Разбиение IPv4-сети на подсети. Стратегия IP-адресации и организации подсетей. Расчет маски подсети

19.05.2019

Ранее при развёртывании сети организации часто подключали все компьютеры и другие сетевые устройства к одной IP-сети. Всем устройствам в организации назначались IP-адреса с одинаковой сетевой частью. Конфигурация такого типа называется плоской архитектурой сети. В небольшой сети с небольшим количеством устройств плоская архитектура не представляет проблемы. Однако по мере расширения сети с такой конфигурацией могут возникнуть серьёзные трудности.

Подумайте о том, как в сети Ethernet устройства выполняют поиск необходимых служб и устройств с помощью широковещательной рассылки. Как вы помните, широковещательное сообщение доставляется всем узлам данной сети. Протокол DHCP - пример сетевой службы, которая зависит от широковещательной рассылки. Устройства отправляют по сети широковещательные запросы, чтобы определить местонахождение DHCP-сервера. В крупной сети из-за этого может создаваться значительный трафик, который замедлит общую работу сети. Кроме того, поскольку широковещательная рассылка выполняется по всем устройствам, им необходимо принять и обработать трафик, что приводит к повышению требований к обработке. Если устройство должно обработать значительный объём широковещательных рассылок, это может даже привести к замедлению работы устройства. По этой причине более крупные сети необходимо разделить на более мелкие подсети, предназначенные для небольших групп устройств и служб.

Процесс сегментации сети путём разделения её на несколько более мелких сетей называется разбиением на подсети. Эти более мелкие сети называются подсетями. Сетевые администраторы могут группировать устройства и службы в подсети по их географическому местоположению (например, 3-й этаж здания), организационному подразделению (например, отдел продаж) или по типу устройств (принтеры, серверы, глобальная сеть и т.п.) или по другому значимому для сети принципу. Разбиение на подсети может снизить общую нагрузку на сеть и повысить её производительность.

Примечание . Подсеть аналогична сети, и оба этих термина можно использовать как синонимы. Большинство сетей сами являются подсетями более крупных блоков адресов.

Обмен данными между подсетями

Маршрутизатор необходим для взаимодействия узлов из разных подсетей. Устройства в сети используют интерфейс маршрутизатора, подключённый к их локальной сети, в качестве шлюза по умолчанию. Трафик, отправляемый на устройство в удалённой сети, будет обработан маршрутизатором и отправлен в направлении сети назначения. Чтобы определить, является ли трафик локальным или удалённым, маршрутизатор использует маску подсети.

В пространстве подсети этот механизм реализуется аналогичным образом. Как показано на рисунке, подсети образуют несколько логических сетей из одного блока адресов или сетевого адреса. Каждая подсеть рассматривается как отдельное сетевое пространство. Устройства в одной подсети должны использовать адрес, маску подсети и шлюз по умолчанию той подсети, которой они принадлежат.

Трафик не может передаваться между подсетями без использования маршрутизатора. У каждого интерфейса маршрутизатора должен быть IPv4-адрес, принадлежащий сети или подсети, к которой подключён этот интерфейс.

Значимость разбиения IP-сети на подсети

План: присвоение адресов

Как показано на рисунке, при планировании подсетей требуется учитывать требования организации к использованию сети и предполагаемую структуру подсетей. Для начала необходимо изучить требования к сети. Это означает, что нужно изучить всю сеть, определить её основные части и разделить их на сегменты. План распределения адресов содержит информацию о требуемом размере подсети, количестве узлов и принципе назначения адресов узлам. Кроме того, необходимо определить узлы, которым нужно выделить статические IP-адреса, и узлы, которые смогут получать сетевые настройки по протоколу DHCP.

Определяя размер подсети, необходимо оценить количество узлов, которым потребуются IP-адреса в каждой подсети в рамках разделённой частной сети. Например, при проектировании сети студенческого городка нужно оценить количество узлов в локальной сети администраторов, в локальной сети преподавателей и в локальной сети учащихся. В домашней сети можно оценить количество узлов в локальной сети жилой зоны и в локальной сети домашнего офиса.

Как уже упоминалось ранее, диапазон частных IP-адресов, используемых в локальной сети, выбирается сетевым администратором, и к выбору этого диапазона следует отнестись с должным вниманием. Необходимо убедиться, что количества адресов будет достаточно для активных в данный момент узлов и для будущего расширения сети. Запомните диапазоны частных IP-адресов:

10.0.0.0 с маской подсети 255.0.0.0

172.16.0.0 с маской подсети 255.240.0.0

192.168.0.0 с маской подсети 255.255.0.0

На основании требований к IP-адресам можно определить диапазон или диапазоны узлов для развёртывания. После разбиения выбранного пространства частных IP-адресов на подсети будут получены адреса узлов, соответствующие требованиям к сети.

Публичные адреса, используемые для подключения к Интернету, обычно выделяются оператором связи. Хотя в данном случае применяются те же принципы разбиения на подсети, это не всегда является обязанностью администратора сети организации.

