Podział na Podsieci

Dlaczego dzielić sieć na podsieci? Segmentacja sieci IP

W poprzedniej lekcji o adresacji klasowej zobaczyliśmy, jak organizacjom przydzielano duże, stałe bloki adresów IP, takie jak sieć klasy B lub C. Wspólna domena rozgłoszeniowa obejmuje wtedy wiele urządzeń. Zwiększa zakres ruchu rozgłoszeniowego, ogranicza separację działów i utrudnia stosowanie odmiennych reguł dostępu.

Podział adresów na podsieci tworzy mniejsze domeny rozgłoszeniowe. Administrator może przypisać je działom, usługom lub strefom bezpieczeństwa. Ruch rozgłoszeniowy pozostaje wtedy w odpowiedniej podsieci, a urządzenia routujące mogą stosować reguły dostępu między podsieciami.

Subnetting (dzielenie na podsieci) jest sieciowym odpowiednikiem tego działania. To podstawowa technika, która pozwala administratorowi podzielić pojedynczy, duży blok adresów IP na mniejsze, łatwiejsze w zarządzaniu podsieci.

Korzyści z dzielenia na podsieci

• Poprawa Wydajności: Segmentacja sieci zmniejsza ogólny ruch sieciowy. Ruch przeznaczony dla urządzeń w jednej podsieci pozostaje w jej obrębie, zamiast być rozgłaszany do każdego urządzenia w całej sieci.
• Większe Bezpieczeństwo: Podsieci pozwalają na wdrażanie polityk bezpieczeństwa między różnymi częściami sieci. Można na przykład użyć zapory sieciowej, aby ograniczyć dostęp do podsieci Działu Finansów z gościnnej sieci Wi-Fi.
• Uproszczona Administracja: Zarządzanie mniejszymi, logicznie pogrupowanymi sieciami jest znacznie łatwiejsze niż zarządzanie jedną ogromną, płaską siecią.
• Efektywność Alokacji Adresów: Pomaga w bardziej uporządkowanym przydzielaniu adresów IP wewnątrz organizacji, chociaż, jak zobaczymy, tradycyjny subnetting wciąż ma swoje ograniczenia.

Narzędzie podziału: maska podsieci

Podstawą dzielenia na podsieci jest maska podsieci. Każdy adres IPv4 ma część sieciową i część hosta. Maska podsieci IPv4 to 32-bitowa liczba, która informuje urządzenie, która część adresu należy do sieci lub podsieci, a która do hosta.

Zasada jest prosta:

• 1 w masce podsieci odpowiada bitowi w adresie IP, który należy do części sieci/podsieci.
• 0 w masce podsieci odpowiada bitowi w adresie IP, który należy do części hosta.

Pożyczanie bitów w subnettingu

Aby stworzyć podsieci, administrator wirtualnie „pożycza” bity z pierwotnej części hosta i ponownie przypisuje je do części sieciowej. Tworzy to nową, trzecią warstwę w hierarchii adresu:

[ ID Sieci ] [ ID Podsieci ] [ ID Hosta ]

Im więcej bitów pożyczysz z części hosta, tym więcej podsieci możesz utworzyć. Jednak pożyczanie bitów zmniejsza liczbę bitów dostępnych dla hostów, co oznacza, że każda podsieć będzie mniejsza i pomieści mniej urządzeń. To główny kompromis w subnettingu.

Przykład 1: Podział Sieci Klasy C

Rozważmy typowy scenariusz. Mała firma otrzymała sieć klasy C 217.15.110.0. Domyślna maska podsieci to 255.255.255.0. Daje to jedną sieć z $2^8 - 2 = 254$ użytecznymi adresami hostów.

Cel: Firma potrzebuje utworzyć co najmniej 4 oddzielne sieci dla różnych działów: Sprzedaż, Inżynieria, Administracja i sieć dla gości.

Krok 1: Określ Liczbę Bitów do Pożyczenia

Używamy wzoru $2^S \ge \text{liczba wymaganych podsieci}$, gdzie $S$ to liczba bitów do pożyczenia.

• Jeśli pożyczymy 1 bit ($S=1$), otrzymamy $2^1 = 2$ podsieci. Za mało.
• Jeśli pożyczymy 2 bity ($S=2$), otrzymamy $2^2 = 4$ podsieci. To spełnia nasze wymagania.

Zatem pożyczymy 2 bity z części hosta.

Krok 2: Oblicz Nową Maskę Podsieci

Domyślna maska dla sieci klasy C to 255.255.255.0. W systemie binarnym to:
11111111.11111111.11111111.00000000
Pożyczamy 2 bity z części hosta (ostatniego oktetu) i zamieniamy je na 1:
11111111.11111111.11111111.11000000
Teraz konwertujemy to z powrotem na notację kropkowo-dziesiętną. Pierwsze trzy oktety to nadal 255. Ostatni oktet to 11000000 binarnie, czyli $128 + 64 = 192$ dziesiętnie.
Nowa maska podsieci to 255.255.255.192. W notacji CIDR, domyślna maska /24 staje się /26, ponieważ dodaliśmy 2 bity do części sieciowej ($24+2=26$).

