Порядок назначения IP адресов. Автономные IP адреса. Автоматизация назначения IP адресов

Номера сетей могут назначаться либо централизованно, если сеть является частью Internet, либо произвольно, если сеть работает автономно. Номера узлов и в том и в другом случае администратор назначает самостоятельно по своему усмотрению, не выходя, разумеется, из разрешенного для этого класса сети диапазона.

Главную роль в централизованном распределении IP-адресов до некоторого времени играла организация InterNIC (Network Information Center), однако с ростом сети задача распределения адресов стала слишком сложной. InterNIC делегировала часть своих функций другим организациям и крупным поставщикам услуг Internet - провайдерам. В частности распределением IP-адресов для подключения к сети Internet теперь занимаются провайдеры.

С тех пор, как появилась и стала широко распространяться сеть Internet, уже прошло не мало времени. И теперь уже становится актуальным вопрос о дефиците IP-адресов. Если говорить о реальной обстановке при распределении адресов для пользователей Internet, то сейчас очень трудно получить адрес класса В и уже практически невозможно стать обладателем адреса класса А! При этом всем надо сказать, что дефицит IP-адресов вызван не совсем постоянным ростом сетей, а просто нерациональным их использованием. Очень часто владельцы сети класса С расходуют лишь небольшую часть из имеющихся у них 254 адресов.

Рассмотрим пример, когда две сети необходимо соединить глобальной связью.

В таких случаях в качестве канала связи используют два маршрутизатора, соединенных по схеме "точка-точка".

В ситуации, которая приведена в примере, для вырожденной сети, образованной каналом, связывающим порты двух смежных маршрутизаторов, приходится выделять отдельный номер сети, хотя в этой сети имеются всего 2 узла.

Давайте рассмотрим другую ситуацию: какие IP-адреса может использовать администратор, если провайдер услуг Internet не назначил ему никакого адреса? Если, к примеру, мы точно знаем, что сеть, которую мы администрируем никогда в будущем не будет подключаться к Internet (работает в "автономном режиме"), тогда мы можем использовать любые IP-адреса, соблюдая правила их назначения, о которых шла речь выше. Для простоты можно использовать адреса класса С: в этом случае не придется вычислять значение маски подсети и вычислять адрес для каждого хоста.

В этом случае мы должны будем просто назначить каждому сегменту нашей локальной сети его собственный сетевой номер класса С.

Если все сегменты нашей локальной сети имеют собственные сетевые номера класса С, то в каждом сегменте можно создать по 254 номера хостов.

Однако если у нас есть хотя бы небольшая вероятность того, что когда-либо в будущем наша сеть может быть подключена к Internet, не следует использовать такие IP-адреса! Они могут привести к конфликту с другими адресами в Internet. Чтобы избежать таких конфликтов, нужно использовать IP-адреса, зарезервированные для частных сетей.

Для этой цели зарезервированы специально несколько блоков IP-адресов, которые называются автономными.

Автономные IP адреса

Автономные адреса зарезервированы для использования частными сетями. Они обычно используются организациями, которые имеют свою частную большую сеть - intranet (локальные сети с архитектурой и логикой Internet), но и маленькие сети часто находят их полезными.

Эти адреса не обрабатываются маршрутизаторами Internet, ни при каких условиях. Эти адреса выбраны из разных классов.

Эти адреса являются зарезервированными для частных сетей. Таким образом, если в будущем мы решим все-таки подключить свою сеть к Internet, то даже если трафик с одного из хостов в нашей сети и попадет каким-либо образом в Internet, конфликта между адресами произойти не должно. Маршрутизаторы в Internet запрограммированы так, чтобы не транслировать сообщения, направляемые с зарезервированных адресов или на них.

Надо сказать, что использование автономныхIP-адресов имеет и недостатки, которые состоят в том, что если мы будем подключать свою сеть к Internet, то нам придется заново настроить конфигурацию хостов, соединяемых с Internet.

Можно сказать, что подсеть - это метод, состоящий в том, чтобы взять сетевой IP адрес и локально разбить его так, чтобы этот один сетевой IP адрес мог в действительности использоваться в нескольких взаимосвязанных локальных сетях.

Один сетевой IP адрес может использоваться только для одной сети! Самое важное: разбиение на подсети - это локальная настройка, она не видна "снаружи". Разбиение одной большой сети на подсети, значительно разгружает общий трафик и позволяет повысить безопасность всей сети в целом.

