В предыдущих примерах мы рассматривали сетевую инфраструктуру, в которой требуются три подсети, и структуру с пятью подсетями. Чтобы создать четыре подсети, мы заимствовали два бита из восьми доступных бит в узловой части с IP-адресом, который имеет маску по умолчанию 255.255.255.0 или префикс /24. Полученная маска подсети имела вид 255.255.255.192, было создано 4 возможных подсети. Применив формулу расчёта узлов 2^6-2, мы определили, что в каждой из этих четырёх подсетей доступно 62 адреса для назначения узлам.
Чтобы создать 5 подсетей, мы заимствовали три бита из восьми доступных бит узловой части с IP-адресом, который имеет маску по умолчанию 255.255.255.0 или префикс /24. После заимствования этих трёх бит из узловой части у нас осталось 5 бит узловой части. Полученная маска подсети имела вид 255.255.255.224, было создано 8 подсетей с 30 адресами узлов в каждой из них.
Рассмотрим крупные организации или комплексы зданий, для сетевых инфраструктур которых требуется 100 подсетей. Как и в предыдущих примерах, для создания 100 подсетей необходимо заимствовать биты из узловой части IP-адреса существующей объединённой сети. Как и раньше, для расчёта количества подсетей необходимо определить количество доступных бит и применить формулу 2^n - 2. Если использовать IP-адрес из последнего примера (192.168.10.0/24), нам доступно 8 бит в узловой части, а для создания 100 подсетей нужно позаимствовать 7 бит.
Рассчитаем количество подсетей, создаваемых при заимствовании семи бит в узловой части: 2^7=128 подсетей.
Однако после заимствования семи бит у нас останется только один бит узла, и если мы применим формулу расчёта узлов, мы получим 0 узлов в этих подсетях. Рассчитаем количество узлов в случае, когда остался только один бит: 2^1=2 и вычтем 2 для сетевого адреса и широковещательного адреса. В результате мы имеем 0 узлов (2^1-2=0).
Если требуется большее количество подсетей, необходимо использовать IP-сеть с большим числом бит в узловой части для заимствования, например IP-адрес с маской подсети по умолчанию /16 или 255.255.0.0. Адреса с диапазоном 128–191 в первом октете имеют маску по умолчанию 255.255.0.0 или /16. Адреса в этом диапазоне имеют по 16 бит в сетевой и узловой части. Биты из этих 16 бит можно использовать для создания подсетей.
Если использовать новый IP-адрес 172.16.0.0/16, для создания как минимум 100 подсетей необходимо позаимствовать несколько бит в узловой части. Начиная с первого слева доступного бита в узловой части, мы будем заимствовать по одному биту за один раз до тех пор, пока не получим количество бит, необходимых для создания 100 подсетей. Позаимствовав один бит, мы создадим 2 подсети, позаимствовав два бита — 4 подсети, 3 бита — 8 подсетей и т.д. Рассчитаем количество подсетей, создаваемых при заимствовании двух бит из узловой части по формуле 7^n:
2^7 = 128 подсетей
Заимствование семи бит позволяет создать 128 подсетей, как показано на рисунке.
Как вы помните, маска подсети должна изменяться для отражения заимствованных бит. В этом примере при заимствовании семи бит маска будет расширена на 7 бит в третьем октете. В десятичном формате маска будет иметь вид 255.255.254.0 или префикс /23, поскольку третий октет в двоичном формате имеет вид 11111110, а четвёртый октет — 00000000. Разделение на подсети будет выполняться в третьем октете с использованием бит в узловой части в третьем и четвёртом октете.
Расчёт узлов
Чтобы рассчитать количество узлов, изучите третий и четвёртый октеты. После заимствования семи бит подсети в третьем октете остался один бит в узловой части, а в четвёртом октете — 8 бит в узловой части.
Используйте формулу расчёта узлов, как показано на рисунке 1.
2^9 = 512
Не забывайте, что 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 510 адресов узлов.
