Hur man beräknar en subnätmask från värdar och undernät

i den här artikeln utforskar vi IP-adressering och subnetting och visar hur man tillämpar denna värdefulla information på verkliga scenarier. Vi behandlar hur man beräknar en subnätmask med hjälp av värd-och subnätformler. Innan vi går vidare, fastän, vi bör svara på två viktiga frågor.

Vad är subnetting?

Internetleverantörer fördelar IP-adressintervall till organisationer baserat på det potentiella antalet nätverk och värdar, eller slutpunkter, som organisationer behöver. Idag följer allokeringarna den klasslösa interdomän Routing (CIDR) tilldelningsmetoden. Organisationen delar sedan upp det tilldelade adressutrymmet i mindre allokeringar för varje undernätverk inom organisationen, med hjälp av en process som kallas subnetting. Resultatet av subnetting är att antalet subnätverk ökar, medan antalet användbara värd-IP-adresser minskar. Varje subnät är känt som ett IP-subnät.

varför använda subnetting?

Subnetting gör att tilldelade nätverksadresser kan delas upp i mindre, effektiva allokeringar som är mer lämpliga för varje nätverk inom organisationen. Till exempel behöver en punkt-till-punkt-Wan-länk mellan två routrar bara två adresser, medan ett LAN-segment kan behöva stödja många värdar, till exempel servrar, arbetsstationer, bärbara datorer och Wi-Fi-anslutna mobila enheter.

Subnetting och route summarization arbetar tillsammans för att göra routrar effektivare genom att minska storleken på routingtabeller. Routrar långt borta från en destination behöver inte mycket adresseringsdetaljer, så rutter kan sammanfattas i stor utsträckning. Men när paket kommer närmare destinationsnätverket behöver routrar mer lokal routinginformation, till exempel den lokala subnätmasken. Genom att applicera masken på paketets destinationsadress kan routrar bestämma vilket specifikt nätverkssegment som innehåller destinationsvärden och leverera paketet korrekt.

låt oss sedan granska lite bakgrundsinformation, inklusive vad nätverksadministratörer behöver veta om IP-adressering och subnetting. Vi rekommenderar att du börjar med en översyn av några grundläggande delar av IP-adressering och subnetting:

IP-adresser måste vara unika på internet när du använder offentliga IP-adresser och i ett privat nätverk när du använder privata IP-adresser.
IPv4-adresser är 32 bitar som består av fyra oktetter med 8 bitar vardera. För att beräkna subnätmasken, konvertera en IP-adress till binär, utför beräkningen och konvertera sedan tillbaka till IPv4 decimaltalrepresentationen som kallas en prickad quad. Samma subnetting förfarande fungerar för IPv6-adresser.
en nätmask berättar för datorn vilken del av IP-adressen som är nätverksdelen av adressen och vilken del som identifierar värdadressområdet, vilka är adresser som tilldelas värddatorer i det nätverket. En längre subnätmask-vilket betyder mer 1 bitar i masken-skapar fler IP-undernät som har en mindre värdadressblockstorlek.
Subnetting bryter ett stort nätverk i mindre nätverk genom att förlänga subnätmaskens längd. Detta ökar antalet undernät, samtidigt som antalet värdar per undernät minskas. Organisationer använder vanligtvis flera olika subnätmasker för olika storlekar av nätverk. Till exempel skulle en punkt-till-punkt-länk med endast två enheter använda en 31-bitars mask. Ett kontor LAN eller datacenter LAN skulle dock använda en kortare subnätmask som tillåter fler värdar. Att bestämma avvägningen mellan antalet och storleken på undernät förklaras nedan.
idag används klasslösa IP-adresser med subnätmasker med variabel längd nästan uteslutande, och klassfulla IP-adresser-kända som antingen klass A-nätverk, klass B-nätverk eller klass C-nätverk-används endast för certifieringstestning eller äldre routingprotokoll. Ett Klass D-nätverk används för multicast, och det finns en experimentell tilldelning som kallas klass E.
en standardgateway är en enhet, vanligtvis en router, där värdar skickar paket som är avsedda för en enhet som inte finns på det lokala LAN. Återigen vet enheten vad som är och vad som inte finns på det lokala LAN genom att använda sin tilldelade subnätmask för att jämföra sin lokala IP-adress och subnät med destinationens IP-adress och subnät.
privata IP-adresser, även känd som Begäran om kommentar 1918 adresser, används av de flesta nätverk idag. Dessa speciella IP-adresser kan inte dirigeras över internet och måste översättas till offentliga IP-adresser när dessa enheter behöver prata med internet, antingen via en proxyserver eller via Portadressöversättning.

låt oss nu lära oss mer om IP-adressering och subnetting och hur de gäller för ditt verkliga nätverk.

använda värdens formel

en vanlig, verklig fråga när du lägger ut ditt nätverk är: ”vilken subnätmask behöver jag för mitt nätverk?”För att svara på den här frågan, låt oss lära oss hur du använder värdens formel.

värdens formel kommer att berätta hur många värdar som kommer att tillåtas i ett nätverk som har en viss subnätmask. Värdens formel är 2h-2. H representerar antalet 0s i subnätmasken, om subnätmasken konverterades till binär. De första och sista adresserna är reserverade: den första som identifierar nätverket och den sista som ska användas som sändningsadress.

