Сетевые технологии: IP-адреса, подсети и бесклассовая адресация CIDR
Понимание сетевых технологий крайне необходимо для настройки сложных сред, эффективного обмена информацией между серверами, управления нодами, а также при разработке безопасных сетевых политик.
Данная статья ознакомит вас с методами проектирования сетей и взаимодействия с компьютерами, которые подключены к сети. В частности здесь рассматриваются сетевые классы, подсети и CIDR-нотация для группирования IP-адресов.
Что такое IP-адрес?
Каждое устройство или место в сети должно иметь свой адрес – некоторое обозначение в рамках предопределенной системы адресов, по которому к этому устройству/месту можно получить доступ. В стандартной модели TCP/IP адресация обрабатывается на нескольких сетевых уровнях. Обычно в контексте сетевых технологий под сетевым адресом подразумевают IP-адрес.
IP-адреса позволяют получать сетевые ресурсы через сетевой интерфейс. Если один компьютер хочет установить связь с другим компьютером, он может передать информацию на IP-адрес удаленного компьютера. Если два компьютера находятся в одной сети и если компьютеры и устройства между ними могут преобразовывать сетевые запросы, компьютеры должны иметь возможность установить соединение и отправлять информацию.
Каждый IP-адрес должен быть уникальным в рамках своей сети. Сети можно изолировать, а можно соединить их между собой и преобразовать, чтобы обеспечить доступ к различным сетям. Преобразование сетевых адресов – это система, которая позволяет переписывать адреса пакетов, достигнувших границы сети, и передать их в указанное место назначения. Таким образом, один IP-адрес можно использовать в нескольких изолированных средах.
Разница между IPv4 и IPv6
Сегодня существует две версии протокола IP, которые широко применяются в системах. IPv4, четвёртая версия протокола, поддерживается большинством систем. Более новая версия, IPv6, набирает популярность благодаря улучшениям возможностей протокола и из-за нехватки доступных адресов IPv4 (проще говоря, сегодня в мире столько подключенных к сети устройств, что адресов IPv4 не хватает на всех).
Адреса IPv4 – 32-битные. Каждый байт, или 8-битовый сегмент адреса отделяется точкой и выражается числом в диапазоне 0-255. Несмотря на то, что эти числа обычно выражаются десятичным числом (чтобы упростить их восприятие), каждый сегмент называют октетом, чтобы выразить тот факт, что он представляет собой 8 бит.
Типичный адрес IPv4 выглядит примерно так:
Самым низким значением в октете является 0, а самым высоким – 255.
Также можно выразить этот адрес в двоичном коде, чтобы лучше понять строение адреса (в примере каждые 4 бита для удобочитаемости заменены пробелом, а точки пунктиром):
1100 0000 — 1010 1000 — 0000 0000 — 0000 0101
Оба приведённые выше формата выражают один и тот же адрес.
Несмотря на некоторые отличия в функциональности IPv4 и IPv6, наиболее заметным их отличием является адресное пространство. IPv6 выражает адреса как 128-битное число. Это означает, что IPv6 имеет в 7,9×1028 раз больше адресов, чем IPv4.
Чтобы выразить этот расширенный диапазон адресов, IPv6 обычно записывается как восемь сегментов из четырех шестнадцатеричных чисел. Шестнадцатеричные числа выражаются числами от 0 до 15, а также числами a-f (для более высоких значений). Типичный адрес IPv6 может выглядеть примерно так:
Этот адрес можно записать в компактном формате. Правила IPv6 позволяют удалять любые ведущие нули из каждого октета и заменять диапазоны обнуленных групп двойным двоеточием (: :).
К примеру, если в IPv6 есть такая группа:
Вы можете ввести просто:
Диапазон IPv6 с несколькими группами нулей:
можно сократить до:
Сокращение можно применять только один раз для каждого адреса, иначе полный адрес будет невозможно восстановить.
Сегодня всё чаще используется IPv6, но в остальных примерах статьи будут использоваться адреса IPv4, потому что с меньшим адресным пространством проще работать.
Классы и зарезервированные диапазоны IPv4
Обычно IP-адреса состоят из двух компонентов. Первая часть адреса определяет сеть, частью которой является адрес. Вторая часть используется для указания хоста в этой сети.
Граница между первым и вторым компонентом адреса определяется настройками сети.
Адреса IPv4 делятся на пять классов, предназначенных для дифференциации сегментов доступного адресного пространства IPv4. Они определяются первыми четырьмя битами каждого адреса. Вы можете определить, к какому классу принадлежит IP-адрес, просмотрев эти биты.
- Класс А: 0—. Если первый бит в адресе – 0, значит, адрес относится к диапазону А (это адреса от 0.0.0.0 до 127.255.255.255).
- Класс B: 10–. К этому классу относятся все адреса от 128.0.0.0 до 191.255.255.255. Это адреса, первый бит которых представлен единицей, а второй – нет.
- Класс C: 110-. Это адреса от 192.0.0.0 до 223.255.255.255. Их первые два бита представлены единицей, а третий – нет.
- Класс D: 1110. Первые три бита этого класса представлены единицей. Это адреса в диапазоне от 224.0.0.0 до 239.255.255.255.
- Класс Е: 1111. Это адреса в диапазоне от 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Этот класс включает в себя все адреса, которые начинаются с 1111.
Адреса класса D зарезервированы для многоадресных протоколов, которые позволяют отправлять пакет группе нод в одной транзакции. Адреса класса E зарезервированы для будущих или экспериментальных целей и в основном не используются.
Классы А-С по-разному разделяют компонент сети и компонент хоста.
Адреса класса A использовали оставшуюся часть первого октета для представления сети, а остальная часть адреса использовалась для определения хостов. Такой адрес было удобно использовать для определения нескольких сетей с большим количеством хостов.
Адреса класса B использовали первые два октета (остаток от первого и весь второй) для определения сети, а остальные – для определения хостов в каждой сети. Адреса класса C использовали первые три октета для определения сети, а последний октет – для определения хостов в этой сети.
Изначально разделение IP-пространства на классы применялось как решение проблемы быстрого исчерпания адресов IPv4 (вы можете иметь несколько компьютеров с одним и тем же хостом, если они находятся в разных сетях). Сегодня существуют более современные решения.
Зарезервированные частные диапазоны
Некоторые части пространства IPv4 зарезервированы для конкретных целей.
Один из самых полезных зарезервированных диапазонов – это диапазон кольцевой проверки, определяемый адресами от 127.0.0.0 до 127.255.255.255. Этот диапазон используется каждым хостом для тестирования сети. Обычно он выражается первым адресом в этом диапазоне: 127.0.0.1.
Каждый обычный класс также имеет диапазон, который используется для обозначения адресов частной сети. Например, для класса A это адреса от 10.0.0.0 до 10.255.255.255. Для класса B этот диапазон составляет 172.16.0.0 – 172.31.255.255. Для класса C это диапазон от 192.168.0.0 до 192.168.255.255.
Любой компьютер, не подключенный к Интернету напрямую (т. е. компьютер, который проходит через маршрутизатор или другую систему NAT), может использовать эти адреса по своему усмотрению.
Больше о зарезервированных адресах можно узнать в Википедии.
Сетевые маски и подсети
Подсети – это сети, которые получаются в результате процесса деления сети на более мелкие сетевые разделы. Подсети используются для различных целей и помогают изолировать группы хостов и управлять ними.