Алгоритм разбиения сетина подсети

1) Устанавливаем физические соединения (сетевые кабели и сетевые соединители - такие как маршрутизаторы);

2) Принимаем решение насколько большие/маленькие подсети вам нужны, исходя из количества устройств, которое будет подключено к ним, то есть, сколько IP адресов требуется использовать в каждом сегменте сети.

3) Вычисляем соответствующие сетевые маски и сетевые адреса;

4) Раздаем каждому интерфейсу в каждой сети свой IP адрес и соответствующую сетевую маску;

5) Настраиваем каждый маршрутизатор и все сетевые устройства;

6) Проверяем систему, исправляем ошибки.

Сейчас наша задача разобраться с тем, как выполнить 2-й и 3-й шаги.

Пример 1

Предположим, что мы хотим разбить нашу сеть на подсети, но имеем только один IP-адрес сети 210.16.15.0.

Решение:

IP-адрес 210.16.15.0 - это адрес класса С. Сеть класса С может иметь до 254 интерфейсов (хостов) плюс адрес сети (210.16.15.0) и широковещательный адрес (210.16.15.255).

Первое: определить "размер" подсети.

Существует зависимость между количеством создаваемых подсетей и "потраченными" IP адресами.

Каждая отдельная IP сеть имеет два адреса, неиспользуемые для интерфейсов (хостов):

- IP адрес собственно сети и широковещательный адрес.

При разбивке на подсети каждая подсеть требует свой собственный уникальный IP адрес сети и широковещательный адрес - и они должны быть корректно выбраны из диапазона адресов IP сети, которую мы делим на подсети.

Итак, если при разбивке IP сети на подсети, в каждой из которых есть два сетевых адреса и два широковещательных адреса - надо помнить, что каждая из них уменьшит количество используемых интерфейсных (хостовых) адресов на два.

Это мы должны всегда учитывать при вычислении сетевых номеров. Следующий шаг - вычисление маски подсети и сетевых номеров.

Сетевая маска - это то, что выполняет все логические манипуляции по разделению IP сети на подсети.

Для всех трех классов IP сетей существуют стандартные сетевые маски: 

· Класс A (8 сетевых битов) : 255.0.0.0

· Класс B (16 сетевых битов): 255.255.0.0

· Класс C (24 сетевых бита): 255.255.255.0

Чтобы создать подсеть, нужно изменить маску подсети для данного класса адресов.

Номер подсети можно задать, позаимствовав нужное для нумерации подсетей количество разрядов в номере хоста. Для этого берутся  левые (старшие) разряды из номера хоста, в маске же взятые разряды заполняются единицами, чтобы показать, что эти разряды теперь нумеруют не узел а подсеть. Значения в остающихся разрядах маски подсети оставляются равными нулю; это означает, что оставшиеся разряды в номере хоста в IP-адресе должны использоваться как новый (меньший) номер хоста.

Например, чтобы разбить сетевой адрес на две подсети, мы должны позаимствовать один хостовый бит, установив соответствующий бит в сетевой маске первого хостового бита в 1.

Если нам нужно четыре подсети - используем два хостовых бита, если восемь подсетей - три бита и т.д. Однозначно, что если нам нужно пять подсетей, то мы будем использовать три хостовых бита. Соответствующим образом изменяется и маска подсети:

Для адресов класса C, при разбиении на 2 подсети это дает маску -

11111111.11111111.11111111.10000000 или 255.255.255.128

при разбиении на 4 подсети маска в двоичном виде -

11111111.11111111.11111111.11000000, или в десятичном 255.255.255.192. и т.д.

Для нашего адреса сети класса С 210.16.15.0, можно определить следующих несколько способов разбивки на подсети: -

Теперь нужно решить вопрос об адресах сетей и широковещательных адресах, и о диапазоне IP адресов для каждой из этих сетей.

Снова, принимая во внимание только сетевые адреса класса С. и показав только последнюю (хостовую) часть адресов, мы имеем:

Из этой таблицы сразу можем увидеть, что увеличение количества подсетей сокращает общее количество доступных хостовых адресов. Теперь, вооруженные этой информацией, мы готовы назначать хостовые и сетевые IP адреса и сетевые маски.

Пример 2

Определим, сколько нужно подсетей для нашей сети класса С, чтобы разбить ее на подсети по 10 хостов в каждой.

Решение:

Сеть класса С может обслуживать всего 254 хоста плюс адрес сети и широковещательный адрес.

Для адресации 10-ти хостов 3-х разрядов недостаточно, поэтому необходимо 4-е разряда. Итак, из восьми возможных для класса С, нам нужно только 4 разряда для адресации 10 хостов, остальные можно использовать как сетевые для адресации подсетей. Мы уже знаем, что каждая подсеть уменьшает количество возможных хостовых адресов в два раза.

Для адресации 16 подсетей необходимо использовать 4 разряда. Итак, посчитаем теперь количество узлов в каждой из 16 подсетей: 2⁴ - 2 = 14 хостов. Это количество с запасом удовлетворяет условие задачи.

Вычислим маску подсети, в этом случае она имеет вид:

11111111.11111111.11111111.11110000 или

255.255.255.240

Мы должны будем указать эту маску при настройке конфигурации каждого хоста в нашей сети (независимо от того, в какой подсети находится хост).

Теперь, например, мы можем сказать, адрес 192.168.200.246 с маской 255.255.255.240 - означает номер сети 192.168.200.240 и номер узла 0.0.0.6.

Пример 3

Теперь, для всех трех классов определим соответственно маски подсети, и максимальное количество узлов возможное в каждой из этих подсетей, если необходимо разбить соответственно сеть класса А, сеть класса В, сеть класса С на отдельные 4 подсети.

Решение:

     Для сети класса А:

Максимальное количество узлов 16 777 216. Для адресации 4-х подсетей необходимо 2 разряда, значит остается 22 разряда для адресации хостов. Таким образом, каждая из четырех подсетей способна обслуживать 2²² - 2 = 4 194 302 хоста в каждой из подсетей.

Для сети класса В

Максимальное количество узлов - 65 536. Для адресации 4-х подсетей в сетевом адресе класса В также нужно использовать 2 разряда, но теперь свободными остается 14 разрядов. Таким образом, каждая из подсетей может обслуживать 2¹⁴ - 2 = 16 382 хостов.

Пример с сетью класса С мы уже рассматривали. Итак, теперь самое главное уметь в двоичном виде читать IP адреса, а с помощью маски легко можно определить номер сети и номер узла. Вот теперь, можно сказать, теория заканчивается, для нашей работы очень важно "окрепнуть" в навыках работы с IP адресами, уметь разделять сети на подсети, вычислять маски подсети, и назначать возможные адреса сетей, и адреса хостов - это прямая обязанность сетевых администраторов.

Надо сказать, что назначение IP-адресов узлам сети даже при не очень большом размере сети представляет для администратора очень утомительную процедуру. Поэтому сразу вторым шагом в IP адресации разработчики решили автоматизировать этот процесс.

С этой целью был разработан протокол Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), который освобождает администратора от этих проблем, автоматизируя процесс назначения IP-адресов.

DHCP может поддерживать способ автоматического динамического распределения адресов, а также более простые способы ручного и автоматического статического назначения адресов. Протокол DHCP работает в соответствии с моделью клиент-сервер.

Во время старта системы компьютер, являющийся DHCP-клиентом, посылает в сеть широковещательный запрос на получение IP-адреса. DHCP - cepвер откликается и посылает сообщение-ответ, содержащее IP-адрес. Предполагается, что DHCP-клиент и DHCP-сервер находятся в одной IP-сети.

При динамическом распределении адресов DHCP-сервер выдает адрес клиенту на ограниченное время, оно называется временем аренды (lease duration). Это дает возможность впоследствии повторно использовать этот IP-адрес для назначения другому компьютеру.

Основное преимущество DHCP - автоматизация рутинной работы администратора по конфигурированию стека TCP/IP на каждом компьютере. Иногда динамическое разделение адресов позволяет строить IP-сеть, количество узлов  которой превышает количество имеющихся в распоряжении администратора IP-адресов.

В ручной процедуре назначения статических адресов активное участие принимает администратор, который предоставляет DHCP - серверу информацию о соответствии IP-адресов физическим адресам или другим идентификаторам клиентов. DHCP-сервер, пользуясь этой информацией, всегда выдает определенному клиенту назначенный администратором адрес.

При автоматическом статическом способе DHCP-сервер присваивает IP-адрес из пула наличных IP-адресов без вмешательства оператