Разработка информационной модели ЛВС

Консультация к КП №5

В данном разделе происходит разделение разрабатываемой ЛВС на подсети (Подсеть (subnet) — это физический сегмент TCP/IP сети, в котором используются IP-адреса с общим идентификатором сети. Как правило, организации получают идентификатор сети от Информационого Центра Интернета (Internet Network Information Center, InterNIC). При наличии в сети большого числа географически удаленных друг от друга компьютеров имеет смысл разделить большую сеть на более мелкие сети, связанные маршрутизаторами. В результате можно получить следующие преимущества:

• Снижение сетевого трафика. Без надежных маршрутизаторов трафик пакетов может замедлить работу всей сети вплоть до полной остановки. При наличии маршрутизаторов большая часть трафика остается в локальной сети и только пакеты, предназначенные для других сетей, будут проходить через маршрутизатор.
• Оптимизация производительности сети - результат снижения сетевого трафика.
• Упрощение управления сетью. Намного легче обнаружить и устранить проблему в группе связанных между собой маленьких сетей, чем в одной гигантской сети.
• Возможность более легко охватить большие географические расстояния, поскольку связи локальной сети значительно быстрее и дешевле, чем связи глобальной. В единственной огромной сети, охватывающей большие расстояния, могут возникать проблемы по всем аспектам, упомянутым выше. Соединение множества небольших сетей делает работу всей системы более эффективной.

IP-адреса используются для идентификации устройств в сети. Для взаимодействия по сети IP-адрес должен быть назначен каждому сетевому устройству (в том числе компьютерам, серверам, маршрутизаторам, принтерам и т.д.). Такие устройства в сети называют хостами.
С помощью маски подсети определяется максимально возможное число хостов в конкретной сети. Маски подсети позволяют разделить одну сеть на несколько подсетей.

Знакомство с IP-адресами
Одна часть IP-адреса представляет собой номер сети, другая – идентификатор хоста. Точно так же, как у разных домов на одной улице в адресе присутствует одно и то же название улицы, у хостов в сети в адресе имеется общий номер сети. И точно так же, как у различных домов имеется собственный номер дома, у каждого хоста в сети имеется собственный уникальный идентификационный номер – идентификатор хоста. Номер сети используется маршрутизаторами для передачи пакетов в нужные сети, тогда как идентификатор хоста определяет конкретное устройство в этой сети, которому должны быть доставлены пакеты.

Структура
IP-адрес состоит из четырех частей, записанных в виде десятичных чисел с точками (например, 192.168.1.1). Каждую из этих четырех частей называют октетом. Октет представляет собой восемь двоичных цифр (например, 11000000, или 192 в десятичном виде).
Таким образом, каждый октет может принимать в двоичном виде значения от 00000000 до 11111111, или от 0 до 255 в десятичном виде.
На следующем рисунке показан пример IP-адреса, в котором первые три октета (192.168.1) представляют собой номер сети, а четвертый октет (16) – идентификатор хоста.

Рисунок 1. Номер сети и идентификатор хоста

Количество двоичных цифр в IP-адресе, которые приходятся на номер сети, и количество цифр в адресе, приходящееся на идентификатор хоста, могут быть
различными в зависимости от маски подсети.

Частные IP-адреса
У каждого хоста в сети Интернет должен быть уникальный адрес. Если ваши сети изолированы от Интернета (например, связывают два филиала), для хостов без проблем можно использовать любые IP-адреса. Однако, уполномоченной организацией по распределению нумерации в сети Интернет (IANA) специально для частных сетей зарезервированы следующие три блока IP-адресов:

• 10.0.0.0 — 10.255.255.255
• 172.16.0.0 — 172.31.255.255
• 192.168.0.0 — 192.168.255.255

IP-адреса можно получить через IANA, у своего провайдера услуг Интернет или назначить из диапазона адресов для частных сетей.

Маски подсети
Маска подсети используется для определения того, какие биты являются частью номера сети, а какие – частью идентификатора хоста (для этого применяется логическая операция конъюнкции – "И").
Маска подсети включает в себя 32 бита. Если бит в маске подсети равен "1", то соответствующий бит IP-адреса является частью номера сети. Если бит в маске подсети равен "0", то соответствующий бит IP-адреса является частью идентификатора хоста.
На следующем рисунке показана маска подсети, выделяющая номер сети (полужирным шрифтом) и идентификатор хоста в IP-адресе (который в десятичном виде записывается как 192.168.1.2).

Таблица 1. Пример выделения номера сети и идентификатора хоста в IP-адресе

Маски подсети всегда состоят из серии последовательных единиц начиная с самого левого бита маски, за которой следует серия последовательных нулей, составляющих в общей сложности 32 бита.

Маску подсети можно определить как количество бит в адресе, представляющих номер сети (количество бит со значением "1"). Например, "8-битной маской" называют маску, в которой 8 бит – единичные, а остальные 24 бита – нулевые.
Маски подсети записываются в формате десятичных чисел с точками, как и IP-адреса. В следующих примерах показаны двоичная и десятичная запись 8-битной, 16-битной, 24-битной и 29-битной масок подсети.

Таблица 2. Маски подсети

Размер сети
Количество разрядов в номере сети определяет максимальное количество хостов, которые могут находиться в такой сети. Чем больше бит в номере сети, тем меньше бит остается на идентификатор хоста в адресе.
IP-адрес с идентификатором хоста из всех нулей представляет собой IP-адрес сети (192.168.1.0 с 24-битной маской подсети, например). IP-адрес с идентификатором хоста из всех единиц представляет собой широковещательный адрес данной сети (192.168.1.255 с 24-битной маской подсети, например).
Так как такие два IP-адреса не могут использоваться в качестве идентификаторов отдельных хостов, максимально возможное количество хостов в сети вычисляется следующим образом:

Таблица 3. Максимально возможное число хостов

Формат записи
Поскольку маска всегда является последовательностью единиц слева, дополняемой серией нулей до 32 бит, можно просто указывать количество единиц, а не записывать значение каждого октета. Обычно это записывается как "/" после адреса и количество единичных бит в маске.

Например, адрес 192.1.1.0 /25 представляет собой адрес 192.1.1.0 с маской 255.255.255.128. Некоторые возможные маски подсети в обоих форматах показаны в следующей таблице.

Таблица 4. Альтернативный формат записи маски подсети

Формирование подсетей
С помощью подсетей одну сеть можно разделить на несколько. В приведенном ниже примере администратор сети создает две подсети, чтобы изолировать группу серверов от остальных устройств в целях безопасности.
В этом примере сеть компании имеет адрес 192.168.1.0. Первые три октета адреса (192.168.1) представляют собой номер сети, а оставшийся октет – идентификатор хоста, что позволяет использовать в сети максимум 28 – 2 = 254 хостов.
Сеть компании до ее деления на подсети показана на следующем рисунке.

Рисунок 2. Пример формирования подсетей: до разделения на подсети

Чтобы разделить сеть 192.168.1.0 на две отдельные подсети, можно "позаимствовать" один бит из идентификатора хоста. В этом случае маска подсети станет 25-битной (255.255.255.128 или /25).

"Одолженный" бит идентификатора хоста может быть либо нулем, либо единицей, что дает нам две подсети: 192.168.1.0 /25 и 192.168.1.128 /25.
Сеть компании после ее деления на подсети показана на следующем рисунке. Теперь она включает в себя две подсети, A и B.

Рисунок 3. Пример формирования подсетей: после деления на подсети

В 25-битной подсети на идентификатор хоста выделяется 7 бит, поэтому в каждой подсети может быть максимум 27 – 2 = 126 хостов (идентификатор хоста из всех нулей – это сама подсеть, а из всех единиц – широковещательный адрес для подсети).
Адрес 192.168.1.0 с маской 255.255.255.128 является адресом подсети А, а 192.168.1.127 с маской 255.255.255.128 является ее широковещательным адресом. Таким образом, наименьший IP-адрес, который может быть закреплен за действительным хостом в подсети А – это 192.168.1.1, а наибольший – 192.168.1.126.
Аналогичным образом диапазон идентификаторов хоста для подсети В составляет от 192.168.1.129 до 192.168.1.254.

Пример: четыре подсети
В предыдущем примере было показано использование 25-битной маски подсети для разделения 24-битного адреса на две подсети. Аналогичным образом для разделения 24-битного адреса на четыре подсети потребуется "одолжить" два бита идентификатора хоста, чтобы получить четыре возможные комбинации (00, 01, 10 и 11). Маска подсети состоит из 26 бит (11111111.11111111.11111111. 11 000000), то есть 255.255.255.192.

Каждая подсеть содержит 6 битов идентификатора хоста, что в сумме дает 26 – 2 = 62 хоста для каждой подсети (идентификатор хоста из всех нулей – это сама подсеть, а из всех единиц – широковещательный адрес для подсети).

Таблица 5. Подсеть 1

Таблица 6. Подсеть 2

Таблица 7. Подсеть 3

Таблица 8. Подсеть 4

Пример: восемь подсетей
Аналогичным образом для создания восьми подсетей используется 27-битная маска (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 и 111).
Значения последнего октета IP-адреса для каждой подсети показаны в следующей таблице.

Таблица 9. Восемь подсетей

Планирование подсетей
Сводная информация по планированию подсетей для сети с 24-битным номером сети приводится в следующей таблице.
Таблица 10. Планирование подсетей для сети с 24-битным номером