Как говорилось выше, каждое адресное пространство делится на сетевую часть и часть хоста. Часть адреса, которую каждый из них занимает, зависит от класса, которому принадлежит адрес.
Например, для адресов класса C первые 3 октета используются для описания сети: в адресе 192.168.0.15 часть 192.168.0 описывает сеть, а 15 – хост.
По умолчанию каждая сеть имеет только одну подсеть, которая содержит все адреса нод.
Сетевая маска – это спецификация количества адресных битов, которые используются для части сети. Маска подсети – это еще одна сетевая маска, используемая для дальнейшего разделения сети.
Каждый бит адреса, который считается значимым для описания сети, должен быть представлен в сетевой маске как 1.
Например, адрес 192.168.0.15 можно выразить в бинарном коде:
1100 0000 — 1010 1000 — 0000 0000 — 0000 1111
Идентификатор сети в адресах класса C – это первые 3 октета, или первые 24 бита. Поскольку эти биты важны и их нужно сохранить, сетевая маска будет выглядеть следующим образом:
1111 1111 — 1111 1111 — 1111 1111 — 0000 0000
В обычном формате IPv4 это будет выглядеть так:
Каждый бит, отмеченный в бинарном представлении сетевой маски нулём, считается идентификатором хоста и может изменяться. Биты, отмеченные единицей, постоянны (хотя в сети или подсети это не всегда так).
Определить сетевую часть адреса можно с помощью поразрядной операции AND между адресом и сетевой маской. Поразрядная операция AND сохраняет сетевую часть адреса и отбрасывает часть хоста. В результате рассматриваемый нами адрес будет выглядеть так:
1100 0000 — 1010 1000 — 0000 0000 — 0000 0000
Его можно выразить как 192.168.0.0. Спецификация хоста является отличием между этим исходным значением и частью хоста. В данном случае это «0000 1111» или 15.
Подсети берут часть пространства хоста адреса и использует его как дополнительную сетевую спецификацию для дальнейшего разделения адресного пространства.
Например, сетевая маска 255.255.255.0 оставляет 254 хоста в сети (0 и 255 использовать нельзя – они зарезервированы). Чтобы разделить это пространство на две подсети, можно использовать один бит части хоста адреса в качестве маски подсети.
Продолжим работать с предыдущим примером. Часть сети:
1100 0000 — 1010 1000 — 0000 0000
Первый бит хоста можно использовать для обозначения подсети. Для этого нужно настроить маску подсети, вместо:
1111 1111 — 1111 1111 — 1111 1111 — 0000 0000
1111 1111 — 1111 1111 — 1111 1111 — 1000 0000
В традиционной нотации IPv4 это будет выглядеть так:
Теперь первый бит последнего октета отмечен как важный для адресации в сети. Это создает две подсети. Первая подсеть будет в диапазоне от 192.168.0.1 до 192.168.0.127. Вторая подсеть содержит хосты 192.168.0.129 до 192.168.0.255. Традиционно сама подсеть не должна использоваться в качестве адреса.
Бесклассовая адресация CIDR
Система CIDR (Classless Inter-Domain Routing) была разработана в качестве альтернативы традиционным подсетям. С помощью CIDR вы можете добавить спецификацию самого IP-адреса в число значимых битов, составляющих часть маршрутизации или сети.
Например, выразить связь IP-адреса 192.168.0.15 с сетевой маской 255.255.255.0 можно с помощью CIDR-нотации 192.168.0.15/24. Это означает, что первые 24 бита указанного IP-адреса считаются значимыми для сетевой маршрутизации.
CIDR можно использовать для обозначения «суперсетей». В этом случае имеется в виду более широкий диапазон адресов, что невозможно при использовании традиционной маски подсети. Например, в сети класса C (в предыдущем примере) объединять адреса из сетей 192.168.0.0 и 192.168.1.0 нельзя, потому что сетевая маска для адресов класса C – 255.255.255.0.
CIDR-нотация позволяет объединить эти блоки, определив этот блок как 192.168.0.0/23. Это значит, что 23 бита используются для части сети.
Таким образом, первая сеть (192.168.0.0) может быть представлена в двоичном коде так:
1100 0000 — 1010 1000 — 0000 0000 — 0000 0000
А вторая сеть (192.168.1.0) – так:
1100 0000 — 1010 1000 — 0000 0001 — 0000 0000
CIDR-адрес значит, что 23 бита используются в адресной части сети. Это эквивалентно сетевой маске 255.255.254.0, или:
1111 1111 — 1111 1111 — 1111 1110 — 0000 0000
Как видите, в этом блоке 24-й бит может быть 0 или 1, и такой адрес все равно подойдёт, так как ля сетевой части важны только первые 23 бита.
В целом, CIDR позволяет контролировать адресацию непрерывных блоков IP-адресов. Это намного удобнее, чем подсеть.
Заключение
Теперь вы знакомы с некоторыми механизмами адресации и основами протокола IP. Понимание сетевых технологий поможет правильно настроить программное обеспечение и его компоненты.
Существует много полезных онлайн-инструментов, которыми вы можете пользоваться при работе с сетями:
Маска IP-адреса.
Вопрос о том, что такое *маска IP-адреса*, из чего она состоит и как используется, приходится слышать довольно часто. Самое неприятное, что в Интернете есть много непроверенной, устаревшей и не соответствующей действительности информации. Поэтому постараюсь ответить максимально подробно.
Из скольки бит состоит IP-адрес?
Для вас это простой вопрос, на который вы отвечаете не задумываясь? И ответите правильно, даже если вас разбудят среди ночи? Значит, вы профессиональный айтишник — сетевой инженер или, например, администратор. Если вы засомневались, не беда. Дочитав статью до конца, вы наверняка узнаете много интересного.
Для удобства информация разделена на шесть порций, или небольших глав. Есть мудрая поговорка, что нельзя съесть слона целиком, но можно съесть его по частям. Поехали.
Маска ip адреса общие понятия.
IP-адрес (v4) состоит из 32-бит. Это можно взять в рамочку, как в школьных учебниках. Желательно запомнить и про IPv6 тоже: 128 бит.
Теоретически IPv4-адресов может быть: 2 32 = 2 10 *2 10 *2 10 *2 2 = 1024*1024*1024*4 ≈ 1000*1000*1000*4 = 4 млрд.
Всего 4 миллиарда. Но дальше будет рассмотрено, сколько из них не используется, грубо говоря, съедается.
Как записывается IPv4-адрес? Он состоит из четырёх октетов и записывается в десятичном представлении без начальных нулей, октеты разделяются точками: например, "192.168.11.10".
Если что, октет — это ровно то же самое, что байт. Но если вы скажете "октет" в среде профессионалов, они вас сразу зауважают и вам легче будет сойти за своего.
В заголовке IP-пакета есть поля "source IP" и "destination IP". Это адреса источника: кто посылает и назначения: кому отправлено. Почти как на почтовом конверте. Внутри пакетов у IP-адресов нет никаких масок, и разделителей между октетами тоже нет. Просто 32 бита для адреса назначения и еще 32 для адреса источника.
Однако, когда IP-адрес присваивается интерфейсу — ещё говорят, сетевому адаптеру — компьютера или маршрутизатора, то, кроме самого адреса этого устройства, ему присваивают еще и маску подсети.
