje są zgodne z Bezklasową metodą przypisywania routingu między domenami (CIDR). Następnie organizacja dzieli przydzieloną przestrzeń adresową na mniejsze przydziały dla każdej podsieci w organizacji, za pomocą procesu zwanego podsieciowaniem. Wynikiem podsieci jest wzrost liczby podsieci, podczas gdy zmniejsza się liczba użytecznych adresów IP hosta. Każda podsieć jest znana jako podsieć IP.

dlaczego warto używać podsieci?

podsieć umożliwia podział przypisanych adresów sieci na mniejsze, wydajne alokacje, które są bardziej odpowiednie dla każdej sieci w organizacji. Na przykład połączenie punkt-punkt Wan między dwoma routerami wymaga tylko dwóch adresów, podczas gdy segment LAN może wymagać obsługi wielu hostów, takich jak serwery, stacje robocze, laptopy i urządzenia mobilne podłączone do sieci Wi-Fi.

łączenie podsieci i sumowanie tras działają razem, aby zwiększyć wydajność routerów poprzez zmniejszenie rozmiaru tabel routingu. Routery oddalone od miejsca docelowego nie potrzebują zbyt wielu szczegółów adresowania, więc trasy można w dużym stopniu podsumować. Jednak gdy pakiety zbliżają się do sieci docelowej, routery będą potrzebować więcej lokalnych informacji o routingu, takich jak lokalna maska podsieci. Stosując maskę do adresu docelowego pakietu, routery mogą określić, który segment sieci zawiera host docelowy i prawidłowo dostarczyć pakiet.

następnie przejrzyjmy kilka podstawowych informacji, w tym to, co administratorzy sieci powinni wiedzieć o adresowaniu IP i podsieciowaniu. Zalecamy rozpoczęcie od przeglądu niektórych podstawowych elementów adresowania IP i podsieci:

• adresy IP muszą być unikalne w Internecie podczas korzystania z publicznych adresów IP oraz w sieci prywatnej podczas korzystania z prywatnych adresów IP.
• adresy IPv4 to 32 bity składające się z czterech oktetów po 8 bitów każdy. Aby obliczyć maskę podsieci, przekonwertuj adres IP na adres binarny, wykonaj obliczenia, a następnie przekonwertuj z powrotem na reprezentację liczby dziesiętnej IPv4 znaną jako kropkowany kwadrat. Ta sama procedura podsieci działa dla adresów IPv6.
• maska podsieci informuje komputer, która część adresu IP jest częścią sieciową adresu i która część identyfikuje zakres adresów hosta, które są adresami przypisanymi do komputerów hostów w tej sieci. Dłuższa maska podsieci-co oznacza więcej 1 bitów w masce-tworzy więcej podsieci IP, które mają mniejszy rozmiar bloku adresu hosta.
• podsieć rozbija dużą sieć na mniejsze sieci, wydłużając długość maski podsieci. Zwiększa to liczbę podsieci, jednocześnie zmniejszając liczbę hostów na podsieć. Organizacje zazwyczaj używają kilku różnych masek podsieci dla różnych rozmiarów sieci. Na przykład łącze punkt-punkt z tylko dwoma urządzeniami używałoby maski 31-bitowej. Biurowa sieć LAN lub sieć LAN centrum danych używałyby jednak krótszej maski podsieci, która pozwala na większą liczbę hostów. Określenie kompromisu między liczbą i rozmiarem podsieci jest wyjaśnione poniżej.
• obecnie adresy IP bezklasowe z maskami podsieci o zmiennej długości są używane prawie wyłącznie, A adresy IP klasy-znane jako sieć klasy A, sieć klasy B lub sieć klasy C-są używane tylko do testów certyfikacyjnych lub starszych protokołów routingu. Sieć Klasy D jest używana do multiemisji i istnieje eksperymentalna alokacja znana jako klasa E.
• bramą domyślną jest urządzenie, zazwyczaj router, gdzie hosty wysyłają pakiety przeznaczone dla urządzenia spoza lokalnej sieci LAN. Ponownie urządzenie wie, co jest, a czego nie ma w lokalnej sieci LAN, używając przypisanej maski podsieci do porównania lokalnego adresu IP i podsieci z adresem IP i podsiecią miejsca docelowego.
• prywatne adresy IP, znane również jako Request for Comment 1918 adresów, są obecnie używane przez większość sieci. Te specjalne adresy IP nie są routowalne przez internet i muszą być tłumaczone na publiczne adresy IP, gdy te urządzenia muszą rozmawiać z Internetem, za pośrednictwem serwera proxy lub poprzez tłumaczenie adresu portu.

teraz dowiedzmy się więcej o adresowaniu IP i podsieci oraz o tym, jak mają one zastosowanie do sieci w świecie rzeczywistym.

używając formuły hosta

częstym, rzeczywistym pytaniem podczas układania sieci jest: „jakiej maski podsieci potrzebuję dla mojej sieci?”Aby odpowiedzieć na to pytanie, nauczmy się korzystać z Formuły gospodarza.

formuła hosta powie Ci, ile hostów będzie dozwolonych w sieci, która ma określoną maskę podsieci. Wzór gospodarza to 2h-2. H reprezentuje liczbę 0s w masce podsieci, jeśli maska podsieci została przekonwertowana na wartość binarną. Pierwszy i ostatni adres są zarezerwowane: pierwszy do identyfikacji sieci i ostatni do wykorzystania jako adres nadawczy.

Krok 1. Znajdź zakres hostów

aby użyć formuły hosta, przyjrzyjmy się najpierw prostemu przykładowi. Powiedzmy, że planujesz użyć przestrzeni adresowej IP 192.168.0.0. Obecnie masz małą podsieć sieciową z 20 hostami. Sieć ta wzrośnie do 300 hostów w ciągu następnego roku, a w przyszłości planujesz mieć wiele lokalizacji o podobnej wielkości i musisz umożliwić im komunikację za pomocą tej przestrzeni adresowej.

w przypadku pojedynczej podsieci sieciowej i tylko 20 hostów najprostszą rzeczą do zrobienia byłoby użycie 255.255.255.0 jako maski podsieci. Oznaczałoby to, że masz 192.168.0.1 do 192.168.0.254 dla swoich hostów. Adres 192.168.0.0 jest zarezerwowany jako identyfikator podsieci sieciowej, a 192.168.0.255 jest zarezerwowany dla adresu rozgłoszeniowego sieci.

Krok 2. Konwertuj na binarną

zanim jednak zdecydujesz się użyć tej maski podsieci, zastosujmy do niej formułę hosta. Aby użyć formuły hosta w tym scenariuszu, należy użyć maski podsieci 255.255.255.0 i przekształcić go w binarny. 111111111 1111111 1111111 00000000

jak widać, w masce podsieci jest osiem 0. Aby użyć tego ze wzorem gospodarza, obliczyłbyś 28-2. To daje 256 minus 2 zarezerwowane adresy, czyli 254. Tak więc przy określonej masce podsieci otrzymasz 254 użytecznych hostów. Pasuje to do twojej sieci 20-użytkownika, ale nie obsługuje przyszłej rozbudowy sieci do hostów 300.

Krok 3. Oblicz całkowitą liczbę hostów na podsieć

powinieneś zaplanować z wyprzedzeniem i wybrać najlepszą maskę podsieci za pierwszym razem. Zapobiega to konieczności powrotu później i zmiany wszystkich adresów IP w tej sieci. Dodanie 1s do maski podsieci oznacza mniej hostów na podsieć sieciową, ale więcej podsieci sieciowych. Jeśli usuniesz 1s z maski podsieci, otrzymasz więcej hostów na sieć, ale mniej sieci. To ostatnie jest tym, co musimy zrobić.

aby to zrobić, zabierzmy jedną z 1s, aby nasza maska podsieci:

11111111 11111111 11111110 0000000

w liczbie dziesiętnej, lub reprezentacji kropkowanej, to jest 255.255.254.0.

