Теоретическая часть. Масштабируемая сеть требует схемы адресации допускающей рост

Масштабируемая сеть требует схемы адресации допускающей рост. Однако вследствие неконтролируемого роста сети могут возникнуть ряд непредвиденных последствий. По мере добавления узлов и подсетей в сеть предприятия может возникнуть нехватка свободных адресов и потребуется изменение схемы существующих адресов. Этого можно избежать путём тщательного планирования масштабируемой адресной системы сети предприятия.

К сожалению, архитекторы TCP/IP не могли предсказать экспоненциального роста Интернет, и в настоящее время остро стоит проблема распределения адресов.

Когда в 80-х годах внедрялся TCP/IP, он базировался на двухуровневой адресной схеме. Старшая часть 32-битового IP адреса определяла номер (адрес) сети, а младшая - номер хоста. Адрес сети необходим для взаимодействия сетей. Маршрутизаторы используют сетевую часть адреса для организации связи между хостами из различных сетей.

Для удобства человеческого восприятия IP адрес записывается в виде четырёх десятичных чисел, разделённых точками. 32-битовый адрес делится на четыре группы по восемь бит, называемых октетами. Каждый октет записывается в десятичном виде и разделяется точками. Например

10101100000111101000000000010001 <-> 10101100 00011110 10000000 00010001 <->

172 30 128 17 <-> 172.30.128.17

Возникает вопрос, как в любом IP адресе выделить адрес сети и адрес хоста? В начале использования TCP/IP для решения этого вопроса использовалась классовая система адресации. IP адреса были разбиты на пять непересекающихся классов. Разбивка осуществлена согласно значениям нескольких первых бит в первом октете.

Если первый бит в первом октете равен нулю, то это адрес класса А. Адреса класса В начинаются с бинарных 10. Адреса класса С начинаются с бинарных 110.

В адресах класса А адрес сети располагается в первом октете. В классе В для адресации сети используется первый и второй октеты. В классе С для адресации сети используется первый, второй и третий октеты. Использование классов D и E специфично и здесь не рассматривается.

В современных сетях классы часто игнорируются, а используется бесклассовая IP схема, основанная на масках подсетей.

Здесь и далее мы будем использовать маски в виде последовательности бинарных единиц, переходящей в последовательность бинарных нулей общей длинной в 32 бита. Маски принято записывать в десятичной форме подобно IP адресам

111111111111111100000000000000 <->11111111 1111111 0000000 0000000 <->

255 255 0 0 <-> 255.255.0.0

Маска подсети является необходимым дополнением к IP адресу. Если бит в IP адресе соответствует единичному биту в маске, то этот бит в IP адресе представляет номер сети, а если бит в IP адресе соответствует нулевому биту в маске, то этот бит в IP адресе представляет номер хоста. Так для маски 255.255.0.0 и адреса 172.24.100.45 номер сети будет 172.24.0.0, а для маски 255.255.255.0 номер сети будет 172.24.100.0.

Другая форма записи маски - /N, где N – число единиц в маске. Эта форма используется только в сочетании с IP адресом. Например, для маски 255.255.0.0 и адреса 172.24.100.45 пишут 172.24.100.45/16.

Все адреса класса А имеют маску 255.0.0.0, адреса класса В имеют маску 255.255.0.0, а адреса класса С имеют маску 255. 255. 255.0. Обратное утверждение неправомерно, так как при определении класса используются первые биты в первом октете адреса.

Если организация располагает сетью класса В (маска 255.255.0.0), то она может разбить эту сеть на подсети, используя маску 255.255.255.0. Например, если адрес 172.24.100.45 принадлежит организации, то номером сети класса В будет 172.24.0.0, а номер внутрикорпоративной подсети будет равен 172.24.100.0. Заметим, что полученные подсети не будут являться сетями класса С.

Если число нулей в маске равно M, то число доступных адресов хостов в подсети равно 2M-2. То есть два адреса в подсети использовать не рекомендуется. Один из этих адресов, у которого последние М бит равны нулю, называется адресом подсети, а второй из этих адресов у которого последние М бит равны единице называется широковещательным адресом. Так для адреса 172.24.100.45/24 адрес подсети равен 172.24.100.0, а широковещательным адрес равен 172.24.100.255. Число адресов в подсети равно 2⁸-2 =254.

Адреса класса А и В составляют около 75 процентов адресного пространства. Количество сетей классов А и В приблизительно равно 17000. Приобретение сети класса B, а тем более класса А в настоящее время весьма проблематично. Адреса класса С составляют около 12.5 процентов адресного пространства. Количество сетей класса С приблизительно равно 2.1 миллиона. К сожалению сеть класса С ограничена 254 адресами, что не отвечает нуждам больших организаций, которые не могут приобрести адреса класса А или В.

Классовая IP адресация, даже с использованием подсетей, не может удовлетворить требование по масштабируемости для Интернет сообщества.

Уже в начале 90-х годов почти все сети класса В были распределены. Добавление в Интернет новых сетей класса С приводило к значительному росту таблиц маршрутов и перегрузке маршрутизаторов. Использование бесклассовой адресации позволило в значительной мере решить возникшие проблемы.

CIDR

Современные маршрутизаторы используют форму IP адресации называемую безклассовой междоменной маршрутизацией (Classless Interdomain Routing (CIDR)), которая игнорирует классы. В системах, использующих классы, маршрутизатор определяет класс адреса и затем разделяет адрес на октеты сети и октеты хоста, базируясь на этом классе. В CIDR маршрутизатор использует биты маски для определения в адресе сетевой части и номера хоста. Граница разделения адреса может проходить посреди октета.

CIDR значительно улучшает масштабируемость и эффективность IP по следующим пунктам:

- гибкость;

- экономичное использование адресов в выделенном диапазоне;

- улучшенная агрегация маршрутов;

- Supernetting - комбинация непрерывных сетевых адресов в новый адрес надсети, определяемый маской.

CIDR позволяет маршрутизаторам агрегировать или суммировать информацию о маршрутах. Они делают это путём использования маски вместо классов адресов для определения сетевой части IP адреса. Это сокращает размеры таблиц маршрутов, так как используется лишь один адрес и маска для представления маршрутов ко многим подсетям.

Без CIDR и агрегации маршрутов маршрутизатор должен содержать индивидуальную информацию для всех подсетей.

Рассмотрим сеть класса А 44.0.0.0/8, в которой рассматривается 8 подсетей

Таблица 1.

Первые два октета (16 бит) представляют адрес подсети. Так как первые 16 бит адреса каждой из этих восьми подсетей уникальны, то классовый маршрутизатор видит восемь уникальных сетей и должен создать строку в таблице маршрутов для каждой из этих подсетей.

Однако эти восемь адресов подсетей имеют общую часть: первые 13 бит одинаковы. CIDR-совместимый маршрутизатор может суммировать маршруты к этим восьми подсетям, используя общий 13-битовый префикс в адресах: 00101100 00011. Для представления этого префикса в десятичной форме дополним его справа нулями

10101100 00011000 00000000 00000000 = 172.24.0.0.

13-битовая маска подсети имеет вид

11111111 11111000 00000000 00000000 = 255.248.0.0.

Следовательно один адрес и одна маска определяет бесклассовый префикс, который суммирует маршруты к восьми подсетям: 172.24.0.0/13.

Поиск по сайту: