Лабораторная работа №03-002 Основы ip- адресации. Подсети сетей различных классов Цель работы

Научится решать следующие задачи:

1. Отличать маски сети определенного класса по умолчанию и частные (пользовательские) маски подсетей

2. Определять адрес подсети по IP- адресу хоста и маске подсети

3. Исходя из заданных сетевых адресов и требований к количеству подсетей и хостов в них, определять необходимую маску подсети

4. Исходя из заданных сетевых адресов и маски подсети, определять количество подсетей и хостов в подсети, а так же допустимые для использования адреса подсетей и хостов

5. Определять, находится ли IP- адрес назначения в локальной сети, используя операцию сложения двоичных чисел

6. Определять допустимые и недопустимые IP- адреса хостов исходя из заданных адреса сети и маски подсети

Теоретические основы

Маски подсети можно использовать для разделения существующих сетей на подсети. Это полезно для решения следующих задач:

1. снижение размеров широковещательных доменов (broadcast domains) локальной сети (LAN) для уменьшения их загрузки,

2. обеспечение связи между географически разделенными локальными сетями,

3. разделение (сегментирование) сетей в целях повышения безопасности.

В отличие от масок подсетей по умолчанию, которые входят в определение класса сети, маски подсетей пользователя задаются администратором при распределении устройств по сетевым сегментам в конкретной вычислительной сети. При этом из исходного сетевого адреса, из его части, относящейся к хостам, занимаются несколько бит, которые присоединяются к адресу сети, а оставшиеся биты нумеруют хосты в такой вновь созданной подсети.

Рис. 1. Разделение сетей с использованием маски подсети.

Маршрутизаторы разделяют сетевые сегменты (Рис. 1) и определяют, в каких случаях пакеты следует перенаправлять из одной подсети в другую. Маски подсети помогают рабочим станциям, серверам и маршрутизаторам определить, находится ли устройство, для которого предназначен передаваемый в сеть пакет, в их собственной (локальной сети) или в другой сети (с которой устройство не имеет непосредственного соединения). Для этого каждое устройство перед отправкой пакета в сеть через определенный интерфейс определяет, совпадает ли адрес подсети, в которой он находится, с адресом подсети, в которую адресован пакет. Для этого производится: 1) побитовое умножение адреса интерфейса с маской подсети, заданной для него, 2) побитовое умножение адреса назначения с той же маской подсети (1&1=1, 1&0=0, 0&0=0). В результате получаются адреса подсетей. Если адреса совпадают, устройство назначения находится в одной подсети (в одном сетевом сегменте) с передающим устройством.

Другими словами использование подсетей позволяет при адресации на сетевом уровне в явном виде учитывать организацию сетевой инфраструктуры на канальном уровне (фактически – физическую структуру сети) и оптимизировать работу по доставке данных в сложных сетевых средах.

Маска сети «по умолчанию» ( т.е маска вида 255.0.0.0 или 255,255,0,0 или 255,255,255,0) не разбивает адресное пространство на подсети. В этом случае говорят, что подсетей нет. Хост X, отправляющий пакет, находится в сети 200.1.1.0 и имеет IP- адрес 200.1.1.5. Он отправляет пакет для хоста Z в сети 200.1.2.0, имеющего IP- адрес 200.1.2.8. Сегменты сети, построенные при помощи концентраторов (hub), соединены между собой маршрутизатором (router). Очевидно, что хосты находятся в разных сетях класса C. В соответствии с правилами American Registry for Internet Numbers адрес сети класса С занимает 3 старших октета IP- адреса. Один четвертый октет (8 бит) оставлен для нумерации хостов в сети. Их может быть не более 2⁸ -2= 256 - 2 = 254.

Если требуется разбить сеть класса С на более мелкие подсети, некоторое количество битов из части адреса, относящейся к хостам, выделяется для нумерации подсетей. Например, позаимствовав 2 бита, мы можем пронумеровать 4 подсети: 00, 01, 10, 11. Однако в классической схеме адресации была принята специальная интерпретация для полей, состоящих только из 0 или только из 1 (RFC-943). Поэтому первоначально (в RFC-950) такая же интерпретация была сохранена и для поля, нумерующего подсети. В этом случае заняв из четвертого октета сети класса С 2 старших бита мы сможем организовать только две подсети. В каждой может быть до 62 хостов. Следует помнить, что в современной схеме адресации (classless) допустимы все 4 подсети, а две подсети можно создать, заняв 1 старший бит четвертого октета. Две подсети с адресами 0 и 1 (маска 255.255.255.128) могут содержать по 126 хостов. Напомним, что маска подсети строится по следующему правилу: биты, адресующие сеть, равны 1, биты, адресующие хост, равны 0.

Из-за нехватки адресов и разрастания таблиц маршрутизации в Интернет выявились ограничения на эффективность использования IP-адресов и масок подсетей. Одним из решений данной проблемы стало введение бесклассовой междоменной маршрутизации (CIDR, Classless InterDomain Routing). Идея состоит в объединении оставшихся сетей класса С в блоки переменного размера. Кроме того, были изменены правила предоставления сетей класса С, в соответствии с которым весь мир был разделен на четыре зоны, каждой из которых была выделена часть адресного пространства сетей класса С:

Адреса от 194.0.0.0 до 195.255.255.255 – для Европы;

Адреса от 198.0.0.0 до 199.255.255.255 – для Северной Америки;

Адреса от 200.0.0.0 до 201.255.255.255 – для Центральной и Южной Америки;

Адреса от 202.0.0.0 до 203.255.255.255 – для Азии и Тихоокеанского региона.

Еще 320 млн. адресов класса С от 204.0.0.0 до 223.255.255.255 было зарезервировано на будущее, а сейчас используются, в том числе, в сетях России.

Преимущество данного решения состоит в том, что любой роутер за пределами Европы, получив пакет, адресованный 194.x.y.z, может просто переслать его стандартному европейскому шлюзу. Это позволяет 32 млн. адресов уплотнить в одну строку таблицы роутера. Дальнейшая маршрутизация потребует использования масок, но более организованное выделение адресов позволяет агрегировать их в таблицах маршрутизации.

При этом нет номеров подсетей, а только префиксы адресного пространства, нет масок подсетей, а только длина префикса.

Например, сеть 10.181.215.32 с маской 255.255.255.224 (бинарное представление маски

11111111.11111111.11111111.11100000) представляется как 10.181.215.32/27.