Кафедра КИ, ДонНТУ |
Курс «Компьютерные сети» |
Лекция 5 – Эталонная модель OSI. IP-адресация |
11 |
|
|
|
|
по отношению к сети узлы по-прежнему используют маску подсети по умолчанию для взаимодействия с узлами внутри сети. Обе версии показаны на рис. 6 и 7.
Рисунок 6 – Не разбитое на подсети адресное пространство класса В
Показанное на рис. 6 исходное адресное пространство класса В, состоящее из единственной подсети, может содержать максимум 65 534 узла, а новая маска подсети (рис. 6) позволяет разделить адресное пространство на 256 подсетей, в каждой из которых можно разместить до 254 узла.
Рисунок 7 – Разбитое на подсети адресное пространство класса В
Преимущества разбиения на подсети
Разбиение на подсети часто используют для обеспечения соответствия физической и логической топологии сети или для ограничения широковещательного трафика. Другие несомненные преимущества: более высокий уровень защиты (благодаря ограничению неавторизованного трафика маршрутизаторами) и упрощение администрирования (благодаря передаче управления подсетями другим отделам или администраторам).
Соответствие физической топологии. Допустим, вам поручили спроектировать университетскую сеть, состоящую из 200 узлов, распределенных в четырех здани-
ях – Voter Hall, Twilight Hall, Monroe Hall и Sunderland Hall. В каждом здании пла-
Кафедра КИ, ДонНТУ |
Курс «Компьютерные сети» |
Лекция 5 – Эталонная модель OSI. IP-адресация |
12 |
|
|
|
|
нируется разместить по 50 узлов. Если интернет-провайдер выделил адрес
208.147.66.0 класса С, вам доступны адреса 208.147.66–208.147.66.254. Однако из-за размещения в четырех физически отделенных зданиях, узлы не могут обмениваться данными по локальной сети. Расширив маску подсети на 2 бита (то есть позаимствовав их у идентификатора узла), сеть разбивают на четыре логические подсети, а для связи устанавливается маршрутизатор.
Ограничение широковещательного трафика. Широковещание – рассылка сообщений с одного компьютера на все расположенные в локальном сегменте устройства. Широковещание существенно нагружает ресурсы, поскольку занимает полосу пропускания и требует участия всех сетевых адаптеров и процессоров логического сегмента сети.
Маршрутизаторы блокируют широковещание и защищают сети от излишнего трафика. Поскольку маршрутизаторы также определяют логические ограничения подсетей, разбиение на подсети позволяет косвенно ограничивать широковещательный трафик в сети.
Определение максимального количества узлов в сети
Зная сетевой адрес, определить максимальное количество узлов в сети просто: надо возвести 2 в степень, равную количеству битов в идентификаторе узла и вычесть 2. Например, в сетевом адресе 192.168.0.0/24 под идентификатор узла отведено 8 бит, поэтому возможное максимальное число узлов 25 2 = 254.
Количество узлов в подсети. Количество идентификаторов узлов в подсети определяется также, как и узлов в сети – оно равно 2x–2, где х – количество бит в идентификаторе узла. Например, в адресе 172.16.0.0/24 резервируется 8 бит под идентификатор узла, поэтому число узлов в подсети равно 2x– 2, то есть 254. Для вычисления количества узлов во всей сети умножают полученный результат на количество подсетей. В нашем примере адресное пространство 172.16.0.0/24 даст 254 се-
тей * 256 узлов = 65 024.
Конфигурируя адресное пространство и маски подсети в соответствии с требованиями сети, необходимо убедиться, что на идентификатор узла отведено достаточно бит с учетом возможного увеличения количества узлов в подсети в будущем.
Определение диапазонов адресов подсети
Десятично-точечная форма маски подсети позволяет определить диапазоны IP-адресов в каждой подсети простым вычитанием из 256 числа в соответствующем октете маски. Например, в сети класса С с адресом 207.209.68.0 с маской подсети 255.255.255.192 вычитание 192 из 256 даст 64. Таким образом, новый диапазон начинается после каждого 64 адреса: 207.209.68.0-207.209.68.63, 207.209.68.64-
207.209.68.127 и т.д.
