Теоретические сведения
IP-адрес состоит из четырех частей, записанных в виде десятичных чисел с точками (например, 192.168.1.1). Каждую из этих четырех частей называют октетом. Октет представляет собой восемь двоичных цифр (например, 11000000, или 192 в десятичном виде).
Таким образом, каждый октет может принимать в двоичном виде значения от 00000000 до 11111111, или от 0 до 255 в десятичном виде.
На следующем рисунке показан пример IP-адреса, в котором первые три октета (192.168.1) представляют собой номер сети, а четвертый октет (16) – идентификатор хоста.
Рисунок 1. Номер сети и идентификатор хоста
Количество двоичных цифр в IP-адресе, которые приходятся на номер сети, и количество цифр в адресе, приходящееся на идентификатор хоста, могут быть различными в зависимости от маски подсети.
Частные IP-адреса
У каждого хоста в сети Интернет должен быть уникальный адрес. Если ваши сети изолированы от Интернета (например, связывают два филиала), для хостов без проблем можно использовать любые IP-адреса. Однако, уполномоченной организацией по распределению нумерации в сети Интернет (IANA) специально для частных сетей зарезервированы следующие три блока IP-адресов:
· 10.0.0.0 — 10.255.255.255
· 172.16.0.0 — 172.31.255.255
· 192.168.0.0 — 192.168.255.255
IP-адреса указанных частный подсетей иногда называют "серыми".
IP-адреса можно получить через IANA, у своего провайдера услуг Интернет или самостоятельно назначить из диапазона адресов для частных сетей.
Маски подсети
Маска подсети используется для определения того, какие биты являются частью номера сети, а какие – частью идентификатора хоста (для этого применяется логическая операция конъюнкции – "И").
Маска подсети включает в себя 32 бита. Если бит в маске подсети равен "1", то соответствующий бит IP-адреса является частью номера сети. Если бит в маске подсети равен "0", то соответствующий бит IP-адреса является частью идентификатора хоста.
Таблица 1. Пример выделения номера сети и идентификатора хоста в IP-адресе
| 1-ый октет: (192) | 2-ой октет: (168) | 3-ий октет: (1) | 4-ый октет: (2) | |
| IP-адрес (двоичный) | ||||
| Маска подсети (двоичная) | ||||
| Номер сети | ||||
| Идентификатор хоста |
Маски подсети всегда состоят из серии последовательных единиц, начиная с самого левого бита маски, за которой следует серия последовательных нулей, составляющих в общей сложности 32 бита.
Маску подсети можно определить как количество бит в адресе, представляющих номер сети (количество бит со значением "1"). Например, "8-битной маской" называют маску, в которой 8 бит – единичные, а остальные 24 бита – нулевые.
Маски подсети записываются в формате десятичных чисел с точками, как и IP-адреса. В следующих примерах показаны двоичная и десятичная запись 8-битной, 16-битной, 24-битной и 29-битной масок подсети.
Таблица 2. Маски подсети
| Двоичная 1-ый октет: | Двоичная 2-ой октет: | Двоичная 3-ий октет: | Двоичная 4-ый октет: | Десятичная | |
| 8-битная маска | 255.0.0.0 | ||||
| 16-битная маска | 255.255.0.0 | ||||
| 24-битная маска | 255.255.255.0 | ||||
| 29-битная маска | 255.255.255.248 |
Размер сети
Количество разрядов в номере сети определяет максимальное количество хостов, которые могут находиться в такой сети. Чем больше бит в номере сети, тем меньше бит остается на идентификатор хоста в адресе.
IP-адрес с идентификатором хоста из всех нулей представляет собой IP-адрес сети (192.168.1.0 с 24-битной маской подсети, например). IP-адрес с идентификатором хоста из всех единиц представляет собой широковещательный адрес данной сети (192.168.1.255 с 24-битной маской подсети, например).
Так как такие два IP-адреса не могут использоваться в качестве идентификаторов отдельных хостов, максимально возможное количество хостов в сети вычисляется следующим образом:
Таблица 3. Максимально возможное число хостов
| Маска подсети | Размер идентификатора хоста | Максимальное количество хостов | ||
| 8 бит | 255.0.0.0 | 24 бит | 224 – 2 | |
| 16 бит | 255.255.0.0 | 16 бит | 216 – 2 | |
| 24 бит | 255.255.255.0 | 8 бит | 28 – 2 | |
| 29 бит | 255.255.255.248 | 3 бит | 23 – 2 |
Формат записи
Поскольку маска всегда является последовательностью единиц слева, дополняемой серией нулей до 32 бит, можно просто указывать количество единиц, а не записывать значение каждого октета. Обычно это записывается как "/" после адреса и количество единичных бит в маске.
Например, адрес 192.1.1.0 /25 представляет собой адрес 192.1.1.0 с маской 255.255.255.128. Некоторые возможные маски подсети в обоих форматах показаны в следующей таблице.
