Файл: Разбиение ipv4сети на подсети Причины разбиения на подсети.pptx

Разбиение IPv4-сети на подсети

Причины разбиения на подсети

• Ранее при развёртывании сети организации часто подключали все компьютеры и другие сетевые устройства к одной IP-сети. Всем устройствам в организации назначались IP-адреса с одинаковой сетевой частью.
• Конфигурация такого типа называется плоской архитектурой сети. В небольшой сети с небольшим количеством устройств плоская архитектура не представляет проблемы. Однако по мере расширения сети с такой конфигурацией могут возникнуть серьёзные трудности.

Широковещательная рассылка

• В пакете широковещательной рассылки содержится IP-адрес назначения, в узловой части которого присутствуют только единицы (1).
• Это означает, что пакет получат и обработают все узлы в локальной сети (домене широковещательной рассылки). Широковещательные рассылки предусмотрены во многих сетевых протоколах, например ARP и DHCP.
• В сети класса C 192.168.1.0 с маской подсети по умолчанию 255.255.255.0 используется адрес широковещательной рассылки 192.168.1.255. Узловая часть – 255 или двоичное 11111111 (все единицы).
• В сети класса B 172.16.0.0 с маской подсети по умолчанию 255.255.0.0 используется адрес широковещательной рассылки 172.16.255.255.

• Подумайте о том, как в сети Ethernet устройства выполняют поиск необходимых служб и устройств с помощью широковещательной рассылки. Широковещательное сообщение доставляется всем узлам данной сети. Протокол DHCP — пример сетевой службы, которая зависит от широковещательной рассылки. Устройства отправляют по сети широковещательные запросы, чтобы определить местонахождение DHCP сервера.
• В крупной сети из-за этого может создаваться значительный трафик, который замедлит общую работу сети. Кроме того, поскольку широковещательная рассылка выполняется по всем устройствам, им необходимо принять и обработать трафик, что приводит к повышению требований к обработке. Если устройство должно обработать значительный объём широковещательных рассылок, это может даже привести к замедлению работы устройства. По этой причине более крупные сети необходимо разделить на более мелкие подсети, предназначенные для небольших групп устройств и служб.

Сетевые администраторы могут группировать устройства и службы в подсети по их:

• географическому местоположению (например, 3-й этаж здания)
• организационному подразделению (например, отдел продаж)
• по типу устройств (принтеры, серверы, глобальная сеть и т.п.) или по другому значимому для сети принципу.

Разбиение на подсети может снизить общую нагрузку на сеть и повысить её производительность.

Примечание. Подсеть аналогична сети, и оба этих термина можно использовать как синонимы. Большинство сетей сами являются подсетями более крупных блоков адресов.

---

Обмен данными между подсетями

Маршрутизатор необходим для взаимодействия узлов из разных подсетей. Устройства в сети используют интерфейс маршрутизатора, подключённый к их локальной сети, в качестве шлюза по умолчанию.

Сетевой шлюз — это точка сети, которая служит выходом в другую сеть. 

Трафик, отправляемый на устройство в удалённой сети, будет обработан маршрутизатором и отправлен в направлении сети назначения. Чтобы определить, является ли трафик локальным или удалённым, маршрутизатор использует маску подсети.

Каждая подсеть рассматривается как отдельное сетевое пространство. Устройства в одной подсети должны использовать адрес, маску подсети и шлюз по умолчанию той подсети, которой они принадлежат.

Трафик НЕ МОЖЕТ передаваться между подсетями без использования маршрутизатора. У каждого интерфейса маршрутизатора должен быть IPv4-адрес, принадлежащий сети или подсети, к которой подключён этот интерфейс.

Значимость разбиения IP-сети на подсети

• План: присвоение адресов

• Для начала необходимо изучить требования к сети. Это означает, что нужно изучить всю сеть, определить её основные части и разделить их на сегменты. План распределения адресов содержит информацию о требуемом размере подсети, количестве узлов и принципе назначения адресов узлам.
• Определяя размер подсети, необходимо оценить количество узлов, которым потребуются IP-адреса в каждой подсети в рамках разделённой частной сети. Например, при проектировании сети студенческого городка нужно оценить количество узлов в локальной сети администраторов, в локальной сети преподавателей и в локальной сети учащихся. В домашней сети можно оценить количество узлов в локальной сети жилой зоны и в локальной сети домашнего офиса.

• 10.0.0.0 с маской подсети 255.0.0.0
• 172.16.0.0 с маской подсети 255.240.0.0
• 192.168.0.0 с маской подсети 255.255.0.0
На основании требований к IP-адресам можно определить диапазон или диапазоны узлов для развёртывания. После разбиения выбранного пространства частных IP-адресов на подсети будут получены адреса узлов, соответствующие требованиям к сети. Публичные адреса, используемые для подключения к Интернету, обычно выделяются оператором связи. Хотя в данном случае применяются те же принципы разбиения на подсети, это не всегда является обязанностью администратора сети организации.

---

Базовое разбиение на подсети

Каждый сетевой адрес содержит допустимый диапазон адресов узлов. Все устройства, подключённые к одной и той же сети, будут иметь IPv4-адрес узла этой сети, а также общую маску подсети или префикс сети.

Префикс и маска подсети — это разные способы представления одного и того же — сетевой части адреса.

• Для создания IPv4-подсетей мы задействуем один или нескольких бит из узловой части в качестве бит сетевой части. Для этого мы расширяем маску подсети. Чем больше заимствовано бит из узловой части, тем больше подсетей можно создать. Для каждого заимствованного бита количество доступных подсетей удваивается. Например, если заимствовать один бит, можно создать две подсети. Для двух бит — 4 подсети, для трёх бит — 8 подсетей и т. д. Однако с каждым заимствованным битом уменьшается количество адресов узлов в каждой подсети.
• Биты могут быть заимствованы только из узловой части адреса. Сетевая часть адреса выделяется оператором связи, и изменить её невозможно.

Примечание. На рисунках в примерах отображается только последний октет в двоичном формате, поскольку использовать можно только биты из узловой части.

Как показано на рисунке, сеть 192.168.1.0/24 имеет 24 бита в сетевой части и 8 бит в узловой части, что обозначено маской подсети 255.255.255.0 или записью с префиксом /24. Без разделения на подсети эта сеть поддерживает работу только с одним интерфейсом локальной сети. Если нужна дополнительная локальная сеть, основную сеть нужно разделить на подсети.

При этом создаются две подсети:

• первая определяется цифрой 0 в заимствованном бите,
• вторая — цифрой 1 в заимствованном бите.

Для маски подсети обеих сетей используется цифра 1 в заимствованном бите, чтобы показать, что этот бит теперь входит в сетевую часть адреса.

Как показано на рисунке, если преобразовать двоичный октет в десятичный формат, мы увидим, что адрес первой подсети — 192.168.1.0, а адрес второй подсети — 192.168.1.128. Поскольку был заимствован бит, маска подсети для каждой подсети будет 255.255.255.128 или /25.

---

Используемые подсети

В примере выше сеть 192.168.1.0/24 была разделена на две подсети:

• 192.168.1.0/25
• 192.168.1.128/25

• Обратите внимание, что на рисунке к интерфейсам GigabitEthernet маршрутизатора R1 подключены два сегмента локальной сети. Подсети будут использоваться для сегментов, подключённых к этим интерфейсам. Чтобы выполнять роль шлюза для устройств в локальной сети, каждому из интерфейсов маршрутизатора должен быть назначен IP-адрес в диапазоне допустимых адресов для назначенной подсети. В качестве адреса интерфейса маршрутизатора рекомендуется использовать первый или последний доступный адрес диапазона сети.
• Первая подсеть (192.168.1.0/25) используется для сети, подключённой к интерфейсу GigabitEthernet 0/0, а вторая подсеть (192.168.1.128/25) — к интерфейсу GigabitEthernet 0/1. Чтобы назначить IP-адрес каждому из этих интерфейсов, необходимо определить диапазон допустимых IP-адресов для каждой подсети.

Ниже даны рекомендации для каждой из подсетей.

Сетевой адрес — все биты 0 в узловой части адреса.

Адрес первого узла — все биты 0, а также крайний правый бит 1 в узловой части адреса.

Адрес последнего узла — все биты 1, а также крайний правый бит 0 в узловой части адреса.

Широковещательный адрес — все биты 1 в узловой части адреса.

В полученных подсетях:

• адрес первого узла в сети 192.168.1.0/25 — 192.168.1.1, а адрес последнего узла — 192.168.1.126.
• адрес первого узла в сети 192.168.1.128/25 — 192.168.1.129, а адрес последнего узла — 192.168.1.254.

Чтобы назначить адрес первого узла в каждой подсети интерфейсу маршрутизатора для этой подсети, используйте команду ip address в режиме конфигурации интерфейса, как показано на рисунке. Обратите внимание, что для каждой подсети используется маска подсети 255.255.255.128, которая означает, что под сетевую часть адреса отведено 25 бит.

• Конфигурация узла для сети 192.168.1.128/25 показана на рисунке. Обратите внимание, что IP-адресом шлюза является адрес (192.168.1.129), настроенный на интерфейсе G0/1 маршрутизатора R1, а маской подсети является 255.255.255.128.

Формулы разделения на подсети

Расчёт подсетей

• Для расчёта количества подсетей используйте следующую формулу:
• 2^n (где n = количество заимствованных бит)

---

Расчет количества подсетей

Как показано на рисунке для примера 192.168.1.0/25, расчёт выглядит следующим образом:

2^1 = 2 подсети

Расчёт узлов

Для расчёта количества узлов в одной сети используйте следующую формулу:

2^n (где n = количество бит, оставшихся в узловой части адреса)

2^7 = 128

Поскольку для узлов не может использоваться сетевой адрес или широковещательный адрес из подсети, эти два адреса нельзя назначить узлам. Это означает, что в каждой из подсетей можно использовать 126 (128-2) адресов узлов.

Таким образом, в этом примере заимствование одного бита узла для сети приведёт к созданию двух подсетей, в каждой из которых можно назначить 126 узлов.

Создание 4 подсетей

Рассмотрим сетевую инфраструктуру, в которой требуются 4 подсети.

Если использовать одинаковый блок адресов 192.168.1.0/24, для создания как минимум трёх подсетей необходимо позаимствовать несколько бит из узловой части. Если заимствовать один бит, будут созданы только две подсети. Для создания большего количества подсетей необходимо заимствовать больше бит из узловой части. Рассчитаем количество подсетей, создаваемых при заимствовании двух бит из узловой части по формуле 2^n:

2^2 = 4 подсети

Как вы помните, маска подсети должна изменяться для отражения заимствованных бит. В этом примере при заимствовании двух бит маска будет расширена на два бита в последнем октете. В десятичном формате маска имеет вид 255.255.255.192, поскольку последний октет в двоичном формате имеет вид 1100 0000.

Расчёт узлов

Чтобы рассчитать количество узлов, изучите последний октет.

После занятия двух бит для подсети остаётся 6 бит в узловой части.

Используйте формулу расчёта узлов, как показано на рисунке 2.

2^6 = 64

Если в узловой части адреса все биты равны 0, то это адрес самой сети, а если все биты равны 1 — широковещательный. Таким образом, в каждой подсети фактически доступно только 62 адреса узлов.
Как показано на рисунке, адрес первого узла в первой подсети — 192.168.1.1, а адрес последнего узла — 192.168.1.62.

На рисунке показаны диапазоны для подсетей от 0 до 2. Помните, что каждый узел должен иметь правильный IP-адрес в диапазоне, определённом для данного сегмента сети. Подсеть, присвоенная интерфейсу маршрутизатора

---