Розділення IP мереж на підмережі

IP-мережа може бути розбита на дрібніші фрагменти, звані підмережами. Для цього необхідно перейти від використання дворівневої ієрархії IP адрес (номер мережі і номер вузла) до трирівневої (номер мережі, номер підмережі і номер вузла), що показано на рисунку 1.2.

Для завдання номера підмережі виділяється деяка частина розрядів з поля номера вузла. Розмірність поля номера підмережі змінюється залежно від необхідної кількості підмереж і кількості вузлів в кожній з них.

Дворівнева ієрархія

Трирівнева ієрархія

Рисунок 1.2 - Формування трирівневої ієрархії IP адреси

Кожна підмережа представляється як звична IP-мережа, що додає велику гнучкість схемі розподілу адрес, дозволяє ефективніше витратити адреси і уникнути їх марної трати.

Сукупність номера мережі і номера підмережі називають розширеним мережевим префіксом. Для виділення номера підмережі використовується маска підмережі (Subnet Mask). Формат маски підмережі аналогічний формату IP-адреси. Проте маска підмережі в двійковому представленні завжди містить послідовність одиниць в тій частині, яка відповідає номеру мережі і підмережі, і послідовність нулів в тій частині, яка відповідає номеру вузла (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Елементи IP адреси і маска

Маску в десятковому представленні зручно використовувати лише тоді, коли розширений мережевий префікс закінчується на межах байтів, в інших випадках її розшифрувати складніше. Допустимо, що в прикладі на рисунку 1.3 ми хотіли б для підмережі використовувати не 8 біт, а десять. Тоді в останньому (4-му) байті маски ми мали б не нулі, а число 11000000 (11111111.11111111.11111111.11000000 – елементи маски, що ідентифікують підмережу виділені жирним шрифтом).

У десятковому представленні одержуємо 255.255.255.192. Очевидно, що таке представлення не дуже зручне. Зручнішим є позначення виду «/xx», де хх - кількість бітів в розширеному мережевому префіксі. Таким чином, замість вказівки: «144.144.19.22 з маскою 255.255.255.192», можна записати: 144.144.19.22/26.

Для розподілу IP адрес та розбиття мережі на підмережі можна скористатися одним з наступних способів.

1. Нехай задана необхідна кількість підмереж . Довжина поля номера підмережі визначається по формулі , де знак - округлення до найбільшого цілого числа. Відзначимо, що якщо використовуються маршрутизатори, які підтримують номера підмереж, що складаються із всіх нулів й одиниць (безкласова маршрутизація, при якій здійснюється передача інформації про довжину розширеного мережевого префікса), відповідно до RFC 1878 (сучасні маршрутизатори), то можна використовувати формулу .

Поле номера вузла буде мати розмірність , де - довжина поля номера мережі.

Отже, максимальна кількість вузлів у кожній підмережі дорівнює . Цифра 2 тут віднімається тому, що не використовуються дві IP адреси: адреса вузла, що складається із всіх нулів (використовується для позначення номера мережі) і адреса вузла, що складається із всіх одиниць (широкомовна адреса не може використовуватися для конкретного вузла).

2. Нехай задана необхідна кількість вузлів у кожній підмережі . Довжина поля номера вузла визначається по формулі . Поле номера підмережі буде мати розмірність розрядів, де - довжина поля номера мережі. Отже, максимальна кількість підмереж дорівнює чи , якщо використовуються маршрутизатори, які підтримують номера підмереж, що складаються із всіх нулів й одиниць.

У цьому випадку передбачається, що у всіх підмережах використовуються однакові маски. Це може виявитися неприйнятним у тому випадку, коли кількість вузлів у різних підмережах істотно розрізняється. Для усунення цього недоліку можуть бути використані маски змінної довжини VLSM (Variable Length Subnet Mask). У цьому випадку процес розбивки мережі на підмережі виконується в кілька етапів, коли на першому етапі розбивається базова мережа, а надалі отримані підмережі у свою чергу розбиваються на підмережі необхідного розміру.

Маски змінної довжини ефективно застосовуються для адресації каналів зв'язку між маршутизаторами, оскільки для кожного каналу потрібен окремий номер підмережі, навіть незважаючи на те, що в кожному каналі є тільки дві адреси вузла. У зв'язку з необхідністю дотримання цієї вимоги при наявності в мережі великої кількості таких каналів значна частина номерів підмереж витрачається непродуктивно. Але якщо для адресації каналів зв'язку застосовувати маски змінної довжини, те це дозволяє істотно заощаджувати простір адрес. На рисунку 5.4 показаний приклад, у якому звичайна підмережа 172.24.10.0/16 розбивається на менші підмережі за допомогою 6 додаткових бітів (маска /22).

Уведення в маску додаткових 6 бітів (22 - 16 = 6) дозволяє створити 64 підмережі по 1022 вузла в кожній. Одна з підмереж (172.24.8.0/22) далі розбивається на підмережі по 2 вузли в кожній (маска /30). Для адресації каналів маршрутизаторів використовуються підмережі з номерами 172.24.10.4/30, 172.24.10.8/30, 172.24.10.12/30, 172.24.10.16/30.

Крім того, метод VLSM забезпечує підсумовування всіх маршрутів до цим підмережам у вигляді одного маршруту до мережі 172.24.10.0/16, що дозволяє зменшити число записів у таблицях маршрутизації маршрутизаторів.

Рисунок 1.4 – Застосування масок змінної довжини для адресації каналів зв'язку між маршрутизаторами

Приклад розділення мережі на підмережі рівного розміру.Нехай виділено блок адрес 220.215.14.0/24. Треба розбити блок на 4 підмережі, найбільша з яких має 50 вузлів.

На першому етапі необхідне число підмереж ми округляємо у більшу сторону до найближчої степіні числа 2. Оскільки в даному прикладі число необхідних підмереж дорівнює 4, округляти не потрібно. Визначимо кількість бітів, потрібних для організації 4 підмереж. Для цього представимо 4 у вигляді степені двійки: 4 = 2². Степінь - це і є кількість бітів, що відводяться під номер підмережі. Оскільки довжина мережевого префіксу блоку дорівнює 24, то довжина розширеного мережевого префіксу буде дорівнювати 24 + 2 = 26 (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 – Визначення розширеного префіксу

Біти, що залишилися, 32 - 26 = 6 будуть використовуватися для номера вузла. Перевіримо, скільки вузлів можна адресувати 6-ма бітами: 2⁶ - 2 = 62 вузли.

Наступним етапом буде знаходження підмереж. Для цього двійкове представлення номера підмережі, починаючи з нуля, підставляється в біти, відведені для номера підмережі (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 – Знаходження підмереж

Для перевірки правильності обчислень, слід пам’ятати просте правило: десяткові номери підмереж повинні бути кратними номеру підмережі з номером 1 (у двійковому вигляді – 00...1). З цього правила можна вивести і інше, що спрощує розрахунок підмереж: достатньо обчислити адресу першої підмережі з номером 1, а адреси інших підмереж визначаються помноженням адреси першої підмережі на відповідний номер підмережі. У нашому прикладі ми легко могли встановити адресу підмережі з номером 3, просто помноживши 64 х 3 = 192.

Як вже згадувалося, окрім адреси підмережі, в якому всі біти вузлової частини дорівнюють нулю, є ще одна службова адреса – широкомовна. Особливість широкомовної адреси полягає у тому, що всі біти вузлової частини дорівнюють одиниці. Розрахуємо широкомовні адреси для знайдених підмереж (жирним виділені біти вузлової частини адреси):

Легко помітити, що широкомовною адресою є найбільша адреса підмережі. Тепер, одержавши адреси підмереж і їх широкомовні адреси, ми можемо побудувати таблицю використовуваних адрес (таблиця 1.2).

Таблиця 1.2 – Адреси одержаних підмереж

Приклад розділення мережі на підмережі нерівного розміру.Нехай виділено блок адрес 144.144.0.0/16. Треба розбити адресний простір на три частини і виділити адреси для з'єднання двох пар маршрутизаторів.

Розділимо мережу 144.144.0.0/16 на чотири підмережі рівного розміру, виділивши два біти для номера підмережі (таблиця 1.3).

Таблиця 1.3 – Результати розбиття мережі 144.144.0.0/16 на чотири підмережі рівного розміру

Далі в підмережі з номером № 3 виділимо дві підмережі розміром чотири адреси (таблиця 1.4).

Таблиця 1.4 – Результати розбиття підмережі № 3

Одержані дві мережі будемо використовувати для адресації інтерфейсів маршрутизаторів. Адресний простір, що залишився, буде резервом, з якого можна буде виділяти адресні блоки за потребою.