oznacza to, że masz dziewięć 0 w części hosta maski podsieci. Aby zastosować formułę hosta z tą maską podsieci, obliczymy 29-2. Liczba użytecznych adresów IP hosta wynosi 512 minus 2, lub 510. To zdecydowanie odpowiadałoby 20-user network teraz i w przyszłości oczekiwania sieci i hosta 300 hostów.

biorąc pod uwagę te informacje, wiemy, że najbardziej efektywną maską podsieci dla sieci jest 255.255.254.0. Prawidłowy zakres adresów hosta dla każdej podsieci musi być zapisany jako dwa zakresy, ze względu na ograniczenia zapisu adresów jako kropkowanych quadów. Pierwsza podsieć IP to 192.168.0.1 do 192.168.0.255 i 192.168.1.0 do 192.168.1.254. Należy pamiętać, że 192.168.0.0 identyfikuje podsieć, a 192.168.1.255 jest adresem rozgłoszeniowym sieci.

w ten sposób można uzyskać w sumie 510 użytecznych hostów.

Krok 4. Oblicz liczbę podsieci

teraz, gdy rozumiesz formułę hosta, powinieneś również znać formułę podsieci, która zapewni Ci odpowiednią maskę podsieci dla liczby podsieci, które masz. Tylko dlatego, że ustalisz, że masz odpowiednią liczbę hostów dla swojej sieci LAN za pomocą formuły hosta, nie oznacza, że będziesz mieć wystarczającą ilość podsieci dla swojej sieci. Zobaczmy, jak działa formuła podsieci.

formuła podsieci to 2s, gdzie s to liczba 1s dodanych do maski podsieci, niezależnie od tego, jaka była maska podsieci. Weźmy ten sam przykład, co powyżej, ale bazujmy na nim.

korzystając z sieci 192.168.0.0, spodziewamy się mieć 100 zdalnych witryn z 300 komputerami każdy. Jakiej maski podsieci powinniśmy użyć? W naszym ostatnim przykładzie okazało się, że maska podsieci 255.255.254.0 zapewnia 510 hostów na podsieć. To było więcej niż wystarczające do obsługi 300 komputerów, ale czy ta sama maska podsieci zapewnia sieci dla co najmniej 100 zdalnych witryn? Przekonajmy się.

Krok 5. Sprawdź całkowitą liczbę podsieci

liczba podsieci jest wykrywana przez zliczanie liczby bitów, o które rozszerzono początkową maskę, znaną również jako bity podsieci. Nasz początkowy przydział adresów to 192.168.0.0 z maską 255.255.0.0. Korzystając z Formuły hosta, wybraliśmy maskę podsieci 255.255.254.0. Porównajmy obie maski i Policzmy bity podsieci.

przekonwertujmy na binarny:

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

nowa maska wykorzystuje siedem bitów podsieci. Używając formuły podsieci, dałoby nam to 27 = 128 sieci. To jest co najmniej 100, więc mamy wystarczająco dużo podsieci dla 100 zdalnych sieci. Oznacza to, że znaleźliśmy odpowiednią maskę podsieci dla naszej sieci. Konwertujemy naszą maskę podsieci z binarnego z powrotem do dziesiętnego i otrzymujemy 255.255.254.0.

po dodaniu bitów podsieci liczba podsieci zwiększa się o dwa razy, a liczba hostów na podsieć zmniejsza się o dwa razy. Poniższa tabela pokazuje liczbę podsieci i hostów dla każdego z ośmiu bitów maski w trzecim oktecie adresu IPv4.

podsieci o zmiennej długości

większość sieci wymaga podsieci o kilku różnych rozmiarach, czasami nazywanych maskami podsieci o zmiennej długości. Można to łatwo osiągnąć, przyjmując jedną z większych podsieci – podsieć z krótszą maską-i stosując do niej algorytm podsieci. Jest to znane jako podsieć o zmiennej długości, ponieważ sieć będzie miała maski podsieci o kilku różnych długościach.

