Лабораторна робота №18. Безкласова адресація і маски змінної довжини

 

Теоретична частина

Внаслідок неконтрольованого росту мережі можуть виникнути ряд непередбачених наслідків. У міру додавання вузлів і підмереж у мережу підприємства може виникнути недостача вільних адрес і буде потрібно зміна схеми існуючих адрес. Цього можна уникнути шляхом ретельного планування масштабованої адресної системи мереж підприємства.

На жаль, архітектори TCP/IP не могли пророчити експонентного росту Інтернет, і в цей час гостро стоїть проблема розподілу адрес.

Коли у 80-х роках впроваджувався TCP/IP, він базувався на дворівневій адресній схемі. Старша частина 32-бітного IP-адреси визначала номер (адреса) мережі, а молодша - номер хоста. Адрес мережі необхідна для взаємодії мереж. Маршрутизатори використають мережну частину адреси для організації зв’язку між хостами з різних мереж.

Для зручності людського сприйняття IP-адреса записується у вигляді чотирьох десяткових чисел, розділених точками. 32-бітова адреса ділиться на чотири групи по восьми біт, названих октетами. Кожній октет записується у десятковому виді й розділяється точками. Наприклад

10101100000111101000000000010001 <-> 10101100 00011110 10000000 00010001 <->

172 30 128 17 <-> 172.30.128.17

Виникає питання, як у будь-якому IP-адресі виділити адреса мережі й адреса хоста? На початку використання TCP/IP для рішення цього питання використалася класова система адресації. IP-адреси були розбиті на п’ять непересічних класів. Розбивка здійснена відповідно до значень декількох перших біт у першому октеті.

Якщо перший біт у першому октеті дорівнює нулю, то це адреса класу А. Адреси класу В починаються з бінарних 10. Адреси класу С починаються з бінарних 110.

В адресах класу А адреса мережі розташовується в першому октеті. У класі В для адресації мережі використаються перший і другий октети. У класі С для адресації мережі використаються перший, другий і третій октети. Використання класів D і E специфічно й тут не розглядається.

У сучасних мережах класи звичайно ігноруються, а використовується безкласова IP схема, заснована на масках підмереж.

Тут буде використовувати ся маски у вигляді послідовності бінарних одиниць, що переходять у послідовність бінарних нулів загальної довжини в 32 біта. Маски прийнято записувати в десятковій формі подібно IP-адресам

111111111111111100000000000000<->

11111111.1111111.0000000.0000000 <->

255 255 0 0 <-> 255.255.0.0

Маска підмережі є необхідним доповненням до IP-адреси. Якщо біт в IP-адресі відповідає одиничному біту в масці, то цей біт в IP-адресі представляє номер мережі, а якщо біт в IP-адресі відповідає нульовому біту в масці, то цей біт в IP-адресі представляє номер хоста. Так для маски 255.255.0.0 і адреси 172.24.100.45 номер мережі буде 172.24.0.0, а для маски 255.255.255.0 номер мережі буде 172.24.100.0.

Інша форма запису маски - /N, де N – число одиниць у масці. Ця форма використовується тільки в сполученні з IP-адресою. Наприклад, для маски 255.255.0.0 і адреси 172.24.100.45 пишуть 172.24.100.45/16.

Усі адреси класу А мають маску 255.0.0.0, адреси класу В мають маску 255.255.0.0, а адреси класу С мають маску 255. 255. 255.0. Зворотне твердження неправомірно, тому що при визначенні класу використаються перші біти в першому октеті адреси.

Якщо організація має у своєму розпорядженні мережу класу В (маска 255.255.0.0), то вона може розбити цю мережу на підмережі, використовуючи маску 255.255.255.0. Наприклад, якщо адреса 172.24.100.45 належить організації, то номером мережі класу В буде 172.24.0.0, а номер корпоративної підмережі буде дорівнювати 172.24.100.0. Отримані підмережі не будуть мережами класу С.

Якщо число нулів в масці дорівнює M, то число доступних адрес хостів у підмережі дорівнює 2M-2. Тобто дві адреси у підмережі використовувати не рекомендується. Один із цих адрес, у якого останні М біт дорівнюють нулю, називається адресою підмережі, а другий із цих адрес у якого останні М біт дорівнюють одиниці називається широкомовною адресою. Так для адреси 172.24.100.45/24 адреса підмереж дорівнює 172.24.100.0, а широкомовна адреса дорівнює 172.24.100.255. Число адрес у підмереж дорівнює 2⁸-2= =254.

Адреси класу А і В становлять близько 75 відсотків адресного простору. Кількість мереж класів А і В приблизно дорівнює 17000. Придбання мережі класу B, а тим більше класу А в теперішній час досить проблематично. Адреси класу С становлять близько 12.5 відсотків адресного простору. Кількість мереж класу С приблизно дорівнює 2.1 мільйона. На жаль мережа класу С обмежена 254 адресами, що не відповідає потребам великих організацій, які не можуть придбати адреси класу А або В.

Класова IP-адресація, навіть з використанням підмереж, не може задовольнити вимогу по масштабованості для Інтернет співтовариства.

Вже на початку 90-х років майже усі мережі класу В були розподілені. Додавання в Інтернет нових мереж класу С приводило до значного росту таблиць маршрутів і перевантаженню маршрутизаторів. Використання безкласової адресації дозволило значною мірою вирішити виниклі проблеми.

 

CIDR

Сучасні маршрутизатори використають форму IP-адресації, названу безкласової міждоменної маршрутизацією (Classless Interdomain Routing (CIDR)), що ігнорує класи. У системах, що використає класи, маршрутизатор визначає клас адреси й потім розділяє адреса на октети мережі й октети хоста, базуючись на цьому класі. В CIDR маршрутизатор використає біти маски для визначення в адресі мережної частини й номера хоста. Границя поділу адреси може проходити посередині октету.

CIDR значно поліпшує масштабованість і ефективність IP наступними пунктами:

- гнучкість;

- економічне використання адрес у виділеному діапазоні;

- поліпшена агрегація маршрутів;

- Supernetting - комбінація безперервних мережних адрес на адресу новій надмережі, визначеною маскою.

CIDR дозволяє маршрутизаторам підсумувати інформацію про маршрути. Вони роблять це шляхом використання маски замість класів адрес для визначення мережної частини IP-адреси. Це скорочує розміри таблиць маршрутів, тому що використовується лише одна адреса й маска для представлення маршрутів до декількох підмереж.

Без CIDR і агрегації маршрутів маршрутизатор повинен містити індивідуальну інформацію для усіх підсмереж.

Розглянемо мережу класу А 44.0.0.0/8, у якій розглядається 8 підмереж (табл 3.1)

 

Таблиця 3.1 Мережа класу А з 8 підмережами.

Мережний номер	Перший октет	Другий октет	Третій октет	Четвертий октет
44.24.0.0/16
44.25.0.0/16
44.26.0.0/16
44.27.0.0/16
44.28.0.0/16
44.29.0.0/16
44.30.0.0/16
44.31.0.0/16

 

Перші два октети (16 біт) представляють адресу підмережі. Тому що перші 16 біт адреси кожної із цих восьми підмереж унікальні, тоді класовий маршрутизатор бачить вісім унікальних мереж і повинен створити рядок у таблиці маршрутів для кожної із цих підмереж.

Однак ці вісім адрес підмереж мають загальну частину: перші 13 біт одинакові. CIDR-сумісний маршрутизатор може підсумувати маршрути до цих вісім підмереж, використовуючи загальний 13-бітовий префікс в адресах: 00101100 00011. Для подання цього префікса в десятковій формі доповнимо його праворуч нулями

00101100 00011000 00000000 00000000 = 44.24.0.0.

13-бітова маска підмереж має вигляд

11111111 11111000 00000000 00000000 = 255.248.0.0.

Адже одна адреса й одна маска визначає безкласовий префікс, що підсумує маршрути до восьми підмереж и визначає нову підмережу: 44.24.0.0/13.

 

Supernetting

Supernetting це практика використання бітової маски для угруповання декількох класових мереж у вигляді однієї мережної адреси. Supernetting і агрегування маршрутів є різні імена одного процесу. Однак термін supernetting частіше застосовується, коли агрегуємі мережі перебувають під загальним адміністративним керуванням. Supernetting бере біти з мережної порції маски, а subnetting бере біти з порції маски, що ставиться до хосту. Supernetting і агрегування маршрутів є інверсним поняттям стосовно subnetting.

Якщо мережі класів А і В практично вичерпані, то організації змушені запитувати у провайдерів кілька мереж класу С. Якщо компанія отримує блок безперервних адрес у мережах класу С, то можна використовувати supernetting і усі адреси в компанії будуть лежати в одній більшій мережі або надмережі.

Розглянемо компанію АБВ, якій потрібно адреси для 400 хостів. При класовій адресації компанія повинна запросити у центральній Інтернет служби InterNIC мережа класа В. Якщо компанія отримить таку мережу, то десятки тисяч адрес у ній не будуть використовувати ся. Альтернативою є отримання двох мереж класу С, що дає 254*2= 504 адреси для хостів. Недолік цього підходу полягає в необхідності підтримки маршрутизації для двох мереж.

При безкласовій адресній системі supernetting дозволяє компанії АБВ отримати необхідний адресний простір з мінімальною кількістю невикористаних адрес і без збільшення розміру таблиць маршрутизації. Використовуючи CIDR, АБВ запитує блок адрес у свого Інтернет провайдера, а не у центральної Інтернет служби InterNIC. Провайдер визначає потреби АБВ і виділяє адресний простір зі свого адресного простору. Провайдер бере на себе керування адресним простором у своїй внутрішній безкласовій системі. Усі зовнішні Інтернет маршрутизатори містять тільки підсумовуючі маршрути до мережі провайдера. Провайдер сам підтримує маршрути, більш специфічні для своїх клієнтів, включаючи АБВ. Цей підхід істотно зменшує розміри таблиць маршрутів для усіх маршрутизаторів в Інтернет.

Нехай АБВ отримав у провайдера дві мережі класу С, адреси у якій безперервні: 207.21.54.0 и 207.21.55.0.

 

 

Таблиця 3.2 Дві мережі класу С.

207.21.54.0
207.21.55.0

 

З табл. 3.2 видно, що адреси мають загальний 23-бітовий префікс 11001111 00010101 0011011. Доповнюючи префікс праворуч нулями 11001111 00010101 00110110 00000000, отримимо надмережу з 23- бітовою маскою, 207.21.54.0/23.

Провайдер надає зовнішньому миру мережі компанії АБВ як мережу 207.21.54.0/23.

CIDR дозволяє провайдерам ефективно розподіляти і підсумувати безперервні простори IP-адрес.

VLSM

Маска змінної довжини (Variable-Length Subnet Mask (VLSM)) дозволяє організації використовувати більше однієї маски підмереж всередені того самого мережного адресного простору. Реалізацію VLSM звичайно називають «підмережа на підмережі».

Розглянемо підмережі, створені шляхом запозичення трьох перших біт у хостовій порції адреси класу С 207.21.24.0 (см. табл. 3.3).

 

Таблиця 3.3 Підмережі мережі класу С.

Підмережа	Адрес підмережі
	207.21.24.0/27
	207.21.24.32/27
	207.21.24.64/27
	207.21.24.96/27
	207.21.24.128/27
	207.21.24.160/27
	207.21.24.192/27
	207.21.24.224/27

 

Отримали вісім підмереж, кожна з яких може містити не більше 30 хостів.