Определите стандарты присвоения IP-адресов в диапазоне каждой подсети. Например:

Принтерам и серверам будут назначены статические IP-адреса

Пользователи будут получать IP-адреса от DHCP-серверов в подсетях /24

Маршрутизаторам назначаются первые доступные адреса узла в диапазоне.

Два существенных фактора, влияющих на определение необходимого блока частных адресов, - это количество необходимых подсетей и максимальное количество узлов в каждой подсети. Каждый из этих блоков адресов позволит распределить узлы исходя из размера сети, количества узлов, активных в настоящий момент, или добавляемых в ближайшем будущем. Требования к IP-пространству определят диапазон или диапазоны используемых узлов.

В примерах ниже отображено разбиение на подсети на основе блоков адресов с масками подсети 255.0.0.0 и 255.255.255.0, 255.255.0.0.

Базовое разбиение на подсети

Каждый сетевой адрес содержит допустимый диапазон адресов узлов. Все устройства, подключённые к одной и той же сети, будут иметь IPv4-адрес узла этой сети, а также общую маску подсети или префикс сети.

Префикс и маска подсети - это разные способы представления одного и того же - сетевой части адреса.

Для создания IPv4-подсетей мы задействуем один или нескольких бит из узловой части в качестве бит сетевой части. Для этого мы расширяем маску подсети. Чем больше заимствовано бит из узловой части, тем больше подсетей можно создать. Для каждого заимствованного бита количество доступных подсетей удваивается. Например, если заимствовать один бит, можно создать две подсети. Для двух бит - 4 подсети, для трёх бит - 8 подсетей и т. д. Однако с каждым заимствованным битом уменьшается количество адресов узлов в каждой подсети.

Биты могут быть заимствованы только из узловой части адреса. Сетевая часть адреса выделяется оператором связи, и изменить её невозможно.

Примечание . На рисунках в примерах отображается только последний октет в двоичном формате, поскольку использовать можно только биты из узловой части.

Как показано на рисунке 1, сеть 192.168.1.0/24 имеет 24 бита в сетевой части и 8 бит в узловой части, что обозначено маской подсети 255.255.255.0 или записью с префиксом /24. Без разделения на подсети эта сеть поддерживает работу только с одним интерфейсом локальной сети. Если нужна дополнительная локальная сеть, основную сеть нужно разделить на подсети.

На рисунке 2 в самом старшем разряде (крайний левый бит) заимствуется 1 бит в узловой части, расширяя сеть до 25 бит. При этом создаются две подсети: первая определяется цифрой 0 в заимствованном бите, а вторая - цифрой 1 в заимствованном бите. Для маски подсети обеих сетей используется цифра 1 в заимствованном бите, чтобы показать, что этот бит теперь входит в сетевую часть адреса.

Как показано на рисунке 3, если преобразовать двоичный октет в десятичный формат, мы увидим, что адрес первой подсети - 192.168.1.0, а адрес второй подсети - 192.168.1.128. Поскольку был заимствован бит, маска подсети для каждой подсети будет 255.255.255.128 или /25.

Используемые подсети

В примере выше сеть 192.168.1.0/24 была разделена на две подсети:

192.168.1.128/25

Обратите внимание, что на рисунке №1 к интерфейсам GigabitEthernet маршрутизатора R1 подключены два сегмента локальной сети. Подсети будут использоваться для сегментов, подключённых к этим интерфейсам. Чтобы выполнять роль шлюза для устройств в локальной сети, каждому из интерфейсов маршрутизатора должен быть назначен IP-адрес в диапазоне допустимых адресов для назначенной подсети. В качестве адреса интерфейса маршрутизатора рекомендуется использовать первый или последний доступный адрес диапазона сети.

Первая подсеть (192.168.1.0/25) используется для сети, подключённой к интерфейсу GigabitEthernet 0/0, а вторая подсеть (192.168.1.128/25) - к интерфейсу GigabitEthernet 0/1. Чтобы назначить IP-адрес каждому из этих интерфейсов, необходимо определить диапазон допустимых IP-адресов для каждой подсети.

Сетевой адрес - все биты 0 в узловой части адреса.

Адрес первого узла - все биты 0, а также крайний правый бит 1 в узловой части адреса.

Адрес последнего узла - все биты 1, а также крайний правый бит 0 в узловой части адреса.

Широковещательный адрес - все биты 1 в узловой части адреса.

Как показано на рисунке 2, адрес первого узла в сети 192.168.1.0/25 - 192.168.1.1, а адрес последнего узла - 192.168.1.126. На рисунке 3 показано, что адрес первого узла в сети 192.168.1.128/25 - 192.168.1.129, а адрес последнего узла - 192.168.1.254.

Чтобы назначить адрес первого узла в каждой подсети интерфейсу маршрутизатора для этой подсети, используйте команду ip address в режиме конфигурации интерфейса, как показано на рисунке 4. Обратите внимание, что для каждой подсети используется маска подсети 255.255.255.128, которая означает, что под сетевую часть адреса отведено 25 бит.

Конфигурация узла для сети 192.168.1.128/25 показана на рисунке 5. Обратите внимание, что IP-адресом шлюза является адрес (192.168.1.129), настроенный на интерфейсе G0/1 маршрутизатора R1, а маской подсети является 255.255.255.128.

Формулы разделения на подсети

Расчёт подсетей

Для расчёта количества подсетей используйте следующую формулу:

2^n (где n = количество заимствованных бит)

Как показано на рисунке 1 для примера 192.168.1.0/25, расчёт выглядит следующим образом:

2^1 = 2 подсети

Расчёт узлов

Для расчёта количества узлов в одной сети используйте следующую формулу:

2^n (где n = количество бит, оставшихся в узловой части адреса)

Как показано на рисунке 2 для примера 192.168.1.0/25, расчёт выглядит следующим образом:

Поскольку для узлов не может использоваться сетевой адрес или широковещательный адрес из подсети, эти два адреса нельзя назначить узлам. Это означает, что в каждой из подсетей можно использовать 126 (128-2) адресов узлов.

Таким образом, в этом примере заимствование одного бита узла для сети приведёт к созданию двух подсетей, в каждой из которых можно назначить 126 узлов.

Создание 4 подсетей

Рассмотрим сетевую инфраструктуру, в которой требуются три подсети.

Если использовать одинаковый блок адресов 192.168.1.0/24, для создания как минимум трёх подсетей необходимо позаимствовать несколько бит из узловой части. Если заимствовать один бит, будут созданы только две подсети. Для создания большего количества подсетей необходимо заимствовать больше бит из узловой части. Рассчитаем количество подсетей, создаваемых при заимствовании двух бит из узловой части по формуле 2^n:

2^2 = 4 подсети

Заимствование двух бит позволяет создать 4 подсети, как показано на рисунке 1.

Как вы помните, маска подсети должна изменяться для отражения заимствованных бит. В этом примере при заимствовании двух бит маска будет расширена на два бита в последнем октете. В десятичном формате маска имеет вид 255.255.255.192, поскольку последний октет в двоичном формате имеет вид 1100 0000.

Используйте формулу расчёта узлов, как показано на рисунке 2.

Не забывайте, что если в узловой части адреса все биты равны 0, то это адрес самой сети, а если все биты равны 1 - широковещательный. Таким образом, в каждой подсети фактически доступно только 62 адреса узлов.

Как показано на рисунке 3, адрес первого узла в первой подсети - 192.168.1.1, а адрес последнего узла - 192.168.1.62.

На рис. 4 показаны диапазоны для подсетей от 0 до 2. Помните, что каждый узел должен иметь правильный IP-адрес в диапазоне, определённом для данного сегмента сети. Подсеть, присвоенная интерфейсу маршрутизатора, определит, к какому сегменту относится узел.

На рисунке 5 показан пример конфигурации. В этой конфигурации первая сеть назначена интерфейсу GigabitEthernet 0/0, вторая сеть - интерфейсу GigabitEthernet 0/1, а третья сеть назначена последовательной сети 0/0/0.

Кроме того, согласно общему плану адресации адрес первого узла в подсети назначен интерфейсу маршрутизатора. Узлы в каждой подсети будут использовать адрес интерфейса маршрутизатора в качестве адреса шлюза по умолчанию.

Для ПК1 (192.168.1.2/26) в качестве адреса шлюза по умолчанию будет использоваться 192.168.1.1 (адрес интерфейса G0/0 маршрутизатора R1).

Для ПК2 (192.168.1.66/26) в качестве адреса шлюза по умолчанию будет использоваться 192.168.1.65 (адрес интерфейса G0/1 маршрутизатора R1).

Примечание. Все устройства в одной и той же подсети будут иметь IPv4-адрес узла из диапазона адресов узлов и использовать одну и ту же маску подсети.

Создание 8 подсетей

Если использовать одинаковый блок адресов 192.168.1.0/24, для создания как минимум пяти подсетей необходимо позаимствовать несколько бит из узловой части адреса. Заимствование двух битов создаст только четыре подсети, как было показано в предыдущем примере. Для создания большего количества подсетей необходимо заимствовать больше бит из узловой части. Рассчитаем количество подсетей, создаваемых при заимствовании трёх бит из узловой части по формуле:

2^3 = 8 подсетей

Как показано на рисунках 2 и 3, при заимствовании трёх бит создаются 8 подсетей. Если заимствовать три бита, маска подсети будет расширена на 3 бита в последнем октете (/27), что даст маску подсети 255.255.255.224. Все устройства в этих подсетях будут использовать маску подсети 255.255.255.224 (/27).

Применим формулу расчёта узлов:

2^5 = 32, но вычтем 2 для всех нулей в узловой части (сетевого адреса) и все единицы в узловой части (широковещательный адрес).

Подсети назначаются сегментам сети, необходимым для топологии, как показано на рисунке 4.

Кроме того, согласно общему плану адресации, адрес первого узла в подсети назначен интерфейсу маршрутизатора, как показано на рисунке 5. Узлы в каждой подсети будут использовать адрес интерфейса маршрутизатора в качестве адреса шлюза по умолчанию.

