Διαμόρφωση διευθύνσεων IP και μοναδικών υποδικτύων

1 Βασικοί ορισμοί

• Διεύθυνση - Το μοναδικό αναγνωριστικό αριθμού που έχει εκχωρηθεί σε έναν κεντρικό υπολογιστή ή διεπαφή σε ένα δίκτυο.
• Υποδίκτυο - Ένα τμήμα ενός δικτύου που μοιράζεται μια συγκεκριμένη διεύθυνση υποδικτύου.
• Μάσκα υποδικτύου - Ένας συνδυασμός 32-bit που χρησιμοποιείται για να περιγράψει ποιο τμήμα μιας διεύθυνσης αναφέρεται στο υποδίκτυο και ποιο μέρος αναφέρεται στον κεντρικό υπολογιστή.
• Διασύνδεση - Μια σύνδεση δικτύου.

2 Κατανόηση των διευθύνσεων IP

Μια διεύθυνση IP είναι μια διεύθυνση που χρησιμοποιείται για τον μοναδικό προσδιορισμό μιας συσκευής σε ένα δίκτυο IP. Η διεύθυνση αποτελείται από 32 δυαδικά bit, τα οποία μπορούν να διαιρεθούν σε τμήμα δικτύου στο οποίο ανήκει ο υπολογιστής (Network ΙD ή πρόθεμα - prefix) και τμήμα (Host ID ή επίθεμα - suffix) αναγνώρισης του υπολογιστή με τη βοήθεια μιας μάσκας υποδικτύου.

Τα 32 δυαδικά bit χωρίζονται σε τέσσερις οκτάδες (1 οκτάδα = 8 μπιτ). Κάθε οκτάδα μετατρέπεται σε δεκαδικό και χωρίζεται με τελεία (κουκκίδα). Για το λόγο αυτό, μια διεύθυνση IP λέγεται ότι εκφράζεται με διακεκομμένη δεκαδική μορφή (για παράδειγμα, 172.16.81.100). Η τιμή σε κάθε οκτάδα κυμαίνεται από 0 έως 255 δεκαδικά ή 00000000 - 11111111 δυαδικό.

Σε αυτό το παράδειγμα δείχνει μια διεύθυνση IP που αντιπροσωπεύεται τόσο σε δυαδικό όσο και σε δεκαδικό.

10. 1. 23. 19 (δεκαδικός)
00001010.00000001.00010111.00010011 (δυαδικό)

Αυτές οι οκτάδες αναλύονται για να παρέχουν ένα σχήμα διευθύνσεων που μπορεί να φιλοξενήσει μεγάλα και μικρά δίκτυα. Υπάρχουν πέντε διαφορετικές κατηγορίες δικτύων, A έως E. Αυτό το έγγραφο εστιάζει στις κλάσεις A έως C, καθώς οι κλάσεις D και E είναι δεσμευμένες και η συζήτησή τους δεν εμπίπτει στο πεδίο αυτού του εγγράφου.

Με δεδομένη μια διεύθυνση IP, η κλάση της μπορεί να προσδιοριστεί από τα τρία πιο σημαντικά bit (τα τρία πιο αριστερά bit στην πρώτη οκτάδα). Το σχήμα 1 δείχνει τη σημασία των τρίων σημαντικών bit και το εύρος των διευθύνσεων που εμπίπτουν σε κάθε κλάση. Για ενημερωτικούς σκοπούς, εμφανίζονται επίσης οι διευθύνσεις Κατηγορίας D και Κατηγορίας Ε.