Krok 3: Określ Liczbę Hostów w Podsieci

Zaczęliśmy z 8 bitami hosta. Po pożyczeniu 2 na podsieci, zostało nam $H = 8 - 2 = 6$ bitów dla hostów. Używamy wzoru $2^H - 2 = \text{użyteczne hosty}$.
$2^6 - 2 = 64 - 2 = 62$ użyteczne hosty w każdej podsieci.

Krok 4: Wypisz Podsieci

2 pożyczone bity mogą mieć cztery możliwe kombinacje: 00, 01, 10 i 11. Każda kombinacja definiuje unikalną podsieć. Adresy sieci znajdujemy, ustawiając wszystkie pozostałe bity hosta na 0.

W każdej podsieci Adres Sieci to ten, gdzie wszystkie bity hosta są równe '0'. Adres Rozgłoszeniowy(broadcast) to ten, gdzie wszystkie bity hosta są równe '1', i służy do wysyłania wiadomości do wszystkich urządzeń w tej konkretnej podsieci. Adresy pomiędzy nimi można przypisać urządzeniom.

Przykład 2: Podział sieci klasy B

Rozważmy większą sieć. Uniwersytet otrzymał sieć klasy B 172.16.0.0. Maska domyślna to 255.255.0.0, czyli /16. Jedna sieć zapewnia $2^{16} - 2 = 65,534$ adresów hostów.

Cel: Uniwersytet chce utworzyć co najmniej 1000 podsieci dla wydziałów, laboratoriów i budynków administracyjnych.

Krok 1: Określenie bitów do pożyczenia

Korzystamy ze wzoru $2^S \ge 1000$.

• $2^9 = 512$ podsieci. To za mało.
• $2^{10} = 1024$ podsieci. Wymaganie jest spełnione.

Pożyczymy 10 bitów z części hosta.

Krok 2: Obliczenie nowej maski podsieci

Początkowa część hosta obejmuje dwa ostatnie oktety, czyli 16 bitów. Pożyczamy 10 z nich.
Maska początkowa (/16): 11111111.11111111.00000000.00000000
Pożyczamy pierwsze 8 bitów trzeciego oktetu i pierwsze 2 bity czwartego oktetu:
Nowa maska: 11111111.11111111.11111111.11000000
Otrzymujemy 255.255.255.192. Nowa długość prefiksu to /26 ($16+10=26$).

Krok 3: Obliczenie liczby hostów w podsieci

Początkowa część hosta miała 16 bitów. Po pożyczeniu 10 pozostaje $H = 16 - 10 = 6$ bitów hosta.
Liczba użytecznych hostów wynosi $2^6 - 2 = 62$. Otrzymamy więc 1024 podsieci, każda z 62 użytecznymi adresami.

Krok 4: Wypisanie podsieci

Wypisanie wszystkich 1024 podsieci byłoby niepraktyczne. W ostatnim oktecie kolejne podsieci zwiększają się o 64.

• Podsieć 1: 172.16.0.0/26 (zakres hostów 172.16.0.1 - 172.16.0.62, broadcast 172.16.0.63)
• Podsieć 2: 172.16.0.64/26 (zakres hostów 172.16.0.65 - 172.16.0.126, broadcast 172.16.0.127)
• Podsieć 3: 172.16.0.128/26 (zakres hostów 172.16.0.129 - 172.16.0.190, broadcast 172.16.0.191)
• Podsieć 4: 172.16.0.192/26 (zakres hostów 172.16.0.193 - 172.16.0.254, broadcast 172.16.0.255)
• Podsieć 5: 172.16.1.0/26. Po czterech podsieciach ostatni oktet wraca do zera, a trzeci oktet zwiększa się o jeden.
• Podsieć 1024: 172.16.255.192/26 (zakres hostów 172.16.255.193 - 172.16.255.254, broadcast 172.16.255.255)

Ograniczenie podsieci o stałym rozmiarze

Rozwiązaliśmy problem organizacji dużej sieci w mniejsze, zarządzalne działy. Jednak ta tradycyjna metoda podziału na podsieci ma istotną, pozostałą wadę: wszystkie utworzone przez nas podsieci muszą mieć ten sam rozmiar.

W przykładzie uniwersytetu utworzyliśmy 1024 podsieci, każda z możliwością obsługi 62 urządzeń. To działa dobrze dla działu z 50 komputerami. Połączenie między dwoma głównymi routerami potrzebuje jednak tylko 2 adresów IP (po jednym na każdy koniec łącza), a przydzielenie całej podsieci z 62 adresami oznacza marnowanie 60 z nich. Małe laboratorium z 10 komputerami również otrzymałoby blok 62 adresów, marnując 52.

Ta nieelastyczność nadal prowadzi do marnotrawstwa adresów, tyle że na mniejszą skalę. Aby ograniczyć to marnotrawstwo, inżynierowie sieciowi opracowali bardziej zaawansowane techniki:

• Maski Podsieci o Zmiennej Długości (VLSM)
• Bezklasowy Routing Międzydomenowy (CIDR)

Techniki te pozwalają administratorom tworzyć podsieci o różnych rozmiarach, dopasowane do potrzeb poszczególnych segmentów sieci. Zostaną omówione w następnej lekcji.