Глава 6

Разбиение IP-сетей на подсети

Зачем делить сеть, как устроены классы и префиксы, как занять биты у узловой части и раздать адреса офису и филиалам без лишних потерь.

Ананко, Качур

Цели главы

Рассмотреть три вещи, на которых держится практика адресации.

1

Понятие подсети

логическая сеть внутри выделенного адресного блока

2

Процесс логического разбиения

заимствование бит узловой части, границы, broadcast

3

Методы разбиения сети

по числу подсетей, по числу узлов, VLSM, подсети IPv6

01

Необходимость сегментации сети

Необходимость сегментации сети

Причины разбиения сети на подсети

Повышение производительности

приоритет важного трафика

Облегчение администрирования

мониторинг и доступ по отделам

Снижение широковещательного трафика

меньше домен, меньше лишних кадров

Повышение производительности сети

В больших сетях существует конкуренция за пропускную способность. Ресурс ограничен, и каждое приложение по умолчанию «тянет одеяло» в свою сторону.

Сегментация позволяет выделить приоритет определённого сегмента: важные приложения не зависят от трафика менее важных.

Пример: подсети для VoIP и для обычного интернет-трафика. Лишние 10 секунд выгрузки файла в облако несущественны, а 10-секундный перерыв в речи собеседника означает срыв звонка.

Голос, VoIP

приоритет

Задержка до 150 мс, иначе речь рвётся

Интернет, облако

остаток полосы

Лишние 10 с на выгрузку файла незаметны

Полоса канала делится между подсетями по приоритету

Облегчение администрирования

R1 ACL: запрет Продажи10.0.1.0/24 Разработка10.0.2.0/24 Серверы10.0.3.0/24

Разбив большую сеть на мелкие подсети, можно повысить качество её администрирования. Сегмент меньше, и работать с ним проще: мониторинг, устранение неполадок, обновление приложений.

Пример: каждый отдел организации в своей подсети. Это облегчает управление доступом: целый отдел отсекается от чужих фрагментов сети одним правилом на маршрутизаторе, а не настройкой каждого устройства.

Снижение широковещательного трафика

15–20 устройств в офисе обходятся без сегментации. Но широковещательный кадр коммутатор отдаёт всем, и каждый узел обязан его обработать.

Масштабирование коммутаторами уровня L2

В сети на коммутаторах L2 широковещательная рассылка одного устройства принимается и обрабатывается всеми остальными. В небольшом сегменте это не проблема. При масштабировании возникает избыточный broadcast-трафик, и устранить его нельзя по двум причинам:

  1. Коммутатор безусловно передаёт широковещательный кадр во все порты, кроме того, откуда кадр получен.
  2. Сети IPv4 не могут обойтись без широковещательных рассылок.

ARP

Найти другие устройства: по IP-адресу узнать MAC-адрес.

Кто 192.168.1.5? Сообщите 192.168.1.10

DHCP

Воспользоваться сервисом: узел ищет DHCP-сервер широковещательной рассылкой.

DHCPDISCOVER на 255.255.255.255

Лавинная рассылка в домене L2

Объём broadcast растёт быстрее, чем число устройств

шаг 0копий кадра 0узлов прервано 0

Решение: маршрутизатор

Маршрутизатор ограничивает широковещательный домен (оранжевый кадр), но пропускает одноадресный трафик (синий пакет) между сегментами.

02

Классовая IP-адресация

Классовая IP-адресация

Точечно-десятичная нотация

128.11.3.31

IP-адрес в десятичной форме

Адреса во всём мире распределяют IANA (Управление по присвоению номеров в Интернете) и региональные интернет-реестры (RIR).

При подсчёте узловых адресов два исключаются: первый адрес сети это адрес сети, последний это адрес широковещательной рассылки.

Пять классов адресов

Классовая адресация применялась в 1981–1993 годах: пространство IPv4 делилось на фиксированные классы. Класс определялся по первым битам и задавал сетевую и узловую части.

A, B, C для одноадресной связи: большие, средние и малые сети. D для многоадресной рассылки. E для экспериментов.

Класс A

    Класс по старшим битам

    КлассСтаршие битыПервый октетМаска по умолчаниюНазначение

    Проблемы классовой адресации

    Фиксированные классы привели к неэффективному использованию адресов, и в 1993 году их заменила бесклассовая междоменная маршрутизация (CIDR).

    • Класс C: сетей 221 = 2 097 152, узлов 28 − 2 = 254
    • Узловая часть из нулей: адрес сети
    • Узловая часть из единиц: broadcast
    • Сети на 127 зарезервированы под loopback
    03

    Бесклассовая IP-адресация

    Префикс вместо класса

    CIDR — сеть определяется не классами A, B и C, а длиной сетевого префикса. Размер сети подбирается под нужное число устройств.

    сетьузел

    Классовая и бесклассовая адресация

    КлассоваяБесклассовая (CIDR)
    Фиксированные классы A, B, C, D, EПрефиксы переменной длины, без классов
    Менее практична из-за жёсткого распределенияПрактична и гибка в реальных сетях
    Сетевая и узловая части зафиксированы классомЧасти определяются длиной префикса
    Подсети по умолчанию не поддерживаютсяПодсети поддерживаются по своей сути
    Нет масок переменной длины (VLSM)Поддерживает VLSM
    Значительные потери адресовЭффективное использование адресов
    Большие таблицы маршрутов, нет агрегацииАгрегация маршрутов, таблицы меньше
    Ограниченная масштабируемостьМасштабируется для больших сетей
    Проще, но неэффективнаЭффективнее при чуть большей сложности
    Граница сети и узла жёсткаяГраница сети и узла гибкая
    04

    Базовое разбиение на подсети

    Что такое разбиение на подсети

    Subnetting — разделение одной большой IP-сети на несколько меньших логических сетей, подсетей.

    Длина префикса увеличивается: /24 становится /25. Часть бит забирается у узловой области и нумерует подсети.

    Так адреса расходуются рациональнее, группы устройств разделяются, broadcast-трафик уменьшается.

    192.168.15.0/24256 адресов
    192.168.15.0/25

    бит подсети 0

    192.168.15.128/25

    бит подсети 1

    Делим 192.168.15.0/24 пополам

    Формулы разделения на подсети

    Сколько подсетей

    Количество подсетей зависит от числа заимствованных бит

    2n

    n — количество заимствованных бит

    11000000.10101000.00001111.00000000

    Сколько узлов в подсети

    подсети сети 192.168.15.0/24

    Узлов на 2 меньше, чем адресов: в каждой подсети есть адрес сети и broadcast

    2x−2

    x — оставшиеся биты узловой части

    Разбиение по количеству узлов

    Префиксы сети /24

    При планировании учитываются: нужное число адресов узлов в каждой подсети и нужное число отдельных подсетей.

    Разбиение по битам

    сетьбиты подсетиузел
    подсеть №

    Деление сети на подсети

    №Адрес сетиПервый узелПоследний узелBroadcast
    05

    Решаем задачи

    Условие слева, решение по шагам справа. Каждый шаг проверяется сразу.

    06

    Маски переменной длины

    Маски переменной длины (VLSM)

    При стандартном делении все подсети рассчитываются по размеру наибольшей сети, и в маленьких сегментах адреса простаивают.

    • Эффективное использование адресного пространства
    • Маски разной длины в одной сети
    • Иерархическое использование адресов
    • Деление крупного блока на мелкие по требованиям

    Равные подсети /25 для сегментов на 70, 20, 2 и 2 узла

    70 из 126
    20 из 126
    2 из 126
    2 из 126

    занято 94 из 504 узловых адресов

    VLSM: каждому блок по размеру

    /25, 70
    /27
    свободно для роста

    каналы /30 по 4 адреса

    Задача VLSM: офис и два филиала

    HQ, головной офис: 300 узлов. Ф1: 20 узлов. Ф2: 70 узлов. Адреса из пространства 172.16.0.0/12. Сегменты сортируем по убыванию.

    №ОписаниеНужноФактическиПрефикс
    1HQ, головной офис300510/23
    2Ф2, филиал №270126/25
    3Ф1, филиал №12030/27
    4Канал Ф1 и HQ22/30
    5Канал Ф2 и HQ22/30

    Как выкладываются блоки VLSM

    Распределение адресного пространства

    №СегментАдрес сетиДиапазон узловBroadcast
    1HQ172.16.0.0/23.0.1 – .1.254172.16.1.255
    2Ф2172.16.2.0/25.2.1 – .2.126172.16.2.127
    3Ф1172.16.2.128/27.2.129 – .2.158172.16.2.159
    4Ф1 и HQ172.16.2.160/30.2.161 – .2.162172.16.2.163
    5Ф2 и HQ172.16.2.164/30.2.165 – .2.166172.16.2.167

    VLSM на любых данных

    №СегментНужноБитФакт.Адрес сетиПервыйПоследнийBroadcastПрефикс
    07

    Разбиение IPv6-сети на подсети

    Зачем делить IPv6-сеть

    Причина та же, что у IPv4: управление трафиком. Но экономить адресное пространство не приходится.

    Глобальный индивидуальный адрес: 48-битный префикс глобальной маршрутизации, 16-битный идентификатор подсети и 64-битный идентификатор интерфейса. Цель разбиения: иерархия адресов по числу нужных подсетей.

    Локальный, link-local

    Существует только в локальном канале и никогда не делится на подсети.

    FE80::/10

    Глобальный индивидуальный

    Разбивается на требуемые подсети.

    2000::/3

    Подсети через идентификатор подсети

    Провайдер выдаёт клиенту 48-битный префикс. Дальше клиент сам настраивает подсети 16-битным идентификатором.

    подсетей у клиента216 = 65 536
    адресов в подсети264 = 232 × 232

    Пять подсетей из 2001:ABCD:BCDA::/48

    Берём выданный провайдером префикс и указываем идентификатор подсети.

    HQ2001:ABCD:BCDA:0000::/64
    Ф12001:ABCD:BCDA:0001::/64
    Ф22001:ABCD:BCDA:0002::/64
    Ф1 и HQ2001:ABCD:BCDA:0003::/64
    Ф2 и HQ2001:ABCD:BCDA:0004::/64

    Заимствование из идентификатора интерфейса

    Биты занимаются по тому же принципу, что в IPv4, но кратно 4: одна шестнадцатеричная цифра за раз.

    4 бита дают 24 = 16 подсетей /68

    Вопросы к группе

    Обсуждаем, потом открываем ответ кликом по карточке

    Тренажёр

    0 / 0

    Спасибо за внимание

    Глава 6. Разбиение IP-сетей на подсети

    Ананко, Качур

    1 / 1