Для ПК1 (192.168.1.2/27) в качестве адреса шлюза по умолчанию будет использоваться 192.168.1.1.

Для ПК2 (192.168.1.34/27) в качестве адреса шлюза по умолчанию будет использоваться 192.168.1.33.

Для ПК3 (192.168.1.98/27) в качестве адреса шлюза по умолчанию будет использоваться 192.168.1.97.

Для ПК4 (192.168.1.130/27) в качестве адреса шлюза по умолчанию будет использоваться 192.168.1.129.

Для более эффективного использования пространства адресов IP-сети с помощью маски подсети могут быть разбиты на более мелкие подсети (subnetting) или объединены в более крупные сети (supernetting).

Рассмотрим на примере разбиение сети 192.168.1.0/24 (сеть класса C) на более мелкие подсети. В исходной сети в IP-адресе 24 бита относятся к идентификатору сети и 8 бит - к идентификатору узла. Используем маску подсети из 27 бит, или, в десятичном обозначении, - 255.255.255.224, в двоичном обозначении - 11111111 11111111 11111111 11100000. Получим следующее разбиение на подсети:

Таблица 4.3.
Подсеть	Диапазон IP-адресов	Широковещательный адрес в подсети
192.168.1.0/27	192.168.1.1–192.168.1.30	192.168.1.31
192.168.1.32/27	192.168.1.33–192.168.1.62	192.168.1.63
192.168.1.64/27	192.168.1.65–192.168.1.94	192.168.1.95
192.168.1.96/27	192.168.1.97–192.168.1.126	192.168.1.127
192.168.1.128/27	192.168.1.129–192.168.1.158	192.168.1.159
192.168.1.160/27	192.168.1.161–192.168.1.190	192.168.1.191
192.168.1.192/27	192.168.1.193–192.168.1.222	192.168.1.223
192.168.1.224/27	192.168.1.225–192.168.1.254	192.168.1.255

Таким образом, мы получили 8 подсетей, в каждой из которых может быть до 30 узлов. Напомним, что идентификатор узла, состоящий из нулей, обозначает всю подсеть, а идентификатор узла, состоящий из одних единиц, означает широковещательный адрес (пакет, отправленный на такой адрес, будет доставлен всем узлам подсети).

IP-адреса в данных подсетях будут иметь структуру:

Отметим очень важный момент. С использованием такой маски узлы с такими, например, IP-адресами, как 192.168.1.48 и 192.168.1.72, находятся в различных подсетях, и для взаимодействия данных узлов необходимы маршрутизаторы, пересылающие пакеты между подсетями 192.168.1.32/27 и 192.168.1.64/27.

Примечание. Согласно стандартам протокола TCP/IP для данного примера не должно существовать подсетей 192.168.1.0/27 и 192.168.1.224/27 (т.е. первая и последняя подсети). На практике большинство операционных систем (в т.ч. системы семейства Microsoft Windows) и маршрутизаторов поддерживают работу с такими сетями.

Аналогично, можно с помощью маски подсети объединить мелкие сети в более крупные.

Например, IP-адреса сети 192.168.0.0/21 будут иметь следующую структуру:

Диапазон IP-адресов данной сети: 192.168.0.1–192.168.7.254 (всего - 2046 узлов), широковещательный адрес подсети - 192.168.7.255.

Преимущества подсетей внутри частной сети:

разбиение больших IP-сетей на подсети (subnetting) позволяет снизить объем широковещательного трафика (маршрутизаторы не пропускают широковещательные пакеты);
объединение небольших сетей в более крупные сети (supernetting) позволяет увеличить адресное пространство с помощью сетей более низкого класса;
изменение топологии частной сети не влияет на таблицы маршрутизации в сети Интернет (хранят только маршрут с общим номером сети);
размер глобальных таблиц маршрутизации в сети Интернет не растет;
администратор может создавать новые подсети без необходимости получения новых номеров сетей.

Старшие биты IP-адреса используются рабочими станциями и маршрутизаторами для определения класса адреса. После того как класс определен, устройство может однозначно вычислить границу между битами, использующимися для идентификации номера сети, и битами номера устройства в этой сети. Однако при разбиении сетей на подсети или при объединении сетей для определения границ битов, идентифицирующих номер подсети, такая схема не подходит. Для этого как раз и используется 32-битная маска подсети, которая помогает однозначно определить требуемую границу. Напомним, что для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:

255.0.0.0 – маска для сети класса А;
255.255.0.0 - маска для сети класса В;
255.255.255.0 - маска для сети класса С.

Для администратора сети чрезвычайно важно знать четкие ответы на следующие вопросы:

Сколько подсетей требуется организации сегодня?
Сколько подсетей может потребоваться организации в будущем?
Сколько устройств в наибольшей подсети организации сегодня?
Сколько устройств будет в самой большой подсети организации в будущем?

Отказ от использования только стандартных классов IP-сетей (A, B, и C) называется бесклассовой междоменной маршрутизацией (Classless Inter-Domain Routing,CIDR ).

Введение в IP-маршрутизацию

Для начала уточним некоторые понятия:

сетевой узел (node) - любое сетевое устройство с протоколом TCP/IP;
хост (host) - сетевой узел, не обладающий возможностями маршрутизации пакетов;
маршрутизатор (router) - сетевой узел, обладающий возможностями маршрутизации пакетов

IP-маршрутизация - это процесс пересылки unicast -трафика от узла-отправителя к узлу –получателю в IP-сети с произвольной топологией.

Когда один узел IP-сети отправляет пакет другому узлу, в заголовке IP-пакета указываются IP-адрес узла отправителя и IP-адрес узла-получателя. Отправка пакета происходит следующим образом:

Узел-отправитель определяет, находится ли узел-получатель в той же самой IP-сети, что и отправитель (в локальной сети), или в другой IP-сети (в удаленной сети). Для этого узел-отправитель производит поразрядное логическое умножение своего IP-адреса на маску подсети, затем поразрядное логическое умножение IP-адреса узла получателя также на свою маску подсети. Если результаты совпадают, значит, оба узла находятся в одной подсети. Если результаты различны, то узлы находятся в разных подсетях.
Если оба сетевых узла расположены в одной IP-сети, то узел-отправитель сначала проверяет ARP-кэш на наличие в ARP-таблице MAC-адреса узла-получателя. Если нужная запись в таблице имеется, то дальше отправка пакетов производится напрямую узлу-получателю на канальном уровне. Если же в ARP-таблице нужной записи нет, то узел-отправитель посылает ARP-запрос для IP-адреса узла-получателя, ответ помещает в ARP-таблицу и после этого передача пакета также производится на канальном уровне (между сетевыми адаптерами компьютеров).
Если узел-отправитель и узел-получатель расположены в разных IP-сетях, то узел-отправитель посылает данный пакет сетевому узлу, который в конфигурации отправителя указан как "Основной шлюз" (default gateway ). Основной шлюз всегда находится в той же IP-сети, что и узел-отправитель, поэтому взаимодействие происходит на канальном уровне (после выполнения ARP-запроса). Основной шлюз - это маршрутизатор, который отвечает за отправку пакетов в другие подсети (либо напрямую, либо через другие маршрутизаторы).

Рассмотрим пример, изображенный на рис. 4.5 .

Рис. 4.5.

В данном примере 2 подсети: 192.168.0.0/24 и 192.168.1.0/24. Подсети объединены в одну сеть маршрутизатором. Интерфейс маршрутизатора в первой подсети имеет IP-адрес 192.168.0.1, во второй подсети - 192.168.1.1. В первой подсети имеются 2 узла: узел A (192.168.0.5) и узел B (192.168.0.7). Во второй подсети имеется узел C с IP-адресом 192.168.1.10.

Если узел A будет отправлять пакет узлу B, то сначала он вычислит, что узел B находится в той же подсети, что и узел A (т.е. в локальной подсети), затем узел A выполнит ARP-запрос для IP-адреса 192.168.0.7. После этого содержимое IP-пакета будет передано на канальный уровень, и информация будет передана сетевым адаптером узла A сетевому адаптеру узла B. Это пример прямой доставки данных (или прямой маршрутизации, direct delivery).

Если узел A будет отправлять пакет узлу C, то сначала он вычислит, что узел C находится в другой подсети (т.е. в удаленной подсети). После этого узел A отправит пакет узлу, который в его конфигурации указан в качестве основного шлюза (в данном случае это интерфейс маршрутизатора с IP-адресом 192.168.0.1). Затем маршрутизатор с интерфейса 192.168.1.1 выполнит прямую доставку узлу C. Это пример непрямой доставки (или косвенной маршрутизации, indirect delivery) пакета от узла A узлу C. В данном случае процесс косвенной маршрутизации состоит из двух операций прямой маршрутизации.

В целом процесс IP-маршрутизации представляет собой серии отдельных операций прямой или косвенной маршрутизации пакетов.

Каждый сетевой узел принимает решение о маршрутизации пакета на основе таблицы маршрутизации, которая хранится в оперативной памяти данного узла. Таблицы маршрутизации существуют не только у маршрутизаторов с несколькими интерфейсами, но и у рабочих станций, подключаемых к сети через сетевой адаптер. Таблицу маршрутизации в системе Windows можно посмотреть по команде route print. Каждая таблица маршрутизации содержит набор записей. Записи могут формироваться различными способами:

записи, созданные автоматически системой на основе конфигурации протокола TCP/IP на каждом из сетевых адаптеров;
статические записи, созданные командой route add или в консоли службы Routing and Remote Access Service ;
динамические записи, созданные различными протоколами маршрутизации (RIP или OSPF).

Рассмотрим два примера: таблицу маршрутизации типичной рабочей станции, расположенной в локальной сети компании, и таблицу маршрутизации сервера, имеющего несколько сетевых интерфейсов.

Рабочая станция.

В данном примере имеется рабочая станция с системой Windows XP, с одним сетевым адаптером и такими настройками протокола TCP/IP: IP-адрес -192.168.1.10, маска подсети - 255.255.255.0, основной шлюз - 192.168.1.1.