Таблица 4. Альтернативный формат записи маски подсети
| Маска подсети | Альтернативный формат записи | Последний октет (в двоичном виде) | Последний октет (в десятичном виде) |
| 255.255.255.0 | /24 | 0000 0000 | |
| 255.255.255.128 | /25 | 1000 0000 | |
| 255.255.255.192 | /26 | 1100 0000 | |
| 255.255.255.224 | /27 | 1110 0000 | |
| 255.255.255.240 | /28 | 1111 0000 | |
| 255.255.255.248 | /29 | 1111 1000 | |
| 255.255.255.252 | /30 | 1111 1100 |
Формирование подсетей
С помощью подсетей одну сеть можно разделить на несколько. В приведенном ниже примере администратор сети создает две подсети, чтобы изолировать группу серверов от остальных устройств в целях безопасности.
В этом примере сеть компании имеет адрес 192.168.1.0. Первые три октета адреса (192.168.1) представляют собой номер сети, а оставшийся октет – идентификатор хоста, что позволяет использовать в сети максимум 28 – 2 = 254 хостов.
Сеть компании до ее деления на подсети показана на следующем рисунке.
Рисунок 2. Пример формирования подсетей: до разделения на подсети
Чтобы разделить сеть 192.168.1.0 на две отдельные подсети, можно "позаимствовать" один бит из идентификатора хоста. В этом случае маска подсети станет 25-битной (255.255.255.128 или /25).
"Одолженный" бит идентификатора хоста может быть либо нулем, либо единицей, что дает нам две подсети: 192.168.1.0 /25 и 192.168.1.128 /25.
Сеть компании после ее деления на подсети показана на следующем рисунке. Теперь она включает в себя две подсети, A и B.
Рисунок 3. Пример формирования подсетей: после деления на подсети
В 25-битной подсети на идентификатор хоста выделяется 7 бит, поэтому в кажд
ой подсети может быть максимум 27 – 2 = 126 хостов (идентификатор хоста из всех нулей – это сама подсеть, а из всех единиц – широковещательный адрес для подсети).
Адрес 192.168.1.0 с маской 255.255.255.128 является адресом подсети А, а 192.168.1.127 с маской 255.255.255.128 является ее широковещательным адресом. Таким образом, наименьший IP-адрес, который может быть закреплен за действительным хостом в подсети А – это 192.168.1.1, а наибольший – 192.168.1.126.
Аналогичным образом диапазон идентификаторов хоста для подсети В составляет от 192.168.1.129 до 192.168.1.254.
Пример: четыре подсети
В предыдущем примере было показано использование 25-битной маски подсети для разделения 24-битного адреса на две подсети. Аналогичным образом для разделения 24-битного адреса на четыре подсети потребуется "одолжить" два бита идентификатора хоста, чтобы получить четыре возможные комбинации (00, 01, 10 и 11). Маска подсети состоит из 26 бит (11111111.11111111.11111111.11000000), то есть 255.255.255.192.
Каждая подсеть содержит 6 битов идентификатора хоста, что в сумме дает 26 – 2 = 62 хоста для каждой подсети (идентификатор хоста из всех нулей – это сама подсеть, а из всех единиц – широковещательный адрес для подсети).
Таблица 5. Подсеть 1
| IP-адрес/маска подсети | Номер сети | Значение последнего октета |
| IP-адрес (десятичный) | 192.168.1. | |
| IP-адрес (двоичный) | 11000000.10101000.00000001. | |
| Маска подсети (двоичная) | 11111111.11111111.11111111. | |
| Адрес подсети 192.168.1.0 | Наименьший идентификатор хоста: 192.168.1.1 | |
| Широковещательный адрес 192.168.1.63 | Наибольший идентификатор хоста: 192.168.1.62 |
Таблица 6. Подсеть 2
| IP-адрес/маска подсети | Номер сети | Значение последнего октета |
| IP-адрес | 192.168.1. | |
| IP-адрес (двоичный) | 11000000.10101000.00000001. | |
| Маска подсети (двоичная) | 11111111.11111111.11111111. | |
| Адрес подсети 192.168.1.64 | Наименьший идентификатор хоста: 192.168.1.65 | |
| Широковещательный адрес 192.168.1.127 | Наибольший идентификатор хоста: 192.168.1.126 |
Таблица 7. Подсеть 3
| IP-адрес/маска подсети | Номер сети | Значение последнего октета |
| IP-адрес | 192.168.1. | |
| IP-адрес (двоичный) | 11000000.10101000.00000001. | |
| Маска подсети (двоичная) | 11111111.11111111.11111111. | |
| Адрес подсети 192.168.1.128 | Наименьший идентификатор хоста: 192.168.1.129 | |
| Широковещательный адрес 192.168.1.191 | Наибольший идентификатор хоста: 192.168.1.190 |
Таблица 8. Подсеть 4
| IP-адрес/маска подсети | Номер сети | Значение последнего октета |
| IP-адрес | 192.168.1. | |
| IP-адрес (двоичный) | 11000000.10101000.00000001. | |
| Маска подсети (двоичная) | 11111111.11111111.11111111. | |
| Адрес подсети 192.168.1.192 | Наименьший идентификатор хоста: 192.168.1.193 | |
| Широковещательный адрес 192.168.1.255 | Наибольший идентификатор хоста: 192.168.1.254 |
Пример: восемь подсетей
Аналогичным образом для создания восьми подсетей используется 27-битная маска (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 и 111).
Значения последнего октета IP-адреса для каждой подсети показаны в следующей таблице.
Таблица 9. Восемь подсетей
| Подсеть | Адрес подсети | Первый адрес | Последний адрес | Широковещательный адрес |
Планирование подсетей
Сводная информация по планированию подсетей для сети с 24-битным номером сети приводится в следующей таблице.
Таблица 10. Планирование подсетей для сети с 24-битным номером
| Количество "одолженных" битов идентификатора хоста | Маска подсети | Количество подсетей | Количество хостов в подсети |
| 255.255.255.128 (/25) | |||
| 255.255.255.192 (/26) | |||
| 255.255.255.224 (/27) | |||
| 255.255.255.240 (/28) | |||
| 255.255.255.248 (/29) | |||
| 255.255.255.252 (/30) | |||
| 255.255.255.254 (/31) |
Пример расчета количества подсетей и хостов в подсети на основе IP-адреса и маски подсети
Приведем пример расчета количества подсетей и хостов для сети 59.124.163.151/27.
/27 - префикс сети или сетевая маска
В формате двоичных чисел 11111111 11111111 11111111 11100000
В формате десятичных чисел 255.255.255.224
В четвертом поле (последний октет)11100000 первые 3 бита определяют число подсетей, в нашем примере 23 = 8.
В четвертом поле (последний октет) 11100000 последие 5 бит определяют число хостов подсети, в нашем примере 25 = 32.
Диапазон IP первой подсети 0~31 (32 хоста), но 0 - это подсеть, а 31 - это Broadcast. Таким образом, максимальное число хостов данной подсети - 30.
Первая подсеть: 59.124.163.0
Broadcast первой подсети: 59.124.163.31
Диапазон IP второй подсети с 59.124.163.32 по 59.124.163.63
Вторая подсеть: 59.124.163.32
Broadcast второй подсети: 59.124.163.63
Мы можем высчитать диапазон IP восьмой подсети с 59.124.163.224 по 59.124.163.255
Восьмая подсеть: 59.124.163.224
Broadcast восьмой подсети: 59.124.163.255
В нашем примере IP-адрес 59.124.163.151 находится в пятой подсети.
Пятая подсеть: 59.124.163.128/27
Диапазон IP пятой подсети с 59.124.163.128 по 59.124.163.159
Broadcast пятой подсети: 59.124.163.159
Задания для практического занятия:
Дан сетевой адрес 192.168.100.0/24 для подсети, необходимо составить схему IP-адресации сети, изображённой в топологии. Для каждой локальной сети в сети требуется достаточно пространства для 25 адресов конечных устройств, коммутатора и маршрутизатора. Для соединения между маршрутизаторами R1 и R2 потребуется по одному IP-адресу на каждом конце канала.
Топология
Задание 1: Разработка схемы IP-адресации
Разбиение сети 192.168.100.0/24 на нужное количество подсетей.
1. В соответствии с имеющейся топологией сколько потребуется подсетей? _______
2. Сколько необходимо заимствовать битов для поддержки нескольких подсетей в таблице топологии? _______
3. Сколько в результате этого создаётся подсетей? _______
4. Сколько при этом в каждой подсети будет доступно пригодных к использованию
узлов? ______
Примечание. Если ваш ответ—менее25узлов,значит,вы позаимствовали слишком много бит.
5. Рассчитайте двоичное значение для первых пяти подсетей. Первая подсеть уже показана.
Net 1: 192. 168. 100. 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Net 2: 192. 168. 100. ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___
Net 3: 192. 168. 100. ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___
Net 4: 192. 168. 100. ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___
6. Рассчитайте двоичное и десятичное значение новой маски подсети.
11111111.11111111.11111111. ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___
255. 255. 255. ______
7. Заполните таблицу подсетей, перечислив десятичные значения всех доступных подсетей, первый и последний используемый адрес узла и широковещательный адрес. Повторяйте действие до отображения всех адресов.
Примечание. Возможно,потребуется использовать не все строки.
Таблица подсети
| Номер подсети | Адрес подсети | Первый используемый адрес узла | Последний используемый адрес узла | Широковещательный адрес |