Как показано на рисунке 2, адрес первого узла в первой подсети — 172.16.0.1, а адрес последнего узла — 172.16.1.254. Помните, что каждый узел должен иметь правильный IP-адрес в диапазоне, определённом для данного сегмента сети. Подсеть, присвоенная интерфейсу маршрутизатора, определит, к какому сегменту относится узел.
Напоминание.
Биты могут быть заимствованы только из узловой части адреса. Сетевая часть адреса выделяется оператором связи, и изменить её невозможно. Поэтому организациям, которым требуется значительное число подсетей, необходимо обратиться к своему интернет-провайдеру с просьбой выделить блок IP-адресов, используя маску подсети по умолчанию с числом битов, достаточным для создания требуемого числа подсетей.
Некоторым организациям, например небольшим операторам связи, может потребоваться дополнительное количество подсетей, более чем 100. В качестве примера рассмотрим организацию, которой требуется 1000 подсетей. Как и всегда, для создания подсети нужно позаимствовать биты из узловой части адреса исходной сети. Как и раньше, для расчёта допустимого количества подсетей необходимо определить количество доступных бит в узловой части. В такой ситуации необходимо, чтобы IP-адрес, выделенный интернет-провайдером, имел достаточно бит узлов для расчёта 1000 подсетей. IP-адреса с диапазоном 1–126 в первом октете имеют маску по умолчанию 255.0.0.0 или /8. Это означает, что при разделении на подсети для заимствования доступно 8 бит в сетевой части адреса и 24 бита в узловой части.
Если использовать блок адресов 10.0.0.0/8, для создания как минимум тысячи подсетей необходимо позаимствовать несколько бит из узловой части. Начиная с первого слева доступного бита в узловой части, мы будем заимствовать по одному биту за один раз до тех пор, пока не получим количество бит, необходимых для создания 1000 подсетей. Рассчитаем количество подсетей, создаваемых при заимствовании двух бит из узловой части по формуле 10^n:
2^10 = 1024 подсети
Заимствование десяти бит позволяет создать 1024 подсети, как показано на рисунке 1.
Как вы помните, маска подсети должна изменяться для отражения заимствованных бит. В этом примере при заимствовании десяти бит маска будет расширена на 10 бит в третьем октете. В десятичном формате маска будет иметь вид 255.255.192.0 или префикс /18, поскольку третий октет в двоичном формате имеет вид 11000000, а четвёртый октет — 00000000. Разделение на подсети будет выполняться в третьем октете, но не забывайте о битах из узловой части в третьем и четвёртом октете.
Расчёт узлов
Чтобы рассчитать количество узлов, изучите третий и четвёртый октеты. После заимствования десяти бит для подсети в третьем октете осталось 6 бит в узловой части, а в четвёртом октете — 8 бит в узловой части. Всего осталось 14 бит.
Используйте формулу расчёта узлов, как показано на рисунке 2.
2^14 - 2 = 16382
Адрес первого узла в первой подсети — 10.0.0.1, а адрес последнего узла — 10.0.63.254. Помните, что каждый узел должен иметь правильный IP-адрес в диапазоне, определённом для данного сегмента сети. Подсеть, присвоенная интерфейсу маршрутизатора, определит, к какому сегменту относится узел.
Примечание. Все устройства в одной и той же подсети будут иметь IPv4-адрес узла из диапазона адресов узлов и использовать одну и ту же маску подсети.
Принятие решения о том, сколько бит в узловой части заимствовать для создания подсетей, является важным этапом планирования. При планировании подсетей следует рассмотреть два момента: количество адресов узлов, необходимых для каждой сети, и количество требуемых отдельных подсетей. На анимационном представлении показаны возможности подсети для сети 192.168.1.0. Выбор количества бит для идентификатора подсети влияет на количество возможных подсетей и количество адресов узлов в каждой из них.
Обратите внимание на обратную зависимость между количеством подсетей и узлов в них. Чем больше бит заимствовано для создания подсетей, тем меньше останется бит в узловой части и, следовательно, тем меньше узлов будет доступно в каждой подсети. Если требуется больше узлов, значит, нужно больше бит в узловой части, что приводит к уменьшению количества подсетей.
Количество узлов
При заимствовании бит для создания нескольких подсетей у вас остаётся достаточно бит в узловой части для самой крупной подсети. Количество адресов узлов, необходимых в самой крупной подсети, определяет, сколько бит нужно оставить в узловой части адреса. Для расчёта количества адресов, которые будут доступны в каждой подсети, используется формула 2^n (где n — количество оставшихся бит в узловой части). Как вы помните, два адреса использовать нельзя, поэтому фактически количество доступных адресов рассчитывается как 2^n-2.
Иногда требуется конкретное количество подсетей, а количество адресов узлов в каждой подсети менее важно. Например, в организации может потребоваться разделить сетевой трафик согласно внутренней структуре или при настройке сети в подразделении. Например, организация может принять решение объединить в одну сеть все устройства, используемые специалистами технического отдела, а все устройства, используемые руководством, вынести в отдельную сеть. В этом случае количество подсетей имеет более высокий приоритет при определении количества бит для заимствования.
Как вы помните, количество подсетей, создаваемых при заимствовании бит, можно рассчитать по формуле 2^n (где n — количество заимствованных бит). Вычитать какие-либо подсети нет необходимости, так как они все пригодны к использованию.
Ключевым моментом является соотношение количества необходимых подсетей и количества узлов, требуемых для самой крупной подсети. Чем больше бит было заимствовано для создания дополнительных подсетей, тем меньше узлов будет доступно в каждой из подсетей.
Все сети в организации спроектированы таким образом, чтобы обеспечить работу конечного количества узлов. Для базового разбиения на подсети требуется достаточно подсетей для объединения сетей, что обеспечивает при этом нужное количество адресов в каждой подсети.
В некоторых сетях, таких как каналы сети WAN класса «точка-точка», требуется только два узла. Другие сети, например локальная сеть пользователей в крупном здании или в отделе, могут содержать сотни узлов. Сетевые администраторы должны разработать схему межсетевой адресации, чтобы обеспечить максимальное количество узлов в каждой сети. Количество узлов в каждом подразделении должно иметь запас для увеличения в будущем.
Определение общего количества узлов
Сначала оцените общее количество узлов, необходимых для всей корпоративной объединённой сети. Необходимо использовать достаточно крупный блок адресов, который охватывает все устройства во всех корпоративных сетях. К таким устройствам относятся устройства конечных пользователей, сервера, промежуточные устройства и интерфейсы маршрутизатора.
Рассмотрим пример корпоративной сетевой инфраструктуры, которая должна охватывать 123 узлов в пяти офисах (см. рис. 1). В этом примере оператор связи выделил сетевой адрес 172.20.0.0/21 (11 бит в узловой части). Как показано на рисунке 2, этот блок содержит 2,046 адреса узлов, которых хватает для обеспечения потребностей этой сетевой инфраструктуры.
Определение количества сетей и их размеров
Далее следует проанализировать требуемое количество подсетей и количество адресов узлов, необходимых в каждой подсети. Если взять за основу топологию сети, содержащей 5 сегментов ЛВС и 4 соединения между маршрутизаторами, то потребуются 9 подсетей. Самая большая подсеть должна содержать 40 узлов. При проектировании схемы адресации необходимо заранее учесть увеличение как количества подсетей, так и узлов в подсетях.
Сетевой адрес 172.16.0.0/22 имеет 10 битов в узловой части. Поскольку самой крупной подсети требуется 40 узлов, для обеспечения их адресации требуется не менее 6 битов в узловой части. Это число определяется по следующей формуле: 2^6 - 2 = 62 узла. Оставшиеся 4 бита в узловой части можно использовать для создания подсетей. По формуле определения количества подсетей получаем 16 подсетей: 2^4 = 16. Поскольку в нашем примере сетевой инфраструктуры требуются 9 подсетей, это соответствует нашим требованиям и обеспечивает некоторый запас для роста в будущем.
Если заимствовать 4 бита, новая длина префикса будет /26 с маской подсети 255.255.255.192.
Как показано на рисунке 1, длина префикса /26 позволяет определить 16 адресов подсетей. Увеличилась только часть подсети в адресе. Исходные 22 бита сетевого адреса нельзя изменить, а узловая часть будет содержать нулевые биты.
Примечание. Обратите внимание, что поскольку часть подсети находится в третьем и четвёртом октетах, одно или два этих значения будут изменяться в адресах подсетей.
Как показано на рисунке 2, исходная сеть 172.16.0.0/22 была единой сетью, в которой используются 10 бит, обеспечивая 1022 пригодных к использованию адресов для назначения узлам. Путём заимствования 4 бит из узловой части можно создать 16 подсетей (от 0000 до 1111). В каждой подсети имеются 6 бит в узловой части или 62 пригодных к использованию адреса узлов.
Как показано на рисунке 3, подсети можно назначить сегментам локальной сети и соединениям между маршрутизаторами.
В традиционном разбиении на подсети каждой подсети выделяется одинаковое количество адресов. Если все подсети имеют одинаковые требования к количеству узлов, такие блоки адресов фиксированного размера будут эффективными. Однако чаще всего требования отличаются.
Например, в топологии, показанной на рисунке 1, используются семь подсетей: по одной для каждой из четырёх локальных сетей и по одной для каждого из трёх каналов сети WAN между маршрутизаторами. В традиционном разбиении на подсети с указанным адресом 192.168.20.0/24 из узловой части в последнем октете можно позаимствовать три бита, чтобы обеспечить создание семи подсетей. Как показано на рисунке 2, при заимствовании трёх бит можно создать 8 подсетей, а оставшихся пяти бит в узловой части хватит для 30 адресов узлов в каждой подсети. В данной схеме создаются необходимые подсети, и она соответствует требованиям к узлам для самой крупной локальной вычислительной сети.
Хотя это традиционное разбиение на подсети соответствует требованиям самой крупной ЛВС и делит адресное пространство на достаточное количество подсетей, в нём создаётся значительный объём неиспользуемых адресов.
Например, в каждой подсети для каждого из трёх WAN-соединений нужны только два адреса. Поскольку в каждой подсети доступно по 30 адресов, 28 из них не будут использоваться. Как показано на рисунке 3, в результате мы получаем 84 неиспользуемых адреса (28x3).
Кроме того, это ограничивает возможности для будущего роста, сокращая общее количество доступных подсетей. Такое неэффективное использование адресов характерно для традиционного разбиения на подсети с использованием классовых сетей.
Применение традиционной схемы разбиения на подсети в данном варианте является неэффективным и бесполезным. Фактически, этот пример демонстрирует, как в процессе разбиения подсети на несколько подсетей можно максимально задействовать адресное пространство.
Разбиение подсети на несколько подсетей с использованием маски подсети переменной длины (VLSM) позволяет распределять гораздо меньше «лишних» адресов.
Обратите внимание, что во всех предыдущих примерах разбиения на подсети ко всем подсетям применялась одна маска подсети. Это означает, что в каждой подсети доступно одинаковое количество адресов узлов.
Как показано на рисунке 1, при традиционном разбиении на подсети создаются подсети одинакового размера. Во всех подсетях в традиционной схеме используется одна маска подсети. Как показано на рисунке 2, VLSM-маска позволяет разделить сетевое пространство на неравные части. VLSM-маска подсети может варьироваться в зависимости от количества бит, которые были заимствованы для конкретной подсети. Эти биты образуют «переменную» часть маски.
VLSM-разбиение на подсети похоже на традиционное тем, что в нём для создания подсетей заимствуются биты. Формулы расчёта количества возможных подсетей и количества узлов в каждой подсети также применимы. Различие состоит в том, что разбиение на подсети выполняется в несколько этапов. При использовании VLSM сеть сначала разбивается на подсети, а затем подсети снова делятся на подсети. Этот процесс может повторяться много раз для создания подсетей различного размера.
Чтобы лучше понять процесс применения VLSM, вернёмся к предыдущему примеру.
В предыдущем примере, показанном на рисунке 1, сеть 192.168.20.0/24 была разбита на восемь подсетей равного размера. Семь из восьми подсетей были выделены. Четыре подсети использовались для локальных сетей, а три подсети — для каналов сети WAN между маршрутизаторами. Как вы помните, в подсетях, используемых для каналов сети WAN, были неиспользуемые адреса, так как в этих подсетях нужны только два адреса — по одному для каждого интерфейса маршрутизатора. Чтобы предотвратить неэффективное использование адресов, с помощью VLSM можно создать более мелкие подсети для каналов сети WAN.
Чтобы создать более мелкие подсети для каналов сети WAN, одна из подсетей будет разделена. На рисунке 2 последняя подсеть 192.168.20.224/27 будет дополнительно разбита на подсети.
Как вы помните, если известно требуемое количество адресов узлов, можно использовать формулу 2^n-2 (где n — количество оставшихся бит в узловой части). Чтобы получить два доступных адреса, в его узловой части должны остаться два бита.
2^2 - 2 = 2
Поскольку в адресном пространстве 192.168.20.224/27 имеются 5 бит в узловой части, три бита можно позаимствовать, оставив 2 бита в узловой части.
На данном этапе расчёты в точности совпадают с расчётами при традиционном разбиении на подсети. Биты заимствуются, определяя диапазоны подсетей.
Как показано на рисунке 2, схема VLSM-разбиения на подсети уменьшает количество адресов в каждой подсети до подходящего размера соединений с глобальной сетью. Разбиение подсети 7 для сетей WAN оставляет доступными подсети 4, 5 и 6 для будущих сетей, а также для нескольких других подсетей для сетей WAN.
При использовании VLSM-подсетей для сегментов ЛВС и сети WAN можно выделить адреса без ненужной избыточности.
Узлам во всех локальных сетях будет присвоен допустимый адрес узла в диапазоне этой подсети и с маской /27. У каждого из четырёх маршрутизаторов будет интерфейс локальной сети с подсетью /27, а также один или несколько последовательных интерфейсов с подсетью /30.
В стандартной схеме адресации IPv4-адрес первого узла в каждой подсети назначается LAN-интерфейсу маршрутизатора. WAN-интерфейсам маршрутизаторов назначаются IP-адреса и маска для подсетей /30.
На рисунках с 1 по 4 показаны конфигурации интерфейсов для всех маршрутизаторов.
Узлы в каждой подсети будут иметь IPv4-адрес из диапазона адресов этой подсети и соответствующую маску. Узлы будут использовать адрес подключённого LAN-интерфейса маршрутизатора в качестве шлюза по умолчанию.
- Узлы здания A (192.168.20.0/27) будут использовать адрес 192.168.20.1 маршрутизатора в качестве шлюза по умолчанию.
- Узлы здания B (192.168.20.32/27) будут использовать адрес 192.168.20.33 маршрутизатора в качестве шлюза по умолчанию.
- Узлы здания С (192.168.20.64/27) будут использовать адрес 192.168.20.65 маршрутизатора в качестве шлюза по умолчанию.
- Узлы здания D (192.168.20.96/27) будут использовать адрес 192.168.20.97 маршрутизатора в качестве шлюза по умолчанию.
ыделение адресов можно также спланировать с помощью ряда способов. Одним из таких способов является определение доступных и назначенных блоков адресов с помощью схемы VLSM. Этот метод позволяет предотвратить назначение уже выделенных адресов. Например, для сети из предыдущего примера с помощью схемы VLSM можно спланировать назначение адресов.
Изучение подсетей /27
Как показано на рисунке 1, при использовании традиционного разбиения на подсети первые семь блоков адресов используются для локальных и глобальных сетей. Как вы помните, по этой схеме были получены 8 подсетей с 30 доступными адресами в каждой из них (/27). Хотя схема подходит для сегментов локальной сети, в сегментах сети WAN будет несколько неиспользуемых адресов.
При проектировании схемы адресации для новой сети блоки адресов можно присвоить таким образом, чтобы сократить до минимума избыточные адреса и объединить неиспользуемые блоки адресов.
Назначение блоков адресов VLSM
Как показано на рисунке 2, чтобы более эффективно использовать адресное пространство, для каналов сети WAN были созданы подсети /30. Чтобы объединить неиспользуемые блоки адресов, последняя подсеть /27 была дополнительно разбита на подсети для создания подсетей /30. Первые 3 подсети были назначены каналам сети WAN.
- Диапазон адресов узла .224 /30 от 225 до 226: канал сети WAN между маршрутизаторами R1 и R2.
- Диапазон адресов узла .228 /30 от 229 до 230: канал сети WAN между маршрутизаторами R2 и R3.
- Диапазон адресов узла .232 /30 от 233 до 234: канал сети WAN между маршрутизаторами R3 и R4.
- Диапазон адресов узла .236 /30 от 237 до 238: доступен для использования.
- Диапазон адресов узла .240 /30 от 241 до 242: доступен для использования.
- Диапазон адресов узла .244 /30 от 245 до 246: доступен для использования.
- Диапазон адресов узла .248 /30 от 249 до 250: доступен для использования.
- Диапазон адресов узла .252 /30 от 253 до 254: доступен для использования.
При подобном проектировании схемы адресации остаются три неиспользуемые подсети /27 и пять неиспользуемых подсетей /30.
ак показано на рисунке, выделение в корпоративной сети адресного пространства на сетевом уровне необходимо тщательно спроектировать. Адреса не должны назначаться случайным образом. При планировании выделения адресов необходимо рассмотреть три основных момента.
- Предотвращение дублирования адресов: каждый узел в сетевой инфраструктуре должен иметь уникальный адрес. Без надлежащего планирования и документирования адрес может быть назначен нескольким узлам, что приведёт к проблемам доступа к сети этих узлов.
- Предоставление доступа и управление им: некоторые узлы, такие как серверы, предоставляют ресурсы и внутренним, и внешним узлам. Назначенный серверу адрес 3-го уровня можно использовать для управления доступом к этому серверу. Если адрес назначен случайным образом и нигде не задокументирован, управлять доступом будет сложнее.
- Мониторинг безопасности и производительности: аналогичным образом необходимо контролировать безопасность и производительность узлов сети, а также всей сети в целом. В рамках мониторинга сетевой трафик анализируется на наличие адресов, которые генерируют или получают большое число пакетов. При надлежащем планировании и документировании адресации в сети проблемные устройства можно легко обнаружить.
Назначение адресов в сети
В сети существуют устройства различных типов, включая следующие:
- Клиентские устройства конечных пользователей
- Серверы и периферийные устройства
- Узлы, доступные из Интернета
При проектировании схемы IP-адресации обычно рекомендуется использовать готовый шаблон назначения адресов каждому типу устройств. Это помогает администраторам добавлять и удалять устройства, фильтровать трафик на основе IP-адресов, а также упрощает документирование.
В план выделения адресов в сети могут входить различные диапазоны адресов во всех подсетях для каждого типа устройств.
Адреса клиентов
Из-за сложностей, связанных со статической раздачей адресов, устройства конечных пользователей часто получают адреса динамически по протоколу DHCP. Как правило, использование протокола DHCP — наиболее предпочтительный способ присвоения IP-адресов узлам в крупной сети, поскольку он облегчает работу специалистов службы поддержки и практически устраняет возможность ошибки.
Другое преимущества DHCP состоит в том, что адреса присваиваются узлам временно. Если нам нужно изменить схему разбиения сети на подсети, нет необходимости статически переназначать адреса отдельных узлов. При использовании DHCP потребуется только перенастроить DHCP-сервер, указав новые данные подсети. После этого узлам нужно только автоматически обновить свои IP-адреса.
Адреса серверов и периферийных устройств
Всем сетевым ресурсам, таким как сервера или принтеры, следует присвоить статические IP-адреса, как показано на рисунке. Клиентские узлы обращаются к этим ресурсам по IP-адресам конкретных устройств. Поэтому всем серверам и периферийным устройствам нужно назначить предсказуемые адреса.
На серверах и периферийных устройствах концентрируется сетевой трафик. На IPv4-адреса этих устройств отправляется много пакетов, равно как и исходит из них. При мониторинге сетевого трафика с помощью таких средств, как программа Wireshark, администратор сети сможет быстро определять подобные устройства. Использование согласованной системы нумерации упростит идентификацию этих устройств.
Адреса узлов, доступных из Интернета
В большинстве сетевых инфраструктур только отдельные устройства доступны за пределами корпоративной сети. Как правило, этими устройствами являются сервера определённого типа. Как и у всех устройств в сети, которые предоставляют сетевые ресурсы, IP-адреса данных устройств должны быть статическими.
В случае серверов, доступных из Интернета, каждому из них должен быть назначен публичный адрес. Кроме того, изменение адреса одного из этих устройств приведёт к тому, что устройство станет недоступным из Интернета. В большинстве случаев эти устройства находятся в сети, где используются частные адреса. Это означает, что маршрутизатор или граничный брандмауэр сети необходимо настроить на преобразование внутреннего адреса сервера в публичный адрес. Из-за такой дополнительной настройки на граничном промежуточном устройстве ещё более важным становится то, чтобы эти устройства имели предсказуемые адреса.
Адреса промежуточных устройств
Промежуточные устройства также являются точками концентрации сетевого трафика. Практически весь трафик внутри сети или между сетями проходит через одно из таких промежуточных устройств. Таким образом, на данных сетевых устройствах можно разместить средства управления сетью, её мониторинга и обеспечения безопасности.
Большинство промежуточных устройств имеют адреса 3-го уровня, необходимые для их работы или управления ими. Устройствам, таким как концентраторы, коммутаторы и точки беспроводного доступа для работы в качестве промежуточных устройств IPv4-адреса не нужны. Однако если нам нужно получить доступ к этим узлам для настройки, мониторинга и устранения неполадок сети, эти устройства должны иметь адреса.
Поскольку нам необходимо знать, как связаться с промежуточными устройствами, у таких устройств должны быть предсказуемые адреса. Поэтому их адреса, как правило, назначаются вручную. Кроме того, адреса этих устройств должны принадлежать другому диапазону в блоке адресов, отличному от адреса устройства пользователя.
Адрес шлюза (маршрутизаторы и брандмауэры)
В отличие от других упомянутых промежуточных устройств, маршрутизаторы и брандмауэры имеют только по одному адресу на каждом интерфейсе. Каждый интерфейс находится в своей сети и выполняет роль шлюза для узлов в этой сети. Как правило, для интерфейса маршрутизатора используется самый младший или самый старший адрес в сети. Назначение должно быть единообразным во всех сетях организации, чтобы пользователи сети всегда знали шлюз сети независимо от того, в какой подсети они работают.
Интерфейсы маршрутизатора и брандмауэра являются точками концентрации трафика, входящего в сеть и исходящего из неё. Поскольку узлы в каждой сети используют интерфейс маршрутизатора или брандмауэра в качестве исходящего шлюза, через такие интерфейсы проходит большое количество пакетов. Таким образом, эти устройства могут играть важную роль в системе безопасности сети, фильтруя пакеты на основе IP-адресов источника и/или назначения. Объединение различных типов устройств в группы логической адресации повышает эффективность назначения адресов и работы этой фильтрации пакетов.
Разбиение IPv6-сети на подсети подразумевает использование другого подхода, чем разбиение на подсети IPv4-сети. Основная причина заключается в том, что в IPv6 заложено огромное количество адресов. Поэтому разбиение на подсети полностью отличается от разбиения IPv4-сетей. Пространство IPv6-адресов разбивается не с целью экономии адресов, а для обеспечения иерархической логической структуры сети. Если IPv4-сети разбиваются на подсети в основном для борьбы с нехваткой адресов, то целью разбиения IPv6-сети на подсети является создание иерархии адресов на основе количества маршрутизаторов и обслуживаемых ими сетей.
Как вы помните, блок IPv6-адресов с префиксом /48 содержит 16 бит идентификатора подсети, как показано на рисунке 1. Разбиение на подсети с использованием 16 бит идентификатора подсети даёт 65 536 возможных подсетей /64. Поэтому нет необходимости заимствовать биты из идентификатора интерфейса или узловой части адреса. Каждая IPv6-подсеть /64 содержит примерно 18 квинтиллионов адресов, что, как очевидно, гораздо больше, чем когда-либо понадобится в одном сегменте IP-сети.