В сети класса В 131.107.0.0 с маской подсети 255.255.240.0 вычитание 240 из 256 дает 16. Следовательно, диапазоны адресов подсетей группируются по 16 в тре-
Кафедра КИ, ДонНТУ |
Курс «Компьютерные сети» |
Лекция 5 – Эталонная модель OSI. IP-адресация |
13 |
|
|
|
|
тьем октете, а четвертый октет принимает значения из диапазона 0–255: 131.107.0.0– 131.107.15.255, 131.107.16.0–131.107.31.255 и т.д.
Необходимо помнить, что узлам нельзя назначать идентификаторы из одних нулей или единиц, так что исключаются первый и последний адрес каждого диапазона.
6.Проблемы классической схемы
Всередине 80-х годов интернет впервые столкнулся с проблемой переполнения таблиц магистральных маршрутизаторов. Решение, однако, было быстро найдено – подсети устранили проблему на несколько лет. Но уже в начале 90-х к проблеме большого количества маршрутов прибавилась нехватка адресного пространства. Ограничение в 4 миллиарда адресов, заложенное в протокол и казавшееся недосягаемой величиной, стало весьма ощутимым.
Вкачестве решения проблемы были одновременно предложены два подхода – один на ближайшее будущее, другой комплексный и долгосрочный. Первое решение – это внедрение протокола бесклассовой маршрутизации (CIDR), к которому позже присоединилась система NAT.
Долгосрочное решение – это протокол IP следующей версии. Он обозначается,
как IPv6, или IPng (Internet Protocol next generation). В этой реализации протокола длина адреса увеличена до 16-ти байтов (128 бит), исключены некоторые элементы действующего протокола, которые оказались неиспользуемыми.
Маска подсети переменной длины VLSM (Variable Length Subnet Mask)
Традиционно все узлы и маршрутизаторы организации используют одну маску подсети. В этом случае сеть может разбиваться на подсети, в которых максимальное количество идентификаторов узлов одинаковое. Однако поддержка масок подсети переменной длины (variable-length subnet mask, VLSM) позволяет маршру-
тизаторам обслуживать разные маски. Чаше всего VLSM применяют для разбиения на подсети самих подсетей.
Общая схема разбиения сети на подсети с масками переменной длины такова: сеть делится на подсети максимально необходимого размера. Затем некоторые подсети делятся на более мелкие, и рекурсивно далее, до тех пор, пока это необходимо.
Кроме того, технология VLSM, путем скрытия части подсетей, позволяет уменьшить объем данных, передаваемых маршрутизаторами. Так, если сеть 12/8 конфигурируется с расширенным сетевым префиксом /16, после чего сети 12.1/16 и 12.2/16 разбиваются на подсети /20, то маршрутизатору в сети 12.1 незачем знать о подсетях 12.2 с префиксом /20, ему достаточно знать маршрут на сеть 12.1/16.
Таблица 4 – Параметры маски подсети класса С (статические)
Кафедра КИ, ДонНТУ |
Курс «Компьютерные сети» |
Лекция 5 – Эталонная модель OSI. IP-адресация |
14 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сетевой адрес |
Число подсетей |
Число узлов в подсети |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
208.147.66.0/24 |
1 |
254 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
208.147.66.0/25 |
2 |
126 |
|
|
|
|
208.147.66.0/26 |
4 |
62 |
|
|
|
|
208.147.66.0/27 |
8 |
30 |
|
|
|
|
208.147.66.0/28 |
16 |
14 |
|
|
|
|
208.147.66.0/29 |
32 |
6 |
|
|
На рис. 8 показано, как с помощью VLSM построить 3 сети с 100, 50 и 20 узлами соответственно.
Подсеть А: 50 компьютеров
Идентификатор подсети: 10
Подсеть А: |
208.147.66.128/26 |
Подсеть С: |
|
||
100 компьютеров |
|
20 компьютеров |
Идентификатор подсети: 0 |
|
Идентификатор подсети: 110 |
208.147.66.128/25 |
|
208.147.66.128/27 |
|
Маршрутизатор |
|
|
0/24.66.147.208 |
|
Internet |
Рисунок 8 – VLSM дает дополнительную гибкость при разбиении на подсети
Бесклассовая междоменная маршрутизация CIDR
(Classless Inter-Domain Routing)
Появление этой технологии было вызвано резким увеличением объема трафика в Internet и, как следствие, увеличением количества маршрутов на магистральных маршрутизаторах. Так, если в 1994 году, до развертывания CIDR, таблицы маршрутизаторов содержали до 70 000 маршрутов, то после внедрения их количество сократилось до 30 000. На сентябрь 2002, количество маршрутов перевалило за отметку 110 000! Можете себе представить, сколько маршрутов нужно было бы держать в таблицах сегодня, если бы не было CIDR!
Что же представляет собой эта технология? Она позволяет уйти от классовой схемы адресации, эффективней использовать адресное пространство протокола IP. Кроме того, CIDR позволяет агрегировать маршрутные записи. Одной записью в таблице маршрутизатора описываются пути ко многим сетям.
Кафедра КИ, ДонНТУ |
Курс «Компьютерные сети» |
Лекция 5 – Эталонная модель OSI. IP-адресация |
15 |
|
|
|
|
Суть технологии CIDR состоит в том, что каждому поставщику услуг Internet (или, для корпоративных сетей, какому-либо структурно-территориальному подразделению) должен быть назначен неразрывный диапазон IP-адресов. При этом вводится понятие обобщенного сетевого префикса, определяющего общую часть всех назначенных адресов. Соответственно, маршрутизация на магистральных каналах может реализовываться на основе обобщенного сетевого префикса. Результатом является агрегирование маршрутных записей, уменьшение размера таблиц маршрутных записей и увеличение скорости обработки пакетов.
По своей сути технология CIDR родственна VLSM. Только если в случае с VLSM есть возможность рекурсивного деления на подсети, невидимые извне, то CIDR позволяет рекурсивно адресовать целые адресные блоки.
Использование CIDR позволило разделить интернет на адресные домены, внутри которых передается информация исключительно о внутренних сетях. Вне домена используется только общий префикс сетей. В результате многим сетям соответствует одна маршрутная запись
Сложение маршрутов путем создания надсетей
Итак, чтобы предотвратить истощение доступных идентификаторов сетей старших классов, организации, ответственные за адресацию в Интернете, предложили схему, называемую созданием надсетей (supernetting), согласно которой несколько сетей (маршрутов) можно объединить в единую более крупную сеть. Надсети позволяют эффективнее управлять выделением участков адресного пространства.
Как работают надсети
Надсети отличаются от подсетей тем, что заимствуют биты идентификатора сети и маскируют их как идентификатор узла. Допустим, интернет-провайдер выделил блок из 8 адресов сети: 207.46.168.0 – 207.46.175.0. Если определить на маршрутизаторах провайдера и всех узлов сети маску подсети /21 (вместо /24 по умолчанию), все сети будут казаться единственной сетью из-за того, что их идентификаторы (урезанные до 21 бита) будут выглядеть одинаково (рис. 9).
Кафедра КИ, ДонНТУ |
Курс «Компьютерные сети» |
Лекция 5 – Эталонная модель OSI. IP-адресация |
16 |
|
|
|
|
Рисунок 9 – Заимствование битов индентификатора сети для кодирования узлов
Использование бесклассовой междоменной маршрутизации
CIDR – это эффективный метод поддержки надсетей с помощью таблиц маршрутизации. Не будь CIDR, в таблицах маршрутизации следовало бы размешать отдельные записи для каждой сети в надсети, а так вся надсеть представляется одной записью.
Рисунок 10 – Применение CIDR
Выделенные региональными регистраторами Интернета или интернетпровайдерами блоки адресов надсети часто называют CIDR-блоками, а термин CIDR часто используется для обозначения самих надсетей.
Кафедра КИ, ДонНТУ |
Курс «Компьютерные сети» |
Лекция 5 – Эталонная модель OSI. IP-адресация |
17 |
|
|
|
|
7. Будущее адресного пространства
Использование CIDR для выделения адресов даст новую жизнь идентификаторам сети. CIDR-блок из предыдущего примера (131.107.0.0, 255.255.248.0) можно рассматривать двояко:
как блок 8 адресов сетей класса С;
как адресное пространство, в котором зафиксирован 21 бит, а 11 битов доступны для изменения.
Во втором случае идентификаторы сети освобождаются от «классовой наследственности» и становятся частью бесклассового пространства IP-адресов. Каждый идентификатор сети независимо от длины представляет адресное пространство, в котом биты идентификатора сети зафиксированы, а биты узла можно менять. Биты узла можно использовать в качестве идентификаторов узлов или в других целях (допустим, для организации подсетей) и таким образом наилучшим образом удовлетворить потребности организации в поддержке сетей.