 

Кожне з’єднання через послідовний інтерфейс вимагає для себе дві адреси й окремі підмережі. Використання для цього кожної з підмереж /27 приведе до втрати адрес. Для створення підмереж із двох адрес найкраще підходить 30-ти бітова маска. Це саме те, що необхідно для послідовного з’єднання. Розіб’ємо одну з підмереж 207.21.24.192/27 на вісім підмереж, використовуючи 30-ти бітову маску(см. табл. 3.4).

Тобто кожну з останніх семи підмереж /27 можна використовувати для адресації хостів в семи локальних мереж. Ці локальні мережі можна зв’язати в глобальну мережу за допомогою не більш ніж вісім послідовних з’єднань з наших восьми мереж /30.

Щоб у мережах з VLSM правильно здійснювалася маршрутизація маршрутизатори повинні обмінюватися інформацією про маски у підмережах.

 

Таблиця 3.4 Підмережі мережі 207.21.24.192/27.

	207.21.24.192/30
	207.21.24.196/30
	207.21.24.200/30
	207.21.24.204/30
	207.21.24.208/30
	207.21.24.212/30
	207.21.24.220/30
	207.21.24.224/30

 

Використання CIDR і VLSM не тільки запобігає порожній витраті адрес, але й сприяє агрегації маршрутів або підсумовуванню. Без підсумовування маршрутів Інтернет перестав би розвиватися вже наприкінці 90-х років. Рис. 3.1 відображає як підсумовування скорочує навантаження на маршрутизатори.

 

Рис. 3.1 Підсумовування маршрутів.

 

Ця складна ієрархія мереж і підмереж підсумується в різних точках так, що уся мережа в цілому виглядає ззовні як 192.168.48.0/20. Для правильної роботи підсумовування маршрутів слід ретельно підходити до призначення адрес: підсумуємі адреси повинні мати одинакові префікси.

 

Рис. 3.2 Розірвані підмережі.

 

Розірвані підмережі

Розірвані підмережі це мережі з однієї головної мережі, розділені мережею в зоусім іншому діапазоні адрес. Класові протоколи маршрутизації RIP версії 1 і IGRP не підтримують розривні мережі, тому що маршрутизатори не обмінюються масками підмереж. Якщо на рис. 3.2. сайт A і сайт B працюють на RIP версії 1, то сайт A буде отримувати від сайту B відновлення маршрутної інформації і мережі 207.21.24.0/24, а не в мережі 207.21.24.32/27.

Протоколи RIP v2 і EIGRP за умовчанням підсумують адреси на границях класів. Звичайно таке підсумовування бажано. Однак у випадку розірваних підмереж не бажано. Скасувати класове автосумування можна командою no auto-summary.

 

Практична частина

Розгляньте мережу класу С 192.168.1.0/24. Потрібно виділити мінімум по 25 адрес для двох локальних мереж і зарезервувати максимальне число адрес для дальшого розвитку.

Для підтримки 25 хостів для кожної підмережі потрібен мінімум п’ять біт у восьмибітній хостовій частини адреси. П’ять біт дадуть максимум 30 можливих адрес хостів (25 < 32 - 2). Якщо п’ять біт повинні бути використані для хостів, то інші три біти в останньому октеті адреси можуть бути додані до 24-бітової маски мережі класу С. Отже, 27-бітова маска може бути використана для створення наступних 8 підмереж (см. табл. 3.5).

Таблиця 3.5 Підмережі мережі 192.168.1.0/24.

	192.168.1.0/27		192.168.1.128/27
	192.168.1.32/27		192.168.1.160/27
	192.168.1.64/27		192.168.1.192/27
	192.168.1.96/27		192.168.1.224/27

Для подальшої максимізації адресного простору підмереж 192.168.1.0/27 знову розділяється на 8 підмереж з використанням 30-бітової маски(см. табл. 3.6).

 

Таблиця 3.6 Підмережі мережі 192.168.1.0/27.

	192.168.1.0/30		192.168.1.16/30
	192.168.1.4/30		192.168.1.20/30
	192.168.1.8/30		192.168.1.24/30
	192.168.1.12/30		192.168.1.28/30

Ці підмережі можуть бути використані для послідовних з’єднань точка-точка й мінімізують втрати адрес, тому що кожна підмережа містить тільки дві адреси.

Побудуйте й настройте мережу, відображену на рис. 3.3. Для маршрутизатора Vista візьмемо модель 2501, а для інших двох модель 805. Використайте комутатор 2950.

1. Підніміть інтерфейси й перевірте мережу командою show cdp neighbors.

2. Призначте адреси відповідно рис. 3.3. Перевірте призначення командою show ip interface brief.

3. Для комп’ютер HostA маємо неоднозначність у призначенні маршруту за умовчанням: або на адресу 192.168.1.33Ethernet інтерфейсу маршрутизатора SanJose1,абона адресу 192.168.1.34Ethernet інтерфейсу маршрутизатора SanJose2. Виберіть довільний, наприклад

hostA# ipconfig /dg 192.168.1.33

4. На усіх трьох маршрутизаторах настройте маршрутизацію по протоколу RIP з відключеним автосумуванням адресів. Це дозволить проходження інформації про підмережі.

Router(config)# router rip

Router(config-router)# version 2

Router(config-router)# no auto-summary

Router(config-router)# network 192.168.1.0

5. Повинні побачити, що на маршрутизаторі Vista є маршрут на локальну мережу 192.168.1.32/27, де розташовується комп’ютер hostA.

Vista# show ip route

Помітимо, що в таблиці ми бачимо тільки один маршрут на мережу 192.168.1.32/27 –на адресу 192.168.1.2 через інтерфейс Serial0, хоча є ще один маршрут на мережу 192.168.1.32/27 – через адресу 192.168.1.6 інтерфейсу Serial1. У реальному маршрутизаторі ми побачили би обидві ці маршрути. Симулятор виводить один маршрут, але обмінюється маршрутною інформацією з обох інтерфейсів Serial0 и Serial1:

Vista# debug ip rip

 

Vista# no debug ip rip

 

Зробіть скриншоти.

 

6. Повинні побачити, що на маршрутизаторі SanJose1 є маршрут на локальну мережу 192.168.1.64/27, де розташовується комп’ютер hostB.

 

Зробіть скриншот.

7. Повинні побачити, що на маршрутизаторі SanJose2 також є маршрут на локальну мережу 192.168.1.64/27, де розташовується комп’ютер hostB.

 

 

Зробіть скриншот.

Пропінгуйте комп’ютер hostA з комп’ютера hostB і навпаки. Зробіть 2 скриншоти.

Подивиться, що симулятор реалізовано так, що наведений приклад працює й без введення команд version 2 і no auto-summary.

 

Рис. 3.3 Учбова мережа.

 

 

Контрольні питання

1. Навіщо потрібна маска?

2. Що таке CIDR?

3. Що таке VLSM?

4. Як при використанні класів IP-адрес в IP-адресі виділяють адреса хоста й адреса підмереж?

5. Як при використанні класів IP-адрес в IP-адресі виділяють адреса хоста й адреса підмереж?

6. Чому дорівнює число доступних адрес в підмережі?

7. По заданому викладачем числу хостів в підмережі визначить мінімальну маску.

8. Які форми запису маски ви знаєте?

9. Чому послідовне з’єднання виділяють в окрему підмережу?

10. Яку маску рекомендують використовувати для мережі послідовного з’єднання й чому?

11. Як CIDR й VLSM спияють ощадливому використанню адресного простору?

12. Що таке Supernetting?

13. Що таке агрегація маршрутів і як вона сприяє зменшенню таблиць маршрутів на маршрутизаторах?

14. Що таке розірвані підмережі, і які протоколи маршрутизації їх не підтримують?

15. Які особливості роботи симулятора при реалізації протоколу RIP?