Подсети, созданные из идентификатора подсети, легко представить, поскольку не нужно выполнять преобразование в двоичный формат. Чтобы определить следующую доступную подсеть, достаточно рассчитать следующее шестнадцатеричное число. Как показано на рисунке 2, необходимо применить расчёт части идентификатора подсети в шестнадцатеричной системе счисления.
Префикс глобальной маршрутизации является одинаковым для всех подсетей. Для каждой подсети увеличивается только четырёхразрядный байт идентификатора подсети.
В IPv6-сетях по аналогии с заимствованием бит из узловой части IPv4-адреса можно позаимствовать биты из идентификатора интерфейса для создания дополнительных IPv6-подсетей. Как правило, это делается по соображениям безопасности, чтобы уменьшить число узлов в подсети и создавать дополнительные подсети.
При расширении идентификатора подсети путём заимствования бит из идентификатора интерфейса рекомендуется создавать подсеть на границе полубайта. Полубайт — это 4 бита или одна шестнадцатеричная цифра. Как показано на рисунке, префикс подсети /64 расширяется на четыре бита или один полубайт до подсети /68. Это позволяет уменьшить размер идентификатора на 4 бита (с 64 до 60).
Разбиение на подсети по границе полубайта имеет значение только для масок подсетей, выровненных по полубайту. Начиная с /64, масками подсети, выровненными по полубайту, будут являться маски /68, /72, /76, /80 и т. д.
Разбиение на подсети по границе полубайта позволяет создать подсети с использованием дополнительного шестнадцатеричного значения. В этом примере новый идентификатор подсети состоит из пяти шестнадцатеричных значений в диапазоне от 00000 до FFFFF.
Можно создать подсеть в пределах полубайта, используя шестнадцатеричную цифру, однако это не рекомендуется и, кроме того, в этом нет необходимости. Разбиение на подсети в пределах полубайта сводит на нет преимущества быстрого определения префикса из идентификатора интерфейса. Например, если используется длина префикса /66, первые два бита были бы частью идентификатора подсети, а вторые два бита — частью идентификатора интерфейса.
Как показано на рисунке, процесс сегментации сети для её разделения на несколько более мелких сетей называется разбиением 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. Узлы могут напрямую обмениваться трафиком, если они находятся в одной подсети. Трафик не может передаваться между подсетями без использования маршрутизатора. Чтобы определить, является ли трафик локальным или удалённым, маршрутизатор использует маску подсети. 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. Два существенных фактора, которые влияют на определение блока IP-адресов с помощью маски подсети, — это количество необходимых подсетей и максимальное количество узлов, которое должно быть в подсети. Между количеством подсетей и узлов в них существует обратная зависимость. Чем больше бит заимствовано для создания подсетей, тем меньше останется бит в узловой части и, следовательно, тем меньше узлов будет доступно в каждой подсети.
Для расчёта количества адресов, которые будут доступны в каждой подсети, используется формула 2^n (где n — количество оставшихся бит в узловой части). Однако в этом диапазоне сетевой адрес и широковещательный адрес недоступны для использования, поэтому количество доступных адресов рассчитается по формуле 2^n-2.
Разбиение подсети на несколько подсетей или использование маски подсети переменной длины (VLSM) предназначены для того, чтобы избежать создания ненужных адресов.
Разбиение IPv6-сети на подсети подразумевает использование другого подхода, чем разбиение на подсети IPv4-сети. Пространство IPv6-адресов разбивается не с целью экономии адресов, а для обеспечения иерархической логической структуры сети. Если IPv4-сети разбиваются на подсети в основном для борьбы с нехваткой адресов, то целью разбиения IPv6-сети на подсети является создание иерархии адресов на основе количества маршрутизаторов и обслуживаемых ими сетей.
Для обеспечения наилучшего использования схемы IP-адресации требуется тщательное планирование. В процессе планирования адресов необходимо учитывать размер, расположение, использование и требования к доступу.
После установки IP-сети её необходимо протестировать для проверки подключений и производительности.