Введем в командной строке системы Windows команду route print, результатом работы команды будет следующий экран (рис. 4.6 ; в скобках приведен текст для английской версии системы):

Рис. 4.6.

Список интерфейсов - список сетевых адаптеров, установленных в компьютере. Интерфейс MS TCP Loopback interface присутствует всегда и предназначен для обращения узла к самому себе. Интерфейс Realtek RTL8139 Family PCI Fast Ethernet NIC - сетевая карта.

Сетевой адрес - диапазон IP-адресов, которые достижимы с помощью данного маршрута.

Маска сети - маска подсети, в которую отправляется пакет с помощью данного маршрута.

Адрес шлюза - IP-адрес узла, на который пересылаются пакеты, соответствующие данному маршруту.

Интерфейс - обозначение сетевого интерфейса данного компьютера, на который пересылаются пакеты, соответствующие маршруту.

Метрика - условная стоимость маршрута. Если для одной и той же сети есть несколько маршрутов, то выбирается маршрут с минимальной стоимостью. Как правило, метрика - это количество маршрутизаторов, которые должен пройти пакет, чтобы попасть в нужную сеть.

Проанализируем некоторые строки таблицы.

Первая строка таблицы соответствует значению основного шлюза в конфигурации TCP/IP данной станции. Сеть с адресом "0.0.0.0" обозначает "все остальные сети, не соответствующие другим строкам данной таблицы маршрутизации".

Вторая строка - маршрут для отправки пакетов от узла самому себе.

Третья строка (сеть 192.168.1.0 с маской 255.255.255.0) - маршрут для отправки пакетов в локальной IP-сети (т.е. той сети, в которой расположена данная рабочая станция).

Последняя строка - широковещательный адрес для всех узлов локальной IP-сети.

Последняя строка на рис. 4.6 - список постоянных маршрутов рабочей станции. Это статические маршруты, которые созданы командой route add. В данном примере нет ни одного такого статического маршрута.

Теперь рассмотрим сервер с системой Windows 2003 Server, с тремя сетевыми адаптерами:

Адаптер 1 - расположен во внутренней сети компании (IP-адрес - 192.168.1.10, маска подсети - 255.255.255.0);
Адаптер 2 - расположен во внешней сети Интернет-провайдера ISP-1 (IP-адрес - 213.10.11.2, маска подсети - 255.255.255.248, ближайший интерфейс в сети провайдера - 213.10.11.1);
Адаптер 3 - расположен во внешней сети Интернет-провайдера ISP-2 (IP-адрес - 217.1.1.34, маска подсети - 255.255.255.248, ближайший интерфейс в сети провайдера - 217.1.1.33).

IP-сети провайдеров - условные, IP-адреса выбраны лишь для иллюстрации (хотя вполне возможно случайное совпадение с какой-либо существующей сетью).

Кроме того, на сервере установлена Служба маршрутизации и удаленного доступа для управления маршрутизацией пакетов между IP-сетями и доступа в сеть компании через модемный пул.

В данном случае команда route print выдаст таблицу маршрутизации, изображенную на рис. 4.7 .

Рис. 4.7.

В таблице в списке интерфейсов отображены три сетевых адаптера разных моделей, адаптер обратной связи (MS TCP Loopback interface ) и WAN (PPP/SLIP) Interface - интерфейс для доступа в сеть через модемный пул.

Отметим особенности таблицы маршрутов сервера с несколькими сетевыми интерфейсами.

Первая строка похожа на первую строку в таблице рабочей станции. Она также соответствует значению основного шлюза в конфигурации TCP/IP данной станции. Заметим, что только на одном интерфейсе можно задавать параметр "Основной шлюз". В данном случае этот параметр был задан на одном из внешних интерфейсов (это же значение отражено и в конце таблицы в строке "Основной шлюз").

Как и в рабочей станции, для каждого интерфейса есть маршруты как для unicast -пакетов, так и для широковещательных (broadcast) для каждой подсети.

Во второй строке содержится статический маршрут, сконфигурированный в консоли , для пересылки пакетов в сеть196.15.20.16/24.

Поддержка таблиц маршрутизации.

Есть два способа поддержки актуального состояния таблиц маршрутизации: ручной и автоматический.

Ручной способ подходит для небольших сетей. В этом случае в таблицы маршрутизации вручную заносятся статические записи для маршрутов. Записи создаются либо командой route add, либо в консоли Службы маршрутизации и удаленного доступа .

В больших сетях ручной способ становится слишком трудоемким и чреват ошибками. Автоматическое построение и модификация таблиц маршрутизации производится так называемыми "динамическими маршрутизаторами" . Динамические маршрутизаторы отслеживают изменения в топологии сети, вносят необходимые изменения в таблицы маршрутов и обмениваются данной информацией с другими маршрутизаторами, работающими по тем же протоколам маршрутизации. В Windows Server реализована динамическая маршрутизация в Службе маршрутизации и удаленного доступа . В данной службе реализованы наиболее распространенные протоколы маршрутизации - протокол RIP версий 1 и 2 и протокол OSPF.

Разделение на подсети позволяет создать множество логических сетей из единственного блока адреса. Так как мы используем маршрутизатор для соединения этих сетей друг с другом, у каждого интерфейса на маршрутизаторе должен быть уникальный сетевой ID. Каждый узел с этим идентификатором находится в той же самой сети.

Мы создаем подсети путем использования одного или более хостовых битов в качестве сетевых битов. Это делается расширением маски, заимствовуя некоторые из битов от хостовой части адреса, чтобы создать дополнительные сетевые биты. Чем больше используется хостовых битов, тем больше подсетей можно определить. С каждым заимствованным битом мы удваиваем число доступных подсетей. Например, если мы заимствуем 1 бит, мы можем определить 2 подсети. Если мы заимствуем 2 бита, у нас может быть 4 подсети. Однако, с каждым заимствованным битом, все меньше адресов узлов доступно для подсети.

У маршрутизатора A на рисунке есть два интерфейса для соединения двух сетей. При наличии блок адресов 192.168.1.0 / 24, мы создадим две подсети. Мы заимствуем один бит от хостовой части, используя 255.255.255.128 вместо исходной маски 255.255.255.0. Старший значащий бит в последнем октете используется, чтобы различать эти две подсети. Для одной из подсетей это бит "0", а для другой подсети это бит "1".

Формула для вычисления подсетей

Используйте эту формулу, чтобы вычислить число подсетей:

2^n, где n - число заимствованных битов

В этом примере вычисление происходит так:

2^1 = 2 подсети

Число узлов

Чтобы определить количество узлов на одну сеть, мы используем формулу 2^n - 2 где n - число битов, оставленных для хостов.

Применим эту формулу: (2^7 - 2 = 126) - отсюда видно, что у каждой из этих подсетей может быть 126 узлов.

Для каждой подсети исследуйте последний октет в двоичной записи. Значения этих октетах для этих двух сетей:

Подсеть 1: 0 0000000 = 0

Подсеть 2: 1 0000000 = 128

См. на рисунке схему адресации для этих сетей.

его можно было использовать для разрешения адресов в различных сетях. Фактически ARP можно использовать с произвольными физическими адресами и сетевыми протоколами. Протокол ARP предполагает, что каждое устройство знает как свой IPадрес, так и свой физический адрес. ARP динамически связывает их и заносит в специальную таблицу, где хранятся пары IP-ад- рес – физический адрес (обычно каждая запись в ARP-таблице имеет время жизни 10 мин.). Эта таблица хранится в памяти компьютера и называется кэш протокола ARP (ARP-cache).

Работа протокола ARP заключается в отправке сообщений между сетевыми узлами:

ARP Request (запрос ARP) - широковещательный запрос, отправляемый на физическом уровне модели TCP/IP, для определения MAC-адреса узла, имеющего конкретный IP-адрес;

ARP Reply (ответ ARP) - узел, IP-адрес которого содержится в ARP-запросе, отправляет узлу, пославшему ARPзапрос, информацию о своем MAC-адресе;

RARP Request, или Reverse ARP Request (обратный

ARP-запрос) - запрос на определение IP-адреса по известному MAC-адресу;

RARP Reply, или Reverse ARP Reply (обратный ARP-

ответ) - ответ узла на обратный ARP-запрос.

9.1.3.1. Разбиение сетей на подсети с помощью маски подсети

ные сети (supernetting).

Рассмотрим на примере разбиение сети 192.168.1.0/24 (сеть класса C) на более мелкие подсети.

В исходной сети в IP-адресе 24 бита относятся к идентификатору сети и 8 бит - к идентификатору узла. Используем маску подсети из 27 бит, или, в десятичном обозначении, - 255.255.255.224, в двоичном обозначении - 11111111 11111111 11111111 11100000. Полученное разбиение приведено в таблице 9.3.

		Таблица 9.3
Разбиение сети 192.168.1.0/24 на подсети

	Диапазон IP-	Широковещательный
		адрес в подсети
		адрес в подсети








192.168.1.128/27	192.168.1.129–

192.168.1.160/27	192.168.1.161–

192.168.1.192/27	192.168.1.193–

192.168.1.224/27	192.168.1.225–

IP-адреса в данных подсетях будут иметь структуру, приведенную на рисунке 9.5.

Рис. 9.5. Структура IP-адресов в подсетях сети 192.168.1.0/24

Аналогично можно с помощью маски подсети объединить мелкие сети в более крупные.

Например, IP-адреса сети 192.168.0.0/21 будут иметь следующую структуру, приведенную на рисунке 9.6.

Рис. 9.6. Структура IP-адресов сети 192.168.0.0/21

Диапазон IP-адресов данной сети: 192.168.0.1– 192.168.7.254 (всего - 2046 узлов), широковещательный адрес подсети - 192.168.7.255.

Преимущества подсетей внутри частной сети:

разбиение больших IP-сетей на подсети (subnetting) позволяет снизить объем широковещательного трафика (маршрутизаторы не пропускают широковещательные пакеты);

объединение небольших сетей в более крупные сети (supernetting) позволяет увеличить адресное пространство с помощью сетей более низкого класса;

изменение топологии частной сети не влияет на таблицы маршрутизации в сети Интернет (хранят только маршрут с общим номером сети);

размер глобальных таблиц маршрутизации в сети Интернет не растет;

администратор может создавать новые подсети без необходимости получения новых номеров сетей.

Старшие биты IP-адреса используются рабочими станция-

ми и маршрутизаторами для определения класса адреса. После того как класс определен, устройство может однозначно вычислить границу между битами, использующимися для идентификации номера сети, и битами номера устройства в этой сети. Однако при разбиении сетей на подсети или при объединении сетей для определения границ битов, идентифицирующих номер подсети, такая схема не подходит. Для этого как раз и используется 32-битная маска подсети, которая помогает однозначно определить требуемую границу. Напомним, что для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения.

Компьютеры большинства компаний и небольших фирм объединяют в единую сеть. Таким способом можно упростить обмен данными между узлами, разворачивать серверные приложения на мощном компьютере в сети, с которым взаимодействуют все подключенные устройства, и при этом обеспечить доступ в интернет. Но часто возникает необходимость объединять несколько устройств в отдельную сеть. Для этого следует знать, как разделить сеть на подсети, не меняя ее архитектуру.

Разделение сети на подсети самостоятельно

Поскольку большинство организаций не используют сети класса B, в рамках которых могут быть соединены между собой 65534 устройства, рассмотрим пример разделения сетей класса C. Наиболее распространенный вариант разбиения – с помощью маски.

Маска подсети — это цифровой шаблон, с помощью которого можно определить принадлежность устройства, обладающего уникальным адресом (IP), к той или иной подсети. Данный шаблон может быть представлен в двух видах: в десятичном и двоичном видах. Но последний на практике не используют, однако общее число единиц в записи суммируют и указывают через дробь в конце десятичной записи.

Например, 192.168.109.0/32, где число 32 характеризует сумму единиц в двоичной записи.

Предположим, существует сеть, в состав которой входит некоторое количество компьютеров, 3 свитча (коммутатора) и 3 маршрутизатора.

Провайдером была выделена сеть 192.168.0.0/24.

Разделим ее на 6 подсетей, при этом число устройств в каждой будет различным: 100, 50, 20, 2, 2, 2. Деление начинают с участка, к которому подключено наибольшее число устройств. Как видно, короткая запись маски – 24, что означает, что ее можно представить в таком виде: 255.255.255.0.

Чтобы разбить сеть на 2 подсети, необходимо сменить маску с «24» на «25» и применить ее к сети. В созданных подсетях 192.168.0.0/25 и 192.168.0.128/25 для IP узлов выделено 7 бит. Число доступных адресов можно рассчитать следующим способом: 2^7-2 = 126, что больше 100.

Теперь разделим подсеть 192.168.0.128/25 на 2 подсети, для чего используем маску 26. Число доступных адресов – 2^6-2 = 62, поскольку теперь для адресов устройств выделено 6 бит. В итоге получили 2 подсети: 192.168.0.128/26 и 192.168.0.192/26.

Подобным способом используем маску 27 для очередного деления на 2 подсети. Число устройств – 2^5-2 = 30, что больше 20. Получаем подсети 192.168.0.192/27 и 192.168.0.224/27.

Для создания 3 подсетей с подключенными по 2 устройства к каждой, из общего IP-адреса достаточно выделить всего 2 бита под адреса. Общее число бит в IP-адресе – 32. Получаем маску: 32-2=30. Применяем ее для сети 192.168.0.224, получаем 3 новых подсети: 192.168.0.224/30, 192.168.0.228/30, 192.168.0.232/30.

Таким способом сеть была поделена на 6 подсетей. Однако можно значительно упростить задачу, воспользовавшись одним из онлайн-сервисов.

Данный онлайн-сервис позволяет разделить сеть на требуемое число подсетей с использованием сетевой маски. На странице содержится форма, с несколькими полями. В первом требуется ввести адрес исходной сети, указав через «/» биты маски. Чтобы изменить количество подсетей, необходимо найти на форме поле с соответствующим названием и ввести требуемое значение, зафиксировать его нажатием на «Изменить». Форма примет вид с определенным числом подсетей, которые характеризуются буквенным обозначением («Название») и числом устройств («Размер»). Необходимо заполнить поля «Размер» в зависимости от требуемого числа устройств в подсетях и нажать кнопку «Отправить».

Разделить сеть на подсети онлайн — http://www.vlsm-calc.net/?lang=ru

В результате будет представлена таблица с адресами подсетей, диапазонами выделенных адресов, масками, выраженными в десятичном и двоичном видах, именами подсетей и выделенными размерами (числом доступных адресов для устройств). Также пользователю будет предоставлена информация об эффективности использования пространства адресов, выраженной в процентах.

Администраторы часто используют деление сетей с целью упрощения взаимодействия с устройствами, подключенными к ней. Представленный способ расчета не является сложным, но можно значительно сэкономить время, воспользовавшись онлайн-сервисом.