Можно повторить, это важно: *маска IP-адреса* НЕ передается в заголовках IP-пакетов.
Компьютерам маска подсети нужна для определения границ. угадайте, чего именно. подсети. Это нужно, чтобы каждый мог определить, кто находится с ним в одной (под)сети, а кто — за ее пределами. Вообще-то можно говорить просто "сети", часто этот термин используют именно в значении "IP-подсеть". Внутри одной сети компьютеры обмениваются пакетами напрямую, но если нужно послать пакет в другую сеть, шлют их шлюзу по умолчанию (это третий параметр, настраиваемый в сетевых свойствах). Вот как это происходит.
Маска подсети — это тоже 32-бита. Но, в отличие от IP-адреса, нули и единицы в ней не могут чередоваться. Всегда сначала идут единицы, потом нули.
- Не может быть маски 120.22.123.12=01111000.00010110.01111011.00001100.
- Но может быть маска 255.255.248.0=11111111.11111111.11111000.00000000.
Сначала N единиц, потом 32-N нулей. Легко догадаться, что такая форма записи избыточна. Вполне хватило бы числа N, называемого длиной маски. Так и делают: пишут 192.168.11.10/21 вместо 192.168.11.10 255.255.248.0. Обе формы имеют один и тот же смысл, но первая заметно удобнее.
Чтобы определить границы подсети, компьютер делает побитовое умножение (логическое И) между IP-адресом и маской, а на выходе получает адрес с обнулёнными битами в позициях нулей маски.
Рассмотрим пример 192.168.11.10/21:
Маска ip адреса, адрес подсети.
Владение двоичной арифметикой обязательно для любого профессионального администратора. Нужно уметь безошибочно переводить IP-адреса из десятичной формы в двоичную и обратно. Это может делаться в уме или на бумажке. Обходиться в таких вопросах без калькулятора — это требование суровой действительности.
Адрес 192.168.8.0 называется адресом подсети. Обратите внимание на все обнулённые биты на позициях, которые соответствуют нулям в маске. Адрес подсети обычно нельзя использовать в качестве адреса для интерфейса того или иного хоста.
Если, наоборот эти же биты превратить в единицы, то получится адрес 192.168.15.255. Такой адрес называется направленным бродкастом (то есть широковещательным) для данной сети. Сейчас особого смысла в нём нет, но когда-то раньше считалось, что все хосты в подсети должны на него откликаться. Сейчас это неактуально, однако этот адрес тоже (обычно) нельзя использовать как адрес хоста.
Получается, из каждой подсети выбрасывается два адреса. Остальные адреса в диапазоне от 192.168.8.1 до 192.168.15.254 включительно — это полноправные адреса хостов внутри подсети 192.168.8.0/21. Их, все без исключения, можно использовать для назначения на компьютерах.
Зрительно адрес как бы делится на две части. Та часть адреса, которой соответствуют единицы в маске, является идентификатором подсети — или адресом подсети. Обычно её называют "префикс".
Вторая часть, которой соответствуют нули в маске — это идентификатор хоста внутри подсети.
Очень часто встречается адрес подсети в таком виде:
- 192.168.8.0/21
- 192.168.8.0 255.255.248.0
Когда маршрутизатор прокладывает в сети маршруты для передачи трафика, он оперирует именно префиксами.
Как ни странно, он не интересуется местонахождением хостов внутри подсетей. Об этом знает только шлюз по умолчанию конкретной подсети (технологии канального уровня могут отличаться).
Главное: в отрыве от подсети адрес хоста не используется совсем.
Длина маски подсети.
Количество хостов в подсети определяется как 232-N-2, при этом N — длина маски.
Логичный вывод: чем длиннее маска, тем меньше в ней хостов.
Ещё один полезный логический вывод: максимальной длиной маски для подсети с хостами будет N=30.
Именно сети /30 чаще всего используют для адресации на point-to-point-линках между маршрутизаторами.
Большинство маршрутизаторов сегодня отлично работает и с масками /31, используя адрес подсети (нуль в однобитовой хостовой части) и бродкаст (единица) в качестве адресов интерфейсов. Однако администраторы и сетевые инженеры иногда просто боятся такого подхода, согласно проверенному принципу "мало ли что".
А вот *маска IP-адреса* /32 используется гораздо чаще. С ней удобно работать, во-первых, при адресации так называемых loopback-интерфейсов. Во-вторых, практически невозможно ничего напутать: /32 — это подсеть, состоящая из одного хоста, то есть по сути никакая и не сеть.
Если администратору сети приходится оперировать не группами хостов, а индивидуальными машинами, то с каждым разом сеть становится всё менее масштабируемой, в ней резко увеличивается вероятность всяческого бардака и никому не понятных правил. За исключением, наверное, только написания файрвольных правил для серверов: вот там специфичность ценится и котируется.
Другими словами, с пользователями лучше обращаться не индивидуально, а массово, целыми подсетями, иначе сеть быстро станет неуправляемой.
Интерфейс, на котором настроен IP-адрес, иногда могут называть IP-интерфейсом или L3-интерфейсом ("эл-три", тема "модель OSI").
До того как послать IP-пакет, компьютер определяет, попадёт ли адрес назначения в "свою" подсеть. Если ответ положительный, то он шлёт пакет "напрямую", если отрицательный — направляет его шлюзу по умолчанию, то есть маршрутизатору.
Адресом шлюза по умолчанию обычно назначают первый адрес хоста в подсети, хотя это и вовсе не обязательно. В нашем примере адрес шлюза 192.168.8.1 — для красоты.
Маршрутизатор и шлюз подсети.
Наверное, лучше повторить: шлюз и маршрутизатор — это одно и то же!
Из того, о чём говорилось только что, следует достаточно ясный вывод. Маршрутизатор с адресом интерфейса 192.168.8.1 ничего не знает о трафике, передаваемом, например, между хостами 192.168.8.5 и 192.168.8.7.
У начинающих администраторов одна из самых типичных ошибок — желание заблокировать или как-то иначе проконтролировать с помощью шлюза трафик между хостами в одной подсети. На самом деле, чтобы трафик проходил через маршрутизатор, адресат и отправитель должны находиться в разных подсетях.
А отсюда следует, что в сети даже самого маленького предприятия должно быть несколько IP-подсетей (больше двух) и маршрутизатор (точнее, файрвол, но сейчас можно считать эти слова синонимами), который маршрутизирует и контролирует трафик между подсетями.
Важный следующий шаг: разбиение подсетей на более мелкие подсети.
Сеть из нашего примера 192.168.8.0/21 можно разбить на две подсети /22, четыре подсети /23, восемь /24 и так далее. Общее правило, как можно догадаться, такое:
- K=2 X-Y ,
при этом K — количество подсетей с длиной маски Y, которые умещаются в подсеть с длиной маски X.
Агрегация.
Любой приличный айтишник, включая сетевого администратора, должен знать наизусть степени двойки от нуля до 16. Просто для того, чтобы не стыдно было получать зарплату.
Есть такой процесс, называемый агрегацией. Это значит объединение мелких префиксов — с длинной маской подсети, в которых мало хостов — в крупные, с короткой маской подсети, в которых много хостов. Второе название этого же процесса — суммаризация. Запомните, не суммирование!
Агрегация необходима, чтобы минимизировать количество информации, которую использует маршрутизатор для поиска пути передачи в сети.
Пример: провайдеры выдают клиентам множество маленьких блоков по типу /29. При этом весь остальной Интернет об этом даже не подозревает. За каждым провайдером закреплены префиксы намного крупнее — от /19 и выше. Благодаря такой системе в Глобальную таблицу Интернет-маршрутизации заносится намного меньше записей: их число сократилось на несколько порядков.
Составление адресного плана.
Мы помним, что *маска IP-адреса* бывает разной длины. Чем больше длина маски, тем меньше хостов может быть в подсети. Одновременно увеличивается доля "съеденных" адресов на адреса подсети, шлюза по умолчанию и направленного бродкаста.
Пример. Подсеть с маской /29 (232-29 = 8 комбинаций). Здесь остаётся всего пять доступных для реального использования адресов, в процентах это будет 62,5%. Легко поставить себя на место провайдера, которому необходимо выдать тысячам корпоративных клиентов блоки /29. Для него грамотная разбивка IP-пространства на подсети жизненно необходима.
Эту науку ещё называют составлением адресного плана. Каждый, кто разбивает IP-пространство на подсети, должен уметь не только видеть и учитывать множество факторов, но и искать разумные компромиссы.
Если используется большой диапазон адресов, удобно работать с масками, совпадающими по длине с границами октетов.
Пример. Адреса из блоков частного сектора: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/16.
*Маска IP-адреса*: /8, /16, /24 или, соответственно, по-другому 255.0.0.0, 255.255.0.0, 255.255.255.0.
Такой подход серьёзно облегчает работу мозга и снижает нагрузку на калькулятор: не надо постоянно переходить на двоичную систему и биты. Ничего плохого в этом методе нет. Кроме одного: возможности чересчур сильно расслабиться. и наделать ошибок.
Итоги по маске IP-адреса.
Само понятие "классы адресов", о котором нет-нет да и приходится читать/слышать, давно устарело. Уже больше 20 лет назад выяснилось, что длина префикса может быть любой. Если же раздавать адреса блоками по /8, то никакого Интернета не получится. Итак: "классов адресов" не существует!
Другой, мягко говоря, странный термин. Иногда говорят "сеть класса такого-то" по отношению к подсети с той или иной длиной маски. Например, "сеть класса C" про 10.1.2.0/24. или что-то подобное. Знайте, так никогда не скажет серьёзный специалист. Класс сети, когда он ещё существовал, не имел отношения к длине маски и определялся совсем другими факторами — а именно комбинациями битов в адресе. Если классовая адресация использовалась, то длина масок тоже была строго регламентирована. Каждому классу соответствовали маски только строго определённой длины. Хотя бы поэтому подсеть 10.1.2.0/24, как в примере, никогда не принадлежала и не могла принадлежать к классу C.
Но лучше об этом не вспоминать. Важно только вот что. "Под одной крышей" в RFC3330 собраны все существующие глобальные конвенции, которые посвящены специальным значениям разнообразных блоков адресов.
В них блоки 10/8, 172.16/12 и 192.168/16 (написание сокращённое) определяются как диапазоны для частного использования, запрещённые к маршрутизации в интернете. Другими словами, каждый может использовать их по своему усмотрению, в частных целях.
Пусть вас не удивляет способ написания префиксов, когда полностью отбрасывается хостовая часть: он широко применяется и не вызывает разночтений или недоразумений.
Далее, блок 224.0.0.0/4 зарезервирован для мультикаста, и так далее. Но конвенции — это не совсем законы в полном юридическом смысле слова. Их цель — сделать проще и легче административное взаимодействие. Конвенции крайне не рекомендуется нарушать, но до поры до времени никем не запрещено использовать любые адреса для любых целей. Ровно до того момента, пока вы не встречаетесь с внешним миром
Основы компьютерных сетей. Тема №5. Понятие IP адресации, масок подсетей и их расчет
Приветствую вас на очередном выпуске. И сегодня речь пойдет о том, какие бывают IP-адреса, и как ими пользоваться. Что такое маска подсети, как она считается, и для чего она нужна. Как делить сети на подсети и суммировать их. Заинтересовавшихся приглашаю к прочтению.
P.S. Возможно, со временем список дополнится.
Начнем, или уже продолжим, с самого популярного, заезженного и больного. Это IP-адреса. На протяжении 4-х статей это понятие встречалось по несколько раз, и скорее всего вы уже либо сами поняли для чего они, либо нагуглили и почитали о них. Но я обязан вам это рассказать, так как без ясного понимания двигаться дальше будет тяжело.
Итак IP-адрес — это адрес, используемый узлом на сетевом уровне. Он имеет иерархическую структуру. Что это значит? Это значит, что каждая цифра в его написании несет определенный смысл. Объясню на очень хорошем примере. Примером будет номер обычного телефона — +74951234567. Первой цифрой идет +7. Это говорит о том, что номер принадлежит зоне РФ. Далее следует 495. Это код Москвы. И последние 7 цифр я взял случайными. Эти цифры закреплены за районной зоной. Как видите здесь наблюдается четкая иерархия. То есть по номеру можно понять какой стране, зоне он принадлежит. IP адреса придерживаются аналогично строгой иерархии. Контролирует их организация IANA(англ. Internet Assigned Numbers Authority). Если на русском, то это «Администрация адресного пространства Интернет». Заметьте, что слово «Интернет» с большой буквы. Мало кто придает этому значение, поэтому объясню разницу. В англоязычной литературе термин «internet» используется для описания нескольких подключённых друг к другу сетей. А термин «Internet» для описания глобальной сети. Так что примите это к сведению.
Несмотря на то, что тема статьи больше теоретическая, нежели практическая, я настоятельно рекомендую отнестись к ней со всей серьезностью, так как от нее зависит понимание дальнейших тем, а особенно маршрутизации. Не для кого, я думаю, не секрет, что мы привыкли воспринимать числовую информацию в десятичном формате (в числах от 0-9). Однако все современные компьютеры воспринимают информацию в двоичном (0 и 1). Не важно при помощи тока или света передается информация. Вся она будет воспринята устройством как есть сигнал (1) или нет (0). Всего 2 значения. Поэтому был придуман алгоритм перевода из двоичной системы в десятичную, и обратно. Начну с простого и расскажу, как выглядят IP адреса в десятичном формате. Вся эта статья посвящена IP адресам версии 4. О версии 6 будет отдельная статья. В предыдущих статьях, лабах, да и вообще в жизни, вы видели что-то вроде этого «193.233.44.12». Это и есть IP адрес в десятичной записи. Состоит он из 4-х чисел, называемых октетами и разделенных между собой точками. Каждое такое число (октет) может принимать значение от 0 до 255. То есть одно из 256 значений. Длина каждого октета равна 8 битам, а суммарная длина IPv4 = 32 битам. Теперь интересный вопрос. Каким образом этот адрес воспримет компьютер, и как будет с ним работать?
Можно конечно набить это в калькулятор, коих навалом в Интернете, и он переведет его в двоичный формат, но я считаю, что переводить вручную должен уметь каждый. Особенно это касается тех, кто планирует сдавать экзамен. У вас не будет под рукой ничего, кроме бумаги и маркера, и полагаться придется только на свои навыки. Поэтому показываю, как это делать вручную. Строится таблица.
| 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| x | x | x | x | x | x | x | x |
Вместо «x» записывается либо 1, либо 0. Таблица разделена на 8 колонок, каждая из которых несет в себе 1 бит (8 колонок = 8 бит = 1 октет). Расположены они по старшинству слева направо. То есть первый (левый) бит — самый старший и имеет номер 128, а последний (правый) — самый младший и имеет номер 1. Теперь объясню, откуда эти числа взялись. Так как система двоичная, и длина октета равна 8-ми битам, то каждое число получается возведением числа 2 в степень от 0 до 7. И каждая из полученных цифр записывается в таблицу от большего к меньшему. То есть слева направо. От 2 в 7-ой степени до 2 в 0-ой степени. Приведу таблицу степеней 2-ки.
Думаю теперь понятно, каким образом строится таблица. Давайте теперь разберем адрес «193.233.44.12» и посмотрим, как он выглядит в двоичном формате. Разберем каждый октет отдельно. Возьмем число 193 и посмотрим, из каких табличных комбинаций оно получается. 128 + 64 + 1 = 193.
| 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Те числа, которые участвовали в формировании комбинации получают 1, а все остальные получают 0.
Берем первый октет 233. 128 + 64 + 32 + 8 + 1.
| 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
Получаю 128 + 64 + 16 + 4 + 1 = 213.
Вычисляю второй блок.
| 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
Считаю 128 + 32 + 16 + 4 = 180.
| 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
128 + 64 + 1 = 193.
И напоследок четвертый.
| 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
Собираем результаты вычислений и получаем адрес 213.180.193.3. Ничего тяжелого, чистая арифметика. Если тяжело и прям невыносимо трудно, то попрактикуйтесь. Сначала может показаться страшным, так как многие закончили учебу лет 10 назад и многое позабыли. Но уверяю, что как только набьете руку, считать будет гораздо легче. Ну а для закрепления дам вам несколько примеров для самостоятельного расчета (под спойлером будут ответы, но открывайте их только когда прорешаете сами).
1) 10.124.56.220
2) 113.72.101.11
3) 173.143.32.194
4) 200.69.139.217
5) 88.212.236.76
6) 01011101.10111011.01001000.00110000
7) 01001000.10100011.00000100.10100001
8) 00001111.11011001.11101000.11110101
9) 01000101.00010100.00111011.01010000
10) 00101011.11110011.10000010.00111101
Теперь IP-адреса не должны быть чем-то страшным, и можно углубиться в их изучение.
Выше мы говорили о структуре телефонных номеров и их иерархии. И вот на заре рождения Интернета в том представлении, в каком мы его привыкли видеть, возник вопрос. Вопрос заключался в том, что IP-адреса нужно как-то сгруппировать и контролировать выдачу. Решением было разделить все пространство IP-адресов на классы. Это решение получило название классовая адресация (от англ. Classful). Она уже давно устарела, но практически в любой книге на нее отводятся целые главы и разделы. Cisco тоже не забывает про это и в своих учебных материалах рассказывает про нее. Поэтому я пробегусь по этой теме и покажу, чем она блистала с 1981 по 1995 год.
Пространство было поделено на 5 классов. Каждому классу был назначен блок адресов.
Начнем с класса A. Если внимательно посмотреть на таблицу, то можно заметить, что этому блоку дан самый большой блок адресов, а если быть точным, то половина всего адресного пространства. Предназначался данный класс для крупных сетей. Структура этого класса выглядит следующим образом.
В чем суть. Первый октет, то есть 8 бит, остаются за адресом сети, а 3 последних октета (то есть оставшиеся 24 бита) назначаются хостам. Вот для того, чтобы показать, какой кусок относится к сети, а какой к хостам, используется маска. По структуре записи она аналогична записи IP-адреса. Отличие маски от IP-адресов в том, что 0 и 1 не могут чередоваться. Сначала идут 1, а потом 0. Таким образом, там где есть единица, значит это участок сети. Чуть ниже, после разбора классов, я покажу, как с ней работать. Сейчас главное знать, что маска класса A — 255.0.0.0. В таблице еще упомянут какой-то первый бит и для класса A он равен 0. Этот бит как раз нужен для того, чтобы сетевое устройство понимало, к какому классу оно принадлежит. Он же еще задает начальный и конечный диапазон адресов. Если в двоичном виде записать на всех октетах единицы, кроме первого бита в первом октете (там всегда 0), то получится 127.255.255.255, что является границей класса A. Например, возьмем адрес 44.58.63.132. Мы знаем, что у класса A первый октет отдается под адрес сети. То есть «44» — это адрес сети, а «58.63.132» — это адрес хоста.
Поговорим про класс B
Этому классу был дан блок поменьше. И адреса из этого блока предназначались для сетей средних масштабов. 2 октета отданы под адрес сети, и 2 — под адрес хостов. Маска у B класса — 255.255.0.0. Первые биты строго 10. А остальные меняются. Перейдем к примеру: 172.16.105.32. Два первых октета под адрес сети — «172.16». А 3-ий и 4-ый под адрес хоста — «105.32».
Этот класс обделили адресами и дали ему самый маленький блок. Он был предназначен для мелких сетей. Зато этот класс отдавал целых 3 октета под адрес сети и только 1 октет — под хосты. Маска у него — 255.255.255.0. Первые биты 110. На примере это выглядит так — 192.168.1.5. Адрес сети «192.168.1», а адрес хоста «5».
Классы D и E. Я неcпроста объединил их в один. Адреса из этих блоков зарезервированы и не могут назначаться сетям и хостам. Класс D предназначен для многоадресной рассылки. Аналогию можно привести с телевидением. Телеканал вещает группе лиц свой эфир. И те, кто подключены, могут смотреть телепередачи. То есть в распоряжение администраторов могут попасть только 3 первых класса.
Напомню, что первые биты у класса D — это 1110. Пример адреса — 224.0.0.5.
А первые биты у класса E — это 1111. Поэтому, если вдруг увидите адрес вида 240.0.0.1, смело говорите, что это адрес E класса.
Про классы обмолвились. Теперь озвучу вопрос, который мне недавно задали. Так зачем тогда маски? У нас итак хосты понимают в каком они классе. Но суть вот в чем. Например, у вас есть маленький офис, и вам нужен блок IP-адресов. Никто не будет вам выдавать все адреса класса C. А дадут только его кусок. Например 192.168.1.0 с маской 255.255.255.0. Так вот эта маска и будет определять вашу границу. Мы уже говорили, что октет варьируется в значении от 0 до 255. Вот этот 4 октет полностью в вашем распоряжении. За исключением первого адреса и последнего, то есть 0 и 255 в данном случае. Первый адрес — это адрес сети (в данном случае 192.168.1.0), а последний адрес — широковещательный адрес (192.168.1.255). Напомню, что широковещательный адрес используется в том случае, когда надо передать информацию всем узлам в сети. Поэтому есть правило. Если вам надо узнать номер сети, то все биты относящиеся к хосту обращаете в 0, а если широковещательный, то все биты — в 1. Поэтому, если из 256 адресов забирается 2 адреса, то на назначение хостам остается 254 адреса (256 — 2). На собеседованиях и экзаменах часто любят спрашивать: «Количество IP-адресов в сети?» и «Сколько доступных IP-адресов в сети для назначения хостам?». Два разных вопроса, которые могут поставить в тупик. Ответом на первый будет — все адреса, включая адрес сети и широковещательный адрес, а на второй вопрос — все адреса, кроме адреса сети и широковещательного адреса.
Теперь углубимся в изучении маски.
Я записал адрес класса C 192.168.1.1 с маской 255.255.255.0 в десятичном и двоичном формате. Обратите внимание на то, как выглядит IP-адрес и маска в двоичном формате. Если в IP-адресе 0 и 1 чередуются, то в маске сначала идут 1, а потом 0. Эти биты фиксируют адрес сети и задают размер. По таблице выше можно сделать вывод, что в двоичном виде маска представлена последовательностью 24 единиц подряд. Это говорит о том, что целых 3 октета выделено под сеть, а 4 октет свободен под адресацию для хостов. Здесь ничего необычного. Это стандартная маска класса C.
Но вот в чем загвоздка. Например, в вашем офисе 100 компьютеров, и расширяться вы не планируете. Зачем плодить сеть из 250+ адресов, которые вам не нужны?! На помощь приходит разделение на подсети. Это очень удобная вещь. Объясню принцип на примере того же класса C. Как бы вы не хотели, но трогать 3 октета нельзя. Они фиксированы. Но вот 4 октет свободен под хосты, поэтому его можно трогать. Заимствуя биты из хостового куска, вы дробите сеть на n-ое количество подсетей и, соответственно, уменьшаете в ней количество адресов для хостов.
Попробуем это воплотить в реальность. Меняю маску. Заимствую первый бит из хостовой части(то есть 1-ый бит 4-ого октета выставляю в единицу). Получается следующая маска.
Данная маска делит сеть на 2 части. Если до дробления у сети было 256 адресов(от 0 до 255), то после дробления у каждого куска будет по 128 адресов(от 0 до 127 и от 128 до 255).
Теперь посмотрю, что изменится в целом с адресами.
Красным цветом я показал те биты, которые зафиксированы и не могут изменяться. То есть маска ей задает границу. Соответственно биты помеченные черным цветом определены для адресации хостов. Теперь вычислю эту границу. Чтобы определить начало, надо все свободные биты(помеченные черным цветом) обратить в ноль, а для определения конца обратить в единицы. Приступаю.
То есть в четвертом октете меняются все биты, кроме первого. Он жестко фиксирован в рамках этой сети.
Теперь посмотрим на вторую половину сети и вычислим ее адреса. Деление у нас производилось заимствованием первого бита в 4-ом октете, значит он является делителем. Первая половина сети получалась, когда этот бит принимал значение 0, а значит вторая сеть образуется, когда этот бит примет значение 1. Обращаю этот бит в 1 и посмотрю на границы.
Приведу в десятичный вид.
Соответственно .128 и .255 назначать хостам нельзя. Значит в доступности 128-2=126 адресов.
Вот таким образом можно при помощи маски управлять размером сети. Каждый заимствованный бит делит сеть на 2 части. Если откусить 1 бит от хостовой части, то поделим на 2 части (по 128 адресов), 2 бита = 4 части (по 64 адреса), 3 бита = 8 (по 32 адреса) и так далее.
Если вы рассчитали количество бит, отдаваемые под хосты, то количество доступных IP-адресов можно вычислить по формуле
В книге У. Одома по подготовке к CCNA R&S приведена хорошая формула для расчета битов, отдаваемых на подсеть и хосты:
N + S + H = 32, где N — кол-во битов сети (класс A — 8 бит, B — 16 бит, C — 24 бита), S — кол-во заимствованных битов на подсеть (это то, что мы делали выше, когда заимствовали 1 бит из хостовой части), H — кол-во бит отводимых хостам.
Внесу ясность и объясню, как и где применять эти формулы.
Нам выдали сеть 172.16.0.0 и попросили создать 120 подсетей со 180 хостами и записать маску. Приступим.
В качестве шпаргалки, и для быстроты вычисления, я ниже подготовил таблицу степеней двойки.
Двигаемся дальше. Первое главное условие, при использовании классовой адресации — это то, что должна использоваться одна маска для всех подсетей. То есть, если у вас для одной подсети маска 255.255.255.0, то для другой подсети она не может быть 255.255.255.128.
Теперь смотрим на выданную сеть. Путем логических размышлений понимаем, что это адрес класса B. А значит его N (кол-во битов сети) = 16. Ок. Значит на хосты выделено тоже 16 бит. Вспоминаем условия задачи. Нужно создать 120 подсетей. «Откусывать» биты от сетевой части запрещено, значит кусаем от хостовой части.
Теперь нужно взять такое кол-во бит, чтобы хватило для 120 подсетей, однако оставляло достаточное кол-во под биты для хоста. Смотрим на таблицу выше. Если взять 7 бит, то получим 128. 128>120, следовательно попадаем под условие. Если возьмем 6 бит, то получим 64. 64<128, поэтому не попадаем под условие и отбрасываем этот вариант.
Ок. Выяснили, что S надо выделить не меньше 7 бит. Теперь посмотрим, что осталось под хосты.
Если N + S + H = 32 => H = 32 — (N + S) => H = 32 — (16 + 7) = 9. Смотрим на таблицу выше (или возводим 2 в 9 степень в уме) и получаем число 512. Отнимаем 2 (адрес сети и широковещательный адрес) и получаем 510 адресов. Нам нужно 180, а значит под условие мы попадаем причем с большим запасом. В таких случаях вам предоставляется право выбора. Сделать больше подсетей или хостов на подсеть. Объясняю, что это значит. У нас есть 9 бит на хосты. Если мы возьмем 8 бит, то получим число 256. 256 — 2 = 254 адреса. Этот вариант нам тоже подходит. Возьмем 7 бит. Получаем 128. Даже не отнимая 2 адреса, становится понятно, что это меньше 180 => данный вариант отбрасывается сразу. Итого получаем, что минимальное количество для подсети — 7 бит, а для хостов — 8 бит. Поэтому свободный бит можно отдать либо на подсеть, либо на хосты. Маска получается сложением N и S. В нашем случае получаем, если под подсеть отдаем 7 бит, то получаем 23. В десятичном виде маска будет выглядеть 255.255.254.0. А если отдадим под подсеть 8 бит, то получим 24 (или в десятичном виде 255.255.255.0). Иногда бывает, что под задачу существует всего одна маска. Ну и, конечно, могут быть случаи, когда маска не попадает не под какие условия. В этих случаях нужно брать сеть другого класса или доказывать заказчику, что это невозможно.
Думаю теперь понятно, как работала классовая адресация, и как ее рассчитывали. Возможно с первого раза голова не переварит этого, поэтому перечитывайте еще раз и повнимательнее. Как только начнет что-то проясняться, потренируйтесь на задачках, которые я оставлю.
1) Записать маску для проекта: сеть 172.16.0.0. 250 подсетей и 220 хостов.
2) Записать маску для проекта: сеть 10.0.0.0. 2000 подсетей и 1500 хостов.
3) Записать маску для проекта: сеть 192.168.0.0. 4 подсети и 60 хостов.
На этом разговор про классовые сети начну закруглять и подведу итоги. Классовая адресация — это зарождение сегодняшнего интернета, и именно с нее все началось. Поэтому плюсов у нее много, и за это создателям спасибо. Но, как вы могли заметить, у нее было жесткая привязка к одной маске. За счет этого IP-адреса использовались не экономно и расточительно. А в связи с бурным ростом Интернета адресов стало не хватать, и срочно нужно было вносить изменения.
