7. diel - Siete - IPv4 - Tvorba podsietí v praxi

V minulej lekcii, Siete - IPv4 a IPv6 - Tvorba podsietí , sme si vysvetlili proces tvorby podsietí, tzv. subnetting.

V nasledujúcom tutoriále základov sietí si prehĺbime znalosti tvorby podsietí. Zameriame sa na protokol IPv4 a vysvetlíme si subnetting na praktickom príklade. Naučíme sa vypočítať rozsahy adries podsietí.

Modelová situácia

V úlohe správcu siete máme za úlohu vytvoriť dve nové vetvy firemnej siete s adresou 172.31.13.40/22. Jedna vetva bude mať 13 zariadení (počítačov, kopírok, IP telefónov etc.) a druhá 64. Ako sme si už vysvetlili v lekcii Siete - IPv4 a IPv6 - Tvorba podsietí, máme na výber z dvoch možných prístupov - CIDR a VLSM. Najprv je ale nutné určiť sieťovú a broadcastovú adresu pôvodnej siete. Táto informácia je potrebná pre ďalšie kroky, kedy sieť rozdelíme na podsiete.

Zistenie adresy siete a broadcastu

Najprv si prevedieme masku na binárny formát. V našom príklade je maska /22, čo znamená, že prvých 22 bitov je nastavených na 1 a zvyšok na 0. Keď prevedieme /22 na štyri oktety v binárnej sústave, získame:

11111111.11111111.11111100.00000000

Potom sa pozrieme na IP adresu siete, v našom prípade 172.31.13.40. Prevedieme tretí oktet (posledný oktet, kde sa v maske jednotky mení na nuly) do binárnej sústavy:

172.31.00001101.40

Teraz porovnáme binárne formáty masky a tretieho oktetu IP adresy, aby sme zistili, kde dochádza k zmene z jednotiek na nuly (miesto je vyznačené zvislítkom):

111111|00 (maska)
000011|01 (síť)

Keď už vieme, kde dochádza k zmene, zistíme adresu siete. To urobíme tak, že v sieti dosadíme nuly za označeným miestom:

172.31.000011|00.00000000 -> 172.31.12.0/22

Nakoniec zistíme adresu broadcastu tým, že dosadíme za označeným miestom jednotky:

172.31.000011|11.11111111 -> 172.31.15.255/22

Pozor, adresu brány, siete a broadcast nemôžeme využiť pre počítače v sieti, v každej vetve teda budeme musieť pridať k počtu počítačov tri adresy navyše!

Teraz sme teda zistili adresu siete a broadcastu pre našu pôvodnú sieť a môžeme pristúpiť k deleniu na podsiete, najprv pomocou CIDR a potom VLSM.

CIDR - Classless Inter-Domain Routing

CIDR je ako už vieme metóda routovania bez triedneho systému. To znamená, že sieť môže byť delená na podsiete podľa potrieb. Pretože CIDR vyžaduje, aby boli všetky podsiete rovnako veľké, budeme musieť alokovať rovnaký počet adries pre obe podsiete. Napriek tomu, že ľavá vetva potrebuje iba 13 adries, budeme jej musieť alokovať rovnaký počet adries, ako pre pravú vetvu, ktorá potrebuje 64 adries.

Pre CIDR teda budeme musieť zvoliť masku siete tak, aby počet možných adries v podsieti bol dostatočný pre najväčší počet počítačov v ktorejkoľvek vetve. V našom prípade to bude pre 64 počítačov.

Výpočet adries

Povedali sme si, že potrebujeme rozdeliť sieť na dve podsiete. Preto najskôr vytvoríme rovnicu, kde počet podsietí je rovný 2^x. V našom prípade má teda rovnica tvar 2^x = 2. Jej výsledok je x=1.

Keď poznáme x, pripočítame ho k pôvodnej maske siete. V našom príklade je pôvodná maska /22, takže pridáme 1 a dostaneme /23.

Týmto spôsobom sme rozdelili našu pôvodnú sieť na dve podsiete s maskou /23. Teraz musíme určiť rozsah IP adries pre každú podsieť. Urobíme to tak, že k prvému oktetu IP adresy pripočítame 2^x, kde x je počet nulových bitov v maske podsiete. V našom prípade je to 2 ¹ = 2.

Pri použití 32-bitových IPv4 adries platí, že počet nulových bitov v maske je rovný 32 mínus počet jednotiek (tj hodnota masky). My sme si spočítali masku /23. Z toho vyplýva, že počet nulových bitov je 32 - 23 = 9. V tomto konkrétnom príklade sa k prvému oktetu IP adresy pripočíta 2^x, kde x je počet nulových bitov v poslednom oktete masky podsiete. Pre masku /23 teda platí, že v poslednom oktete je 7 jednotiek a 1 nula. V tomto prípade sa teda x rovná 1 (počtu nulových bitov v poslednom oktete), takže 2^x je 2.

Ako už vieme, maska /23 znamená, že prvé 23 bitov IP adresy sú vyhradené na identifikáciu siete, zatiaľ čo zostávajúce bity sú použité na identifikáciu jednotlivých počítačov v sieti. V našom prípade to znamená, že prvé 2 oktety a 7 bitov tretieho oktetu identifikujú sieť, zatiaľ čo zvyšné bity identifikujú počítače.

Po vykonaní tohto výpočtu potom získame rozsah IP adries v oboch vetvách siete:

• podsieť A: 172.31.12.0/23 - 172.31.13.255/23,
• podsieť B (začína, kde sa prvá podsieť končí): 172.31.14.0/23 - 172.31.15.255/23.

Takže teraz máme dve podsiete a každá je schopná podporovať 510 počítačov (2^(32-23) - 2 pre sieťovú a broadcastovú adresu).

VLSM - Variable Length Subnet Mask

V minulých lekciách sme si už povedali, že VLSM je pokročilejšia metóda, ktorá umožňuje vytvárať podsiete rôznych veľkostí. To je veľmi užitočné pre našu situáciu, keď máme siete s rôznym počtom počítačov. Pri použití VLSM teda dokážeme vytvoriť jednu podsieť pre 13 počítačov a druhú podsieť pre 64 počítačov s výrazne nižším počtom alokovaných adries. To znamená, že namiesto toho, aby sme plytvali adresami pri použití CIDR, využijeme adresný priestor výrazne efektívnejšie.

Výpočet adries

Najprv si zoradíme počet staníc zostupne. V našom prípade máme len dve vetvy (64 a 13 staníc). Zaujíma nás najskôr vetva s najväčším počtom hostí, pretože logicky bude potrebovať najväčší adresný priestor. Teda číslo 64. Teraz k počtu staníc pripočítame 3 (pre východiskovú bránu, adresu siete a broadcast), a potom hľadáme najbližší násobok dvoch, ktorý je väčší alebo rovný tomuto súčtu. Najbližší násobok dvoch, ktorý je väčší alebo rovný 67, je 128. Pre 13 staníc pripočítame 3 a dostaneme 16. Najbližší násobok dvoch, ktorý je väčší alebo rovný 16, je práve 16:-)

Teraz vieme, že naše dve podsiete budú mať rozsah pre 128 a 16 staníc. K našej vyššie vypočítanej sieťovej adrese 172.31.12.0 postupne pripočítame násobky. Najprv pripočítame 128 a dostaneme 172.31.12.127. Potom pripočítame 16 k adrese nasledujúcej po tejto, teda k 172.31.12.128, a dostaneme 172.31.12.144.

Teraz máme rozsahy pre naše dve podsiete:

• podsieť A: 172.31.12.0/25 - 172.31.12.127/25 (pre 64 staníc),
• podsieť B: 172.31.12.128/28 - 172.31.12.143/28 (pre 13 staníc).

Masky /25 a /28 sme získali spätným výpočtom počtu hostiteľov v podsieti. Maska /25 umožňuje 128 adries (sedem nulových bitov, teda 2 ⁷) a maska /28 umožňuje 16 adries (štyri nulové bity, teda 2 ⁴). Pretože je z každého rozsahu odpočítaná jedna adresa pre adresu siete a jedna pre broadcastovú adresu, dostaneme maximálny počet 126 a 14 hostiteľov v každej podsieti, čo stačí na počty 64 a 13, ktoré sme mali v zadaní na začiatku.

Prostým porovnaním adresných priestorov variantov CIDR a VLSM je teda úplne zrejmé, o koľko je metóda VLSM efektívnejšia.