Steg 1. Hitta värdområde

för att använda värdens formel, låt oss först titta på ett enkelt exempel. Säg att du planerar att använda IP-adressutrymmet 192.168.0.0. För närvarande har du ett litet nätverksundernät med 20 värdar. Detta nätverk kommer dock att växa till 300 värdar inom det närmaste året och du planerar att ha flera platser av samma storlek i framtiden och måste göra det möjligt för dem att kommunicera med detta adressutrymme.

med ett enda nätverksundernät och endast 20 värdar är det enklaste att göra att använda 255.255.255.0 som din subnätmask. Detta skulle innebära att du skulle ha 192.168.0.1 genom 192.168.0.254 för dina värdar. Adressen 192.168.0.0 är Reserverad som nätverksundernätsidentifierare och 192.168.0.255 är reserverad för nätverkssändningsadressen.

steg 2. Konvertera till binär

innan du bestämmer dig för att använda denna subnätmask, låt oss dock tillämpa värdens formel på den. För att använda värdens formel i det här scenariot tar du subnätmasken 255.255.255.0 och konvertera den till binär. Detta skulle ge dig: 111111111 11111111 1111111 00000000.

som du kan se finns det åtta 0s i subnätmasken. För att använda detta med värdens formel skulle du beräkna 28 – 2. Detta kommer till 256 minus 2 reserverade adresser, eller 254. Så med den angivna subnätmasken får du 254 användbara värdar. Detta skulle passa ditt 20-användarnätverk nu men stöder inte din framtida nätverksexpansion till 300 värdar.

steg 3. Beräkna det totala antalet värdar per subnät

du bör planera framåt och välja den bästa subnätmasken första gången. Detta förhindrar att du måste gå tillbaka senare och ändra alla IP-adresser i det här nätverket. Att lägga till 1s i subnätmasken innebär att du får färre värdar per nätverksundernät men fler nätverksundernät. Om du tar bort 1s från subnätmasken får du fler värdar per nätverk men färre nätverk. Det senare är vad vi behöver göra.

för att göra detta, låt oss ta bort en av 1s för att göra vår subnätmask:

11111111 11111111 11111110 0000000

i decimaltal eller prickad fyrrepresentation är detta 255.255.254.0.

det betyder att du har nio 0s i värddelen av subnätmasken. För att tillämpa värdens formel med denna subnätmask skulle vi beräkna 29-2. Antalet användbara värd-IP-adresser är 512 minus 2 eller 510. Detta skulle definitivt passa ett 20-användarnätverk nu och framtida nätverk och värdförväntningar på 300 värdar.

med tanke på den informationen vet vi att den mest effektiva subnätmasken för nätverket är 255.255.254.0. Det giltiga värdadressintervallet för varje delnät måste skrivas som två intervall på grund av begränsningarna för att skriva adresserna som prickade fyrhjulingar. Det första IP-delnätet skulle vara 192.168.0.1 till 192.168.0.255 och 192.168.1.0 till 192.168.1.254. Observera att 192.168.0.0 identifierar delnätet och 192.168.1.255 är nätverkssändningsadressen.

det är så du kommer fram till totalt 510 användbara värdar.

steg 4. Beräkna antalet undernät

nu när du förstår värdens formel bör du också känna till delnätets formel, vilket säkerställer att du har rätt subnätmask för antalet undernät som du har. Bara för att du bestämmer att du har rätt antal värdar för ditt LAN med värdens formel betyder det inte att du har tillräckligt med undernät för ditt nätverk. Låt oss se hur delnätets formel fungerar.

subnätets formel är 2s, där s är antalet 1s som läggs till subnätmasken, oavsett vad subnätmasken var. Låt oss ta samma exempel som ovan, men bygga vidare på det.

använda nätverk 192.168.0.0, vi förväntar oss att ha 100 avlägsna platser med 300 st vardera. Vilken subnätmask ska vi använda? I vårt sista exempel hittade vi 255.255.254.0 subnätmask som tillhandahöll 510 värdar per subnät. Det var mer än tillräckligt för att stödja 300-datorer, men tillhandahåller samma subnätmask nätverk för minst 100 fjärrplatser? Låt oss ta reda på det.

Steg 5. Verifiera det totala antalet subnät

antalet subnät hittas genom att räkna antalet bitar med vilka den ursprungliga masken förlängdes, även känd som subnätbitarna. Vår ursprungliga adressallokering var 192.168.0.0 med en mask av 255.255.0.0. Med hjälp av värdens formel valde vi en subnätmask av 255.255.254.0. Låt oss jämföra de två maskerna och räkna subnätbitarna.

låt oss Konvertera till binär:

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

den nya masken använder sju subnätbitar. Med hjälp av delnätets formel skulle detta ge oss 27 = 128 nätverk. Det här är minst 100, så vi har tillräckligt med subnät för 100 fjärrnätverk. Det betyder att vi har hittat rätt subnätmask för vårt nätverk. Vi konverterar vår subnätmask från binär tillbaka till decimal och får 255.255.254.0.

när du lägger till delnätbitar ökar antalet undernät med en faktor på två och antalet värdar per delnät minskar med en faktor på två. Tabellen nedan visar antalet subnät och värdar för var och en av åtta maskbitar i den tredje oktetten av en IPv4-adress.

beräkning av undernät och värdar — denna tabell visar antalet undernät och värdar för var och en av åtta maskbitar i den tredje oktetten av en IPv4-adress.

Subnetting med variabel längd

de flesta nätverk kräver subnät av flera olika storlekar, ibland kallade subnätmasker med variabel längd. Detta uppnås enkelt genom att ta ett av de större undernäten-ett undernät med en kortare mask-och tillämpa subnettingalgoritmen på den. Detta kallas subnetting med variabel längd eftersom nätverket kommer att ha subnätmasker av flera olika längder.

utöka exemplet ovanifrån, låt oss säga att de flesta av de 100 platserna också kräver två punkt-till-punkt WAN-länkar eller 200 subnät med två värdar vardera-en router i varje ände av länken. Vi börjar med en subnätmask av 255.255.254.0. Med värdens formel behöver vi två värdbitar (22 – 2 = 4 – 2 = 2). Förlängning av subnätmask resulterar i följande i binär:

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

subnätmasken förlängdes med sju bitar. Med hjälp av delnätets formel på 2s har vi 27 = 128 undernät. Detta räcker inte för alla våra Wan-länkar, så vi gör samma sak med ett annat stort delnät. Om vi reserverade de två största undernäten för att vara sub-subnetted för WAN-länkar, skulle vi ha tillräckligt med kapacitet för 256 punkt-till-punkt-länkar.

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

samma process kan användas om vi har många små avlägsna webbplatser som har få värdar på varje webbplats, till exempel i en detaljhandel.

det är viktigt att tilldela subnät till webbplatser på ett sätt som möjliggör adressöversikt som minskar routingtabellen storlek och ökar router effektivitet.

Classless Inter-Domain Routing

CIDR eliminerar den ursprungliga classful beteckning IPv4-adresser. Det möjliggör ett enda nätverksprefix och mask för att representera en aggregering av flera nätverk. Detta kallas också supernetting. CIDR – adressrepresentation förenklar representationen av en adress och mask. CIDR stöder också nätverksaggregering och adressöversikt.

CIDR notation lägger till antalet subnätmaskbitar till nätverksadressen. Istället för att skriva adressen och masken med prickad notation lägger vi till ett snedstreck (/) och antalet bitar i subnätmasken. I vårt tidigare exempel på 100 subnät som stöder över 300 värdar vardera finner vi att subnätmasken innehåller 23 bitar.

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

beräkning av subnätprefixet

Routrar beräknar subnätadressen som en del av processen för att bestämma vilket gränssnitt som ska användas för att vidarebefordra paket till deras destination. I denna process utförs en binär och operation på en adress och dess mask. Resultatet är subnätprefixet, vilket tar bort alla värdbitar. Routern använder nätverksprefixet för att hitta den routingtabellpost som bäst matchar prefixet-den längsta matchningen eller standardvägen. Paketet vidarebefordras ut gränssnittet som är associerat med det bästa matchningsprefixet.

subnätmasker, prefix och routing — detta nätverksdiagram visar subnätmaskberäkning och korrekta routningsprocedurer.

i ovanstående nätverksdiagram och diagram, låt oss säga att R1 får ett paket adresserat till 192.168.5.19, en värd som är ansluten till R2: s LAN. Använd binären och operationen mellan masken och adressen för att bestämma ruttprefixet för att slå upp i routingtabellen:

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 hittar 192.168.4.0 i routingtabellen och vidarebefordrar paketet ut S0-gränssnittet till R2. R2 kommer att göra samma prefixberäkning och bestämma att den ska skicka paketet på gränssnitt E0 och att det är en lokal leverans till värd 5.19.

storskalig nätverksdesign

i den verkliga världen har du förmodligen aldrig chansen att designa ett stort nätverk som detta från början. Storskaliga nätverksdesignfärdigheter är dock värdefulla av olika skäl:

förstå subnetting av ett storskaligt nätverk som redan är implementerat;
förstå vilken effekt som gör ändringar i ett nätverk, dess IP-adressering och dess subnetting kommer att ha; och
för att bevisa i ett certifieringstest att du förstår IP-adressering och subnetting och kan tillämpa dem-certifieringar som Cisco Certified Network Associate kräver att du tillämpar dessa färdigheter och beräknar IP-adressering utan en räknare.

det är viktigt att förstå subnetting och kunna beräkna masker, värdområden och subnät longhand, men vi verifierar ofta våra beräkningar med en subnätkalkylator.