Σχήμα 1

Σε μια διεύθυνση Κατηγορίας Α, η πρώτη οκτάδα είναι το τμήμα δικτύου, επομένως το παράδειγμα Κλάσης Α στο Σχήμα 1 έχει μια κύρια διεύθυνση δικτύου 1.0.0.x - 127.255.255.x (όπου το x μπορεί να πάει από 0 έως 255). Οι Οκτάδες 2, 3 και 4 (τα επόμενα 24 bit) είναι για τον διαχειριστή δικτύου να χωρίσει σε υποδίκτυα και κεντρικούς υπολογιστές όπως κρίνει κατάλληλο. Οι διευθύνσεις κλάσης Α χρησιμοποιούνται για δίκτυα που έχουν περισσότερους από 65.536 κεντρικούς υπολογιστές (στην πραγματικότητα, έως 16777214 κεντρικούς υπολογιστές!). Σε μια διεύθυνση Κατηγορίας Β, οι δύο πρώτες οκτάδες είναι το τμήμα δικτύου, επομένως το παράδειγμα κλάσης Β στο σχήμα 1 έχει μια κύρια διεύθυνση δικτύου 128.0.0.x - 191.255.255.x. Οι Οκτάδες 3 και 4 (16 bit) είναι για τοπικά υποδίκτυα και κεντρικούς υπολογιστές. Οι διευθύνσεις κλάσης Β χρησιμοποιούνται για δίκτυα που έχουν μεταξύ 256 και 65534 κεντρικούς υπολογιστές. Σε μια διεύθυνση Κατηγορίας C, οι τρεις πρώτες οκτάδες είναι το τμήμα δικτύου. Το παράδειγμα κλάσης C στο Σχήμα 1 έχει μια κύρια διεύθυνση δικτύου 192.0.0.x - 223.255.255.x. Το Octet 4 (8 bit) είναι για τοπικά υποδίκτυα και κεντρικούς υπολογιστές - ιδανικό για δίκτυα με λιγότερους από 254 κεντρικούς υπολογιστές.

3 Μάσκες δικτύου

Μια μάσκα δικτύου σάς βοηθά να γνωρίζετε ποιο τμήμα της διεύθυνσης προσδιορίζει το δίκτυο και ποιο τμήμα της διεύθυνσης προσδιορίζει τον κόμβο. Τα δίκτυα κατηγορίας Α, Β και C έχουν προεπιλεγμένες μάσκες, γνωστές και ως φυσικές μάσκες, όπως φαίνεται εδώ:

Κατηγορία Α: 255.0.0.0

Κατηγορία Β: 255.255.0.0

Κατηγορία C: 255.255.255.0

Μια διεύθυνση IP σε ένα δίκτυο Κλάσης Α που δεν έχει υποδικτυωθεί θα έχει ένα ζεύγος διεύθυνσης/μάσκας παρόμοιο με: 10.20.15.1 255.0.0.0. Για να δείτε πώς η μάσκα σάς βοηθά να αναγνωρίσετε το δίκτυο και τα τμήματα κόμβου της διεύθυνσης, μετατρέψτε τη διεύθυνση και τη μάσκα σε δυαδικούς αριθμούς.

10.20.15.1 = 00001010.00010100.00001111.00000001
255.0.0.0  = 11111111.00000000.00000000.00000000

Αφού έχετε τη διεύθυνση και τη μάσκα που αντιπροσωπεύονται σε δυαδική μορφή, τότε η αναγνώριση του δικτύου και του αναγνωριστικού κεντρικού υπολογιστή είναι ευκολότερη. Οποιαδήποτε bit διεύθυνσης έχουν τα αντίστοιχα bit μάσκας ρυθμισμένα στο 1 αντιπροσωπεύουν το αναγνωριστικό δικτύου. Οποιαδήποτε bit διεύθυνσης έχουν αντίστοιχα bit μάσκας ορισμένα στο 0 αντιπροσωπεύουν το αναγνωριστικό κόμβου.

10.20.15.1 = 00001010.00010100.00001111.00000001
255.0.0.0  = 11111111.00000000.00000000.00000000
            ------------------------------------
              net id | αναγνωριστικό κεντρικού υπολογιστή

netid = 00001010 = 10

hostid = 00010100.00001111.00000001 = 20.15.1

4 Κατανοήστε την υποδικτύωση

Η υποδικτύωση σάς επιτρέπει να δημιουργείτε πολλαπλά λογικά δίκτυα που υπάρχουν σε ένα μόνο δίκτυο κλάσης Α, Β ή C. Εάν δεν κάνετε υποδίκτυο, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μόνο ένα δίκτυο από το δίκτυό σας Κατηγορίας Α, Β ή C, κάτι που δεν είναι ρεαλιστικό.

Κάθε σύνδεσμος δεδομένων σε ένα δίκτυο πρέπει να έχει ένα μοναδικό αναγνωριστικό δικτύου και κάθε κόμβος σε αυτόν τον σύνδεσμο είναι μέλος του ίδιου δικτύου. Εάν χωρίσετε ένα μεγάλο δίκτυο (Κλάση Α, Β ή C) σε μικρότερα υποδίκτυα, σας επιτρέπει να δημιουργήσετε ένα δίκτυο διασυνδεδεμένων υποδικτύων. Κάθε σύνδεσμος δεδομένων σε αυτό το δίκτυο θα έχει στη συνέχεια ένα μοναδικό αναγνωριστικό δικτύου/υποδικτύου. Οποιαδήποτε συσκευή ή πύλη που συνδέει n δίκτυα/υποδίκτυα έχει n διακριτές διευθύνσεις IP, μία για κάθε δίκτυο/υποδίκτυο που διασυνδέει.

Για να υποδικτύσετε ένα δίκτυο, επεκτείνετε τη φυσική μάσκα με μερικά από τα bit από το τμήμα ID κεντρικού υπολογιστή της διεύθυνσης, προκειμένου να δημιουργήσετε ένα αναγνωριστικό υποδικτύου. Για παράδειγμα, δεδομένου ενός δικτύου Κατηγορίας C 192.168.5.0 που έχει φυσική μάσκα 255.255.255.0, μπορείτε να δημιουργήσετε υποδίκτυα με αυτόν τον τρόπο:

192.168.5.0     - 11000000.10101000.00000101.00000000
255.255.255.224 - 11111111.11111111.11111111.11100000
                  --------------------------|υπο|----

Επεκτείνοντας τη μάσκα σε 255.255.255.224, έχετε πάρει τρία bit (που υποδεικνύεται με "υπο") από το αρχικό τμήμα κεντρικού υπολογιστή της διεύθυνσης και τα χρησιμοποιήσατε για να δημιουργήσετε υποδίκτυα. Με αυτά τα τρία bit, είναι δυνατή η δημιουργία οκτώ υποδικτύων. Με τα άλλα πέντε bit αναγνωριστικού κεντρικού υπολογιστή, κάθε υποδίκτυο μπορεί να έχει έως και 32 διευθύνσεις κεντρικού υπολογιστή, 30 από τις οποίες μπορούν πραγματικά να εκχωρηθούν σε μια συσκευή, καθώς δεν επιτρέπονται τα αναγνωριστικά κεντρικού υπολογιστή όλων των μηδενικών ή όλων (είναι πολύ σημαντικό να το θυμάστε αυτό). Έτσι, έχοντας αυτό κατά νου, έχουν δημιουργηθεί αυτά τα υποδίκτυα.

192.168.5.0   255.255.255.224 εύρος διευθύνσεων κεντρικού υπολογιστή 1 έως 30
192.168.5.32  255.255.255.224 εύρος διευθύνσεων κεντρικού υπολογιστή 33 έως 62
192.168.5.64  255.255.255.224 εύρος διευθύνσεων κεντρικού υπολογιστή 65 έως 94
192.168.5.96  255.255.255.224 εύρος διευθύνσεων κεντρικού υπολογιστή 97 έως 126
192.168.5.128 255.255.255.224 εύρος διευθύνσεων κεντρικού υπολογιστή 129 έως 158
192.168.5.160 255.255.255.224 εύρος διευθύνσεων κεντρικού υπολογιστή 161 έως 190
192.168.5.192 255.255.255.224 εύρος διευθύνσεων κεντρικού υπολογιστή 193 έως 222
192.168.5.224 255.255.255.224 εύρος διευθύνσεων κεντρικού υπολογιστή 225 έως 254

Σημείωση: Υπάρχουν δύο τρόποι για να δηλώσετε αυτές τις μάσκες. Πρώτον, εφόσον χρησιμοποιείτε τρία bit περισσότερα από τη "φυσική" μάσκα Κατηγορίας C, μπορείτε να υποδηλώσετε αυτές τις διευθύνσεις ως μάσκα υποδικτύου 3 bit. Ή, δεύτερον, η μάσκα του 255.255.255.224 μπορεί επίσης να συμβολιστεί ως /27 καθώς υπάρχουν 27 bit που έχουν οριστεί στη μάσκα. Αυτή η δεύτερη μέθοδος χρησιμοποιείται με το CIDR. Με αυτή τη μέθοδο, ένα από αυτά τα δίκτυα μπορεί να περιγραφεί με το πρόθεμα/μήκος σημειογραφίας. Για παράδειγμα, το 192.168.5.32/27 υποδηλώνει το δίκτυο 192.168.5.32 255.255.255.224. Όπου είναι απαραίτητο, ο συμβολισμός προθέματος/μήκους χρησιμοποιείται για να υποδηλώσει τη μάσκα σε όλο το υπόλοιπο έγγραφο.

