Простые способы организации подсетей

Организацией подсетей называется процедура разбивки крупной сети на меньшие, более управляемые компоненты. Прежде чем перейти к изучению арифметических и логических операций, которые применяются при организации подсетей, необходимо рассмотреть, для чего предназначен этот метод формирования сетей. Как вы могли уже заметить, между IP- адресами класса С и класса В существует большое различие в части допустимого количества хостов в каждой сети. Столь же значительное различие существует между адресами класса В и класса А. Но что если организации необходимо адресовать в сети только 1000 хостов? Ей потребуется получить адрес сети класса В даже несмотря на то, что свыше 64000 адресов останутся неиспользованными Кроме того, как определить, какое количество хостов имеет смысл поддерживать в одной плоской, не маршрутизируемой сети? Можно ли успешно подключить 65000 компьютеров к одной сети без использования каких-либо каналов распределенной сети? Подумайте об этом. Неужели вы считаете, что действительно можно связать 65000 компьютеров с помощью одного сегмента Ethernet, длина которого не может превышать 500 метров? В связи с тем, что такая проблема действительно существует, должен быть предусмотрен способ разделения крупной сети на несколько подсетей. Именно этот принцип лежит в основе способа организации подсетей.

Организация подсетей осуществляется успешно благодаря тому, что в ее основе лежит двоичная арифметика. С помощью маски подсети мы можем “заимствовать" биты из части IP-адреса с обозначением хоста и присоединять их к части с обозначением сети. В результате количество возможных номеров сетей увеличивается, а количество номеров хостов уменьшается. Пример выполнения такой операции показан на рис.1.

Метод организации подсетей позволяет разбить одну большую сеть на меньшие сети, которые являются более подходящими для того количества хостов, которые можно успешно включить в один широковещательный домен. Например, предположим, что компания зарегистрировала сеть класса В с адресом 190.1.0.0. При использовании маски, предусмотренной по умолчанию (которая является 16-битовой, или равна 255.255.0.0), в компании можно сформировать только одну сеть примерно с 65000 хостами. Но предположим, что компания имеет около 200 производственных площадок, на каждой из которых находится не больше 200 хостов. Поэтому фактически компания сможет использовать только несколько сотен адресов класса С.

Рис.1. Заимствование битов

К счастью, с помощью метода организации подсетей компания может разбить свой адрес сети класса В на 254 адреса сети, соответствующих классу С. Для этого сети присваивается вместо 16-битовой маски 24-битовая маска (255.255.255.0). Если операция “И" выполняется с использованием 24-битовой маски, то при обработке адреса типа 190.1.1.1 обнаруживается, что адрес сети равен 190.1.1.0, а не 190.1.0.0. как было бы при использовании 16-битовой маски В результате создается сеть, аналогичная показанной на рис.2.

Для изучения более реалистичного примера предположим, что компания разбивает широковещательные домены своей сети по этажам. Главное здание имеет 48 этажей и позволяет разместить на каждом этаже около 600 пользователей, а также примерно 150 всевозможных сетевых устройств, работающих по протоколу IP (принтеров, управляемых коммутаторов, IP-телефонов и т.д.). Поэтому требуется, по меньшей мере, 48 подсетей, поддерживающих не меньше 750 хостов в расчете на одну подсеть. Для выполнения этой задачи можно разбить IP-адрес сети класса В на подсети с помощью 22-битовой маски (255.255.252.0). Такая операция позволяет использовать шесть битов для обозначения адреса подсети (62 возможные подсети) и десять битов — для обозначения адреса хоста (1022 возможных адресов хостов). Применяемые при этом двоичные операции проще, чем кажется на первый взгляд.

Рис.2.

Для определения того, какое количество подсетей и хостов позволяет получить определенная комбинация IP-адреса и маски подсети, необходимо вначале преобразовать этот адрес и применяемую по умолчанию маску подсети в двоичные числа, затем провести черту, называемую линией обозначения сети (или просто линией сети), после части адреса сети (обозначенной последней единицей в применяемой по умолчанию маске подсети). После этого нужно определить, какое количество битов требуется для получения необходимого количества подсетей. В данном случае требуется шесть битов, так как пять битов позволяют получить только 30 подсетей (2⁵ - 2). Затем необходимо добавить шесть битов (шесть дополнительных единиц) к маске подсети и провести вторую черту, называемую линией обозначения подсети (или просто линией подсети). Все, что находится слева от этой линии (вплоть до линии сети), обозначает адрес подсети. А все, что находится справа от этой линии, обозначает адрес хоста. Пример применения этой процедуры приведен на рис.3.

Рис.3. Процесс определения маски.

Следует отмстить, что при выборе маски подсети разрешается использовать только маску с подряд идущими (слева) единицами. Иными словами, маска подсети, равная 01010011 (83), применяться не может, а маска подсети 11110000 (248) является допустимой. В связи с этим имеется только девять допустимых двоичных комбинаций в каждом октете: 00000000 (0), 10000000 (128), 11000000 (192), 11100000 (224), 111110000 (240), 11111000 (248), 11111100 (252), 11111110 (254) И 11111111 (255).

Для закрепления изложенного материала рассмотрим один пример. Предположим, что компания имеет блок адресов класса С (200.10.1.0), 6 зданий и меньше 30 хостов в каждом здании. Необходимо определить подходящую маску подсети для этой компании.

Вначале преобразуем IP-адрес и маску подсети в двоичные числа. Затем проведем первую черту (линию сети) после последней единицы в маске. Теперь необходимо определить, какое количество битов потребуется для получения необходимого количества подсетей и хостов. Мы можем воспользоваться только восемью битами (частью IP- адреса с обозначением хоста) и должны определить, сколько битов из восьми требуется для создания шести подсетей. Один бит позволяет создать две подсети (2ⁿ) за вычетом двух подсетей (с номерами, состоящими из всех нулей и всех единиц). Таким образом, с помощью одного бита невозможно создать какие-либо подсети и такое решение, безусловно, является неприемлемым. Два бита позволяют получить четыре подсети (2²) за вычетом двух подсетей (с номерами, состоящими из всех нулей и всех единиц); при этом остаются две возможные подсети, это уже лучше, но не то, что надо. Три бита позволяют создать восемь подсетей (2³) за вычетом двух подсетей! (подсети с номерами, состоящими из всех нулей и всех единиц); таким образом, остается шесть возможных подсетей, т.е. именно то, что требуется.

Рис.4.

Теперь необходимо убедиться в том, что в каждой подсети имеется достаточное количество хостов. Поскольку три бита в части адреса хоста отведены для подсети, для хоста остается пять битов (8 - 3 = 5). Пять битов позволяют адресовать 32 хоста минус 2 хоста, поэтому остается возможность адресовать 30 хостов в каждой подсети. Это — идеальное решение. Поэтому для данной сети используется 27-битовая маска (255.255.255.224).

Итак, процесс определения маски должен выполняться в пять ЭТАПОВ.

1. Преобразовать IP-адрес и маску, применяемую по умолчанию, в двоичные числа.

2. Провести черту после последней единицы (бита 1) в маске подсети. Все, что находится слева от этой черты, представляет собой базовый адрес сети.

3. Определить, какое количество битое требуется для получения необходимого количества подсетей. Увеличить количество единиц в маске подсети на эту величину.

4. Провести вторую черту после последней единицы в новой маске подсети. Все, что находится слева от этой черты до первой черты, представляет собой часа адреса с обозначением подсети, а все, что находится справа от нее, — это часть адреса с обозначением хост.

5. Убедиться в том, что количество оставшихся битов в маске позволяет адресовать достаточное количество хостов в каждой подсети.

После определения того, какая маска должна использоваться, на следующем этапе необходимо выяснить, какой перечень IP-адресов относится к каждой подсети. Этот этап является обязательным, поскольку необходимо знать, к какой подсети относится каждый конкретный IP-адрес. Если маска полсети является простой (такой как 255.255.255.0), то этот перечень определить несложно. Например, если имеется IP- адрес 172.16.1.1 с маской 2S5.255.255.0, то можно сразу же установить, что он относится к подсети с адресами от 172.16.1.1 до 172.16.1.254, не прибегая к двоичной арифметике. Кроме того, в этом случае можно легко определить, что хосты 172.16.200.1 и 172.16.50.1 находятся в разных подсетях. Но при использовании маски 255.255.224.0 уже не так легко узнать, что хосты 172.16.34.1 и 172.16.73.1 находятся в разных подсетях, а хосты 172.16.130.1 и 172.16.150.1 — в одной подсети В этом случае для определения начальных и конечных адресов подсетей необходимо выполнить некоторые вычисления с помощью двоичной арифметики. Теперь рассмотрим подробнее этот процесс.

Вначале необходимо взять IP-адрес и маску, преобразовать их в двоичные числа и провести две черты: линию сети (сразу после последней единицы в применяемой по умолчанию маске подсети, которая соответствует классу IP-адреса) и линию подсети (сразу после последней единицы в определяемой пользователем маске подсети). Этот первый этап подробно показан на рис.5.

Рис. 5. Этап 1 процесса определения перечня адресов подсетей.

Предостережение

Все, что находится слева от линии сети, не может быть изменено. Если вы измените какие-то биты в маске слева от этой линии, то получите совершенно иную сеть, a не просто другую подсеть.

Затем необходимо определить все возможные двоичные комбинации, которые могут быть получены при разных значениях битов в части адреса, соответствующей подсети. Например, если в части подсети имеется четыре бита, то возможные комбинации являются следующими: 0000 (0), 0001 (1), 0010 (2), 0011 (3), 0100 (4), 0101 (5), 0110 (6), 0111 (7), 1000 (8), 1001 (9), 1010 (10), 1011 (11), 1100 (12), 1101 (13), 1110 (14) и 1111 (15). Это - наши 16 подсетей. Но подсети со всеми нулями и всеми единицами в номере являются недействительными, поэтому подсети 0000 (0) и 1111 (15) должны быть исключены. Причина этого состоит в том, что подсеть со всеми нулями в номере обозначает базовый адрес сети, а подсеть со всеми единицами в номере соответствует широковещательной рассылке по «всем подсетям». В действительности исключение таких подсетей просто рекомендуется, а не является обязательным. После удаления этих двух подсетей остается 14 действительных подсетей, как показано на рис.6.

Рис. 6. Этап 2 процесса определения перечня адресов.

Теперь, после определения всех возможных двоичных комбинаций номеров подсетей, их необходимо связать с частью IP-адреса, как показано на рис. 7. Например, двоичная комбинация для первой допустимой подсети равна 0001. После соединения с оставшейся частью адреса (частью с обозначением хоста) она принимает вид 00010000. Таким образом, эта подсеть имеет базовый адрес 16 (0 + 0 + 0 + 16 + 0 + 0 + 0 + 0 = 16). Затем, оставляя неизменными части адреса с обозначением сети и подсети, необходимо определить перечень адресов хостов, относящихся к этой подсети, от первого адреса до последнего. Эта задача является весьма несложной: первым адресом является базовый адрес подсети (напомним, что в базовом адресе часть с обозначением хоста заполнена двоичными нулями), а последним — тот же базовый адрес, в котором часть с обозначением хоста заполнена двоичными единицами. В данном случае октет, в котором часть с обозначением хоста заполнена двоичными единицами (соответствующий последнему адресу), равен 00011111, или 31. Наконец, необходимо удалить первый и последний IP-адреса хостов, относящиеся к рассматриваемой подсети. Следует помнить, что первый адрес обозначает “данную сеть”, а последний является широковещательным адресом.

Рис.7. Этап 3 процесса определения перечня адресов.

Упрощенный метод (так называемый “легкий путь”)

К сожалению, действительно простого метода выбора части маски с обозначением подсети не существует. Но найти упрощенный метод определения допустимого диапазона IP-адресов очень легко. Он представляет собой четырехэтапный процесс, описанный ниже

1. Найти “интересующий октет. Таковым является октет, в котором значение маски не равно 0 или 255. Поэтому в маске подсети 255.255.192.0 интересующим октетом является третий (192).

2. Найти разницу между значениями интересующих октетов смежных диапазонов N (называемую также просто значением диапазона), вычтя значение интересующего октета из 256. В данном примере разница между диапазонами составит N = 256 - 192 = 64

3. Определить первый и последний адреса для каждой подсети, вначале установив значение интересующего октета, равное нулю, затем последовательно увеличивая это значение на N. Например, если базовым адресом сети является 172.16.0.0 с маской 255.255.192.0, то разница между диапазонами (значение диапазона) равна 64 и интересующим октетом является третий. По тому первая подсеть имеет диапазон адресов от 172.16.0.0 до 172.16.63.255, вторая – от 72.16.64.0 до 172.16.127.255 и т.д.

4. Наконец, удалить первую и последнюю подсети, а также первый и последний IР-адреса для каждой подсети.

Задание 1. Определение маски подсети

По условиям следующих заданий найдите маску подсети, позволяющую выполнить поставленные требования.

Задание 2. Определение диапазона адресов

Найдите диапазон допустимых IP-адресов для первых двух действительных подсетей, соответствующих отдельным условиям задачи.

Класс сети	Адрес	Маска
А	10.0.0.0	255.240.0.0
А	10.0.0.0	255.224.0.0
В	172.16.0.0	255.255.192.0
В	172.16.0.0	255.255.240.0
С	192.168.1.0	255.255.255.192
С	192.168.1.0	255.255.255.240

Дата добавления: 2014-01-15