rozszerzając powyższy przykład, powiedzmy, że większość witryn 100 wymaga również dwóch łącza WAN typu punkt-punkt lub 200 podsieci z dwoma hostami każdy-router na każdym końcu łącza. Zaczynamy od maski podsieci 255.255.254.0. Używając formuły hosta, potrzebujemy dwóch bitów hosta (22 – 2 = 4 – 2 = 2). Rozszerzenie maski podsieci powoduje następujące zmiany w trybie binarnym:

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

maska podsieci została rozszerzona o siedem bitów. Korzystając ze wzoru podsieci 2S, mamy 27 = 128 podsieci. To nie wystarczy dla wszystkich naszych łączy WAN, więc robimy to samo z inną dużą podsiecią. Gdybyśmy zarezerwowali dwie górne Duże podsieci do podsieci dla łączy WAN, mielibyśmy wystarczającą pojemność dla 256 połączeń punkt-punkt.

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

ten sam proces może być użyty, jeśli mamy wiele małych zdalnych witryn, które mają kilka hostów w każdej witrynie, na przykład w handlu detalicznym.

ważne jest przypisywanie podsieci do witryn w sposób umożliwiający podsumowanie adresów, co zmniejsza rozmiar tabeli routingu i zwiększa wydajność routera.

bezklasowy Routing między domenami

CIDR eliminuje oryginalne klasowe oznaczenie adresów IPv4. Umożliwia to, że jeden prefiks sieci i maska reprezentują agregację wielu sieci. Jest to również nazywane supernetting. Reprezentacja adresu CIDR upraszcza reprezentację adresu i maski. CIDR obsługuje również agregację sieci i sumowanie adresów.

notacja CIDR dodaje liczbę bitów maski podsieci do adresu sieciowego. Zamiast zapisywać adres i maskę za pomocą notacji przerywanej, dodajemy ukośnik do przodu ( / ) i liczbę bitów w masce podsieci. W naszym poprzednim przykładzie 100 podsieci, które obsługują ponad 300 hostów, odkryliśmy, że maska podsieci zawiera 23 bity.

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

Obliczanie prefiksu podsieci

Routery obliczają adres podsieci jako część procesu, aby określić, którego interfejsu użyć do przekazania pakietów do miejsca docelowego. W tym procesie operacja binarna i jest wykonywana na adresie i jego masce. Rezultatem jest prefiks podsieci, który usuwa wszystkie bity hosta. Router używa prefiksu sieciowego, aby znaleźć wpis tabeli routingu, który najlepiej pasuje do prefiksu-najdłuższa pasująca lub domyślna trasa. Pakiet jest przekazywany do interfejsu, który jest powiązany z prefiksem best match.

na powyższym wykresie sieciowym, powiedzmy, że R1 otrzymuje pakiet zaadresowany do 192.168.5.19, hosta podłączonego do sieci LAN R2. Użyj opcji binary i operacji między maską a adresem, aby określić prefiks trasy, który ma być wyświetlany w tabeli routingu:

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

R1 znajduje 192.168.4.0 w tabeli routingu i przekazuje pakiet poza interfejs S0 do R2. R2 zrobi to samo obliczenie prefiksu i określi, że powinien wysłać pakiet na interfejs E0 i że jest to lokalna dostawa do hosta 5.19.

projektowanie sieci na dużą skalę

w prawdziwym świecie prawdopodobnie nigdy nie będziesz miał okazji zaprojektować takiej dużej sieci od zera. Jednak umiejętności projektowania sieci na dużą skalę są cenne z różnych powodów:

• zrozumienie podsieci sieci wielkoskalowej, która jest już zaimplementowana;
• zrozumienie, jaki wpływ będą miały zmiany w sieci, jej adresowanie IP i podsieci; i
• aby udowodnić w teście certyfikacyjnym, że rozumiesz adresowanie IP i podsieć i możesz je zastosować-certyfikaty takie jak Cisco Certified Network Associate wymagają zastosowania tych umiejętności i obliczenia adresowania IP bez kalkulatora.

ważne jest, aby zrozumieć podsieci i być w stanie obliczyć maski, zakresy hostów i podsieci, ale często weryfikujemy nasze obliczenia za pomocą kalkulatora podsieci.