Το σχήμα υποδικτύωσης δικτύου σε αυτήν την ενότητα επιτρέπει οκτώ υποδίκτυα και το δίκτυο μπορεί να εμφανίζεται ως:

Σχήμα 2

Σημειώστε ότι καθένας από τους δρομολογητές στο Σχήμα 2 είναι συνδεδεμένος σε τέσσερα υποδίκτυα, ένα υποδίκτυο είναι κοινό και στους δύο δρομολογητές. Επίσης, κάθε δρομολογητής έχει μια διεύθυνση IP για κάθε υποδίκτυο στο οποίο είναι συνδεδεμένος. Κάθε υποδίκτυο θα μπορούσε ενδεχομένως να υποστηρίξει έως και 30 διευθύνσεις κεντρικού υπολογιστή. Αυτό αναδεικνύει ένα ενδιαφέρον σημείο. Όσο περισσότερα bit κεντρικού υπολογιστή χρησιμοποιείτε για μια μάσκα υποδικτύου, τόσο περισσότερα υποδίκτυα έχετε διαθέσιμα. Ωστόσο, όσο περισσότερα υποδίκτυα είναι διαθέσιμα, τόσο λιγότερες διευθύνσεις κεντρικού υπολογιστή είναι διαθέσιμες ανά υποδίκτυο. Για παράδειγμα, ένα δίκτυο κλάσης C με 192.168.5.0 και μια μάσκα 255.255.255.224 (/27) σάς επιτρέπει να έχετε οκτώ υποδίκτυα, το καθένα με 32 διευθύνσεις κεντρικού υπολογιστή (30 από τις οποίες θα μπορούσαν να εκχωρηθούν σε συσκευές). Εάν χρησιμοποιείτε μάσκα 255.255.255.240 (/28), η ανάλυση είναι:

192.168.5.0     - 11000000.10101000.00000101.00000000
255.255.255.240 - 11111111.11111111.11111111.11110000
                  --------------------------|υπο |---

Εφόσον έχετε πλέον τέσσερα bit για να δημιουργήσετε υποδίκτυα, έχετε μόνο τέσσερα bit για τις διευθύνσεις κεντρικού υπολογιστή. Έτσι σε αυτή την περίπτωση μπορείτε να έχετε έως και 16 υποδίκτυα, καθένα από τα οποία μπορεί να έχει έως και 16 διευθύνσεις κεντρικού υπολογιστή (14 από τις οποίες μπορούν να εκχωρηθούν σε συσκευές).

Κοιτάξτε πώς μπορεί να υποδικτυωθεί ένα δίκτυο Κλάσης Β. Εάν έχετε δίκτυο 172.16.0.0, τότε ξέρετε ότι η φυσική του μάσκα είναι 255.255.0.0 ή 172.16.0.0/16. Η επέκταση της μάσκας σε οτιδήποτε πέρα ​​από το 255.255.0.0 σημαίνει ότι συνδέεστε με υποδίκτυο. Μπορείτε γρήγορα να δείτε ότι έχετε τη δυνατότητα να δημιουργήσετε πολύ περισσότερα υποδίκτυα απ' ό,τι με το δίκτυο Τάξης C. Εάν χρησιμοποιείτε μάσκα 255.255.248.0 (/21), πόσα υποδίκτυα και κεντρικούς υπολογιστές ανά υποδίκτυο επιτρέπει αυτό;

172.16.0.0    - 10101100.00010000.00000000.00000000
255.255.248.0 - 11111111.11111111.11111000.00000000
                -----------------| υπο |-----------

Χρησιμοποιείτε πέντε bit από τα αρχικά bit κεντρικού υπολογιστή για υποδίκτυα. Αυτό σας επιτρέπει να έχετε 32 υποδίκτυα (2⁵). Όταν χρησιμοποιούνται τα πέντε bit για υποδικτύωση, απομένουν 11 bit για διευθύνσεις κεντρικού υπολογιστή. Αυτό επιτρέπει σε κάθε υποδίκτυο να έχει 2048 διευθύνσεις κεντρικού υπολογιστή (2¹¹), 2046 από τις οποίες θα μπορούσαν να εκχωρηθούν σε συσκευές.

Σημείωση : Στο παρελθόν, υπήρχαν περιορισμοί στη χρήση ενός υποδικτύου 0 (όλα τα bit υποδικτύου έχουν οριστεί στο μηδέν) και του υποδικτύου all ones (όλα τα bit υποδικτύου ορίζονται σε ένα). Ορισμένες συσκευές δεν επιτρέπουν τη χρήση αυτών των υποδικτύων. Οι συσκευές Cisco Systems επιτρέπουν τη χρήση αυτών των υποδικτύων όταν ip subnet-zero διαμορφώνεται η εντολή.

5 Πηγή

• Configure IP Addresses and Unique Subnets for New Users - Cisco