Поняли ведущие умы, что использовать классовые сети не удобно и нужно от них отказываться. Это привело к созданию бесклассовой адресации и маскам переменной длины, о чем мы ниже поговорим. Но перед этим пару слов о видах IP-адресов. Несмотря на то, что переход от классовой адресации к бесклассовой предполагал экономию IP-адресов, на деле эта проблема все равно решалась не полностью. Все упиралось в саму технологию IPv4. Объясню почему. Выше я говорил, что длина IP адреса равна 32 бита. Каждый бит может принимать значение 0 или 1, то есть два значения. Соответственно, чтобы вычислить все комбинации, надо возвести 2 в 32-ую степень. Получаем 4294967296 адресов. Если вычесть отсюда зарезервированные для специальных нужд и прочего, то останется примерно 4.2 млрд. адресов, когда на Земле проживает около 7.3 млрд. человек. Поэтому ведущие умы быстро просекли эту фишку и начали искать решение. Они решили выделить некое адресное пространство, которое будет использоваться только в пределах локальной сети и не будет использоваться в Интернете. Это разделило адреса на 2 лагеря: белые или публичные (англ. public) и серые или частные (англ. private).
Привожу диапазон адресов, которые выделены под локальные сети:
1) 10.0.0.0 — 10.255.255.255 с маской 255.0.0.0 (или кратко 10/8).
2) 172.16.0.0 — 172.31.255.255 с маской 255.240.0.0 (или кратко 172.16/12).
3) 192.168.0.0 — 192.168.255.255 (или кратко 192.168/16).
Если честно, я мало где видел применение адресации 172.16.X.X. Обычно в корпоративной среде всегда используется 10.X.X.X, а в домах/квартирах и мелких офисах 192.168.X.X.
Теперь прошу обратить внимание на очень важную вещь, которую многие путают. Не путайте классовую адресацию и диапазон частных адресов. Очень много людей наступают на эти грабли и свято верят, что диапазон частных адресов 10.0.0.0 — 10.255.255.255 — это диапазон A класса.
Разобрались, что такое частные адреса или private адреса. Но это еще не все. Есть еще список зарезервированных адресов, которые не могут светиться в Интернете. По ним написана целая документация на IETF. Привожу ссылку, где можете прочитать оригинал. Я кратко опишу часто встречающиеся.
1) 0.0.0.0/8 — диапазон адресов, используемый хостами для самоидентификации. Обычно это можно увидеть, когда хост пытается получить IP-адрес от DHCP сервера. Так как изначально у него нету IP-адреса, то в поле источника он вставляет адрес из данного диапазона.
2) 127.0.0.0/8 — loopback или localhost адреса. Это IP-адреса, используемые компьютером, чтобы обратиться к самому себе. Очень полезно для проверки работы TCP/IP. Дело в том, что независимо от наличия соединения с Интернетом или локальной сетью, адреса из этого пула должны всегда пинговаться. Если этого не происходит, значит система накрылась или накрывается медным тазом.
3) 169.254.0.0/16 — link-local address или локальные адреса. Автоматически используются хостами при отсутствии DHCP-сервера или его недоступности. Это позволяет быстро организовать локальную сеть и проверить работу узлов. Однако данный пул адресов не маршрутизируется. Следовательно, выйти в Интернет с них не получится.
4) 224.0.0.0/4 — блок адресов, зарезервированный под многоадресную рассылку или multicast. Для тех, кто хочет побольше узнать про multicast, оставляю ссылку.
Бесклассовая адресация (англ. Classless Inter-Domain Routing или CIDR). Описана была в стандарте RFC1519 в 1993 году. Она отказалась от классовых рамок и фиксированной маски. Адреса делятся только на публичные и зарезервированные, о которых написано выше. Если в классовой адресации маска нарезалась единой для всех подсетей, то в бесклассовой — у каждой подсети может быть своя маска. На теории все хорошо и красиво, но нет ничего лучше, чем практика. Поэтому перехожу к ней и объясню, как можно делить на подсети с разным количеством хостов.
В качестве шпаргалки приведу список всех возможных масок.
Представим ситуацию. Вам выдали сеть 192.168.1.0/24 и поставили следующие условия:
1) Подсеть на 10 адресов для гостей.
2) Подсеть на 42 адреса для сотрудников.
3) Подсеть на 2 адреса для соединения 2 маршрутизаторов.
4) Подсеть на 26 адресов для филиала.
Ок. Данная маска показывает, что в нашем распоряжении находятся 256 адресов. По условию эту сеть надо каким-то образом разделить на 4 подсети. Давайте попробуем. 256 очень хорошо делится на 4, давая в ответе 64. Значит один большой блок в 256 адресов можно поделить на 4 равных блока по 64 адреса в каждом. И все было бы прекрасно, но это порождает большое число пустых адресов. Для сотрудников, которым нужно 42 адреса, ладно, может в дальнейшем компания еще наймет. Но вот подсеть для маршрутизаторов, которая требует всего 2 адреса, оставит 60 пустых адресов. Да, вы можете сказать, что это private адреса, и кому дело до них. А теперь представьте, что это публичные адреса, которые маршрутизируются в Интернете. Их и так мало, а тут мы еще будем их отбрасывать. Это не дело, тем более, когда мы можем гибко управлять адресным пространством. Поэтому возвращаемся к примеру и нарежем подсети так, как нам нужно.
Итак, какие подсети должны быть нарезаны, чтобы вместились все адреса, заданные по условию?!
1) Для 10 хостов, наименьшей подсетью будет блок из 16 адресов.
2) Для 42 хостов, наименьшей подсетью будет блок из 64 адресов.
3) Для 2 хостов, наименьшей подсетью будет блок из 4 адресов.
4) Для 26 хостов, наименьшей подсетью будет блок из 32 адресов.
Я понимаю, что не все могут с первого раза в это вникнуть, и в этом нет ничего страшного. Все люди разные и по-разному воспринимают информацию. Для полноты эффекта покажу деление на картинке.
Вот у нас блок, состоящий из 256 адресов.
После деления на 4 части получается следующая картинка.
Выше мы выяснили, что при таком раскладе адреса используются не рационально. Теперь обратите внимание, как стало выглядеть адресное пространство после нарезки подсетей разной длины.
Как видите, в свободном доступе осталось куча адресов, которые мы в дальнейшем сможем использовать. Можно посчитать точную цифру. 256 — (64 + 32 + 16 + 4) = 140 адресов.
Вот столько адресов мы сэкономили. Двигаемся дальше и ответим на следующие вопросы:
— Какими будут сетевые и широковещательные адреса?
— Какие адреса можно будет назначить хостам?
— Как буду выглядеть маски?
Механизм деления на подсети с разной маской получил название VLSM (от англ. Variable Length Subnet Mask) или маска подсети переменной длины. Дам важный совет! Начинайте адресацию с самой большой подсети. Иначе вы можете попасть на то, что адреса начнут перекрываться. Поэтому сначала планируйте сеть на бумаге. Нарисуйте ее, изобразите в виде фигур, просчитайте вручную или на калькуляторе и только потом переходите настройке в боевых условиях.
Итак, самая большая подсеть состоит из 64 адресов. С нее и начнем. Первый пул адресов будет следующий:
Адрес подсети — 192.168.1.0.
Широковещательный адрес — 192.168.1.63.
Пул адресов для назначения хостам от 192.168.1.1 до 192.168.1.62.
Теперь выбор маски. Тут все просто. Отнимаем от целой сети нужный кусок и полученное число записываем в октет маски. То есть 256 — 64 = 192 => маска 255.255.255.192 или /26.
Дальше идет подсеть поменьше. Состоит она из 32 адресов. Если первая заканчивалась на .63, то эта будет начинаться с .64:
Адрес подсети — 192.168.1.64.
Широковещательный адрес — 192.168.1.95.
Пул адресов для назначения хостам будет от 192.168.1.65 до 192.168.1.94.
Маска: 256 — 32 = 224 => 255.255.255.224 или /27.
3-я подсеть, которая предназначена для филиала, начнет старт с .96:
Адрес подсети — 192.168.1.96.
Широковещательный адрес — 192.168.1.111.
Пул адресов для назначения хостам будет от 192.168.1.97 до 192.168.1.110.
Маска: 256 — 16 = 240 => 255.255.255.240 или /28.
Ну и для последней подсети, которая уйдет под интерфейсы, соединяющие роутеры, будет начинаться с .112:
Адрес подсети — 192.168.1.112.
Широковещательный адрес — 192.168.1.115.
Разрешенными адресами будут 192.168.1.113 и 192.168.1.114.
Маска: 256 — 4 = 252 => 255.255.255.252 или /30.
Замечу, что адрес 192.168.1.115 является последним используемым адресом. Начиная с 192.168.1.116 и до .255 свободны.
Вот таким образом, при помощи VLSM или масок переменной длины, мы экономно создали 4 подсети с нужным количеством адресов в каждой. Думаю это стоит закрепить задачкой для самостоятельного решения.
Разделите сеть 192.168.1.0/24 на 3 разные подсети. Найдите и запишите в каждой подсети ее адреса, широковещательный адрес, пул разрешенных к выдаче адресов и маску. Указываю требуемые размеры подсетей:
1) Подсеть на 120 адресов.
2) Подсеть на 12 адресов.
3) Подсеть на 5 адресов.
1) Адрес подсети — 192.168.1.0.
Широковещательный адрес — 192.168.1.127.
Пул адресов для назначения хостам будет от 192.168.1.1 до 192.168.1.126.
Маска: 256 — 128 = 128 => 255.255.255.128 или /25.
2) Адрес подсети — 192.168.1.128.
Широковещательный адрес — 192.168.1.143.
Пул адресов для назначения хостам будет от 192.168.1.129 до 192.168.1.142.
Маска: 256 — 16 = 240 => 255.255.255.240 или /28.
3) Адрес подсети — 192.168.1.144.
Широковещательный адрес — 192.168.1.151.
Пул адресов для назначения хостам будет от 192.168.1.145 до 192.168.1.150.
Маска: 256 — 8 = 248 => 255.255.255.248 или /29.
Теперь, когда вы знаете, как делить сети на подсети, самое время научиться собирать подсети в одну общую подсеть. Иначе это называется суммированием или summarization. Суммирование чаще всего используется в маршрутизации. Когда у вас в таблице маршрутизатора несколько соседних подсетей, маршрутизация которых проходит через один и тот же интерфейс или адрес. Скорее всего этот процесс лучше объяснять при разборе маршрутизации, но учитывая то, что тема маршрутизации и так большая, то я объясню процесс суммирования в этой статье. Тем более, что суммирование это сплошная математика, а в этой статье мы ею и занимаемся. Ну что же, приступлю.
Представим, что у меня компания состоящая из главного здания и корпусов. Я работаю в главном здании, а в корпусах коллеги. Хоть у меня и главное здание, но в нем всего 4 подсети:
— 192.168.0.0/24
— 192.168.1.0/24
— 192.168.2.0/24
— 192.168.3.0/24
Тут коллеги с соседнего здания очухались и поняли, что у них слетела конфигурация на маршрутизаторе, а бекапов нет. Наизусть они не помнят, какие в главном здании подсети, но помнят, что они находятся рядом друг с другом, и просят прислать одну суммированную. Теперь у меня возникает задача, как их суммировать. Для начала я переведу все подсети в двоичный вид.
Посмотрите внимательно на таблицу. Как видите, у 4 подсетей первые 22 бита одинаковые. Соответственно, если я возьму 192.168.0.0 с маской /22 или 255.255.252.0, то покрою свои 4 подсети. Но обратите внимание на 5 подсеть, которую я специально ввел. Это подсеть 192.168.4.0. 22-ой бит у нее отличается от предыдущих 4-х, а значит выше выбранное не покроет эту подсеть.
Ок. Теперь я отправлю коллегам суммированную подсеть, и, если они все правильно пропишут, то маршрутизация до моих подсетей будет работать без проблем.
Возьмем тот же пример и немного изменим условия. Нас попросили прислать суммарный маршрут для подсетей 192.168.0.0 и 192.168.1.0. Я не поленюсь и создам еще одну таблицу.
Обратите внимание, что у 2 первых подсетей одинаковые не 22 бита, а 23 бита. Это значит, что их можно просуммировать еще компактнее. В принципе работать будет и так, и так. Но как говорилось в одной рекламе: «Если нет разницы — зачем платить больше?». Поэтому старайтесь суммировать, не задевая при этом соседние подсети.
Таким образом, переводя подсети в двоичный формат и находя одинаковые биты, можно их суммировать.
Вообще суммирование полезно применять, когда надо объединить несколько подсетей, расположенных вблизи друг с другом. Это позволит сэкономить ресурсы маршрутизаторов. Однако это не всегда возможно. Просуммировать, например, подсеть 192.168.1.0 и 192.168.15.0, не захватив при этом соседние подсети, невозможно. Поэтому перед суммированием стоит подумать над ее целесообразностью. Поэтому повторюсь еще раз, что начинать какую-либо революцию надо на бумажке. Ну и для закрепления материала оставлю небольшую задачу.
1) 10.3.128.0
2) 10.3.129.0
3) 10.3.130.0
4) 10.3.131.0
Просуммируйте подсети и найдите маску, которая сможет покрыть их, не задевая при этом соседние подсети.
Исходя из этого, ответом будет 10.3.128.0/22 (255.255.252.0)
Таблица подсетей различной ёмкости для IPv4
IP-адрес — это массив битов. Принцип IP-адресации — выделение диапазона IP-адресов, в котором некоторые битовые разряды имеют фиксированные значения, а остальные разряды пробегают все возможные значения. Блок адресов задаётся указанием начального адреса и маски подсети. Бесклассовая адресация основывается на переменной длине маски подсети (англ. variable length subnet mask, VLSM), в то время, как в классовой (традиционной) адресации длина маски строго фиксирована 0, 1, 2 или 3 установленными октетами.
Маски и размеры подсетей
Количество адресов подсети не равно количеству возможных узлов. Нулевой IP-адрес резервируется для идентификации подсети, последний — в качестве широковещательного адреса. Таким образом, в реально действующих сетях возможно количество узлов на два меньшее количества адресов.
Зарезервированные адреса
Некоторые адреса IPv4 зарезервированы для специальных целей и не предназначены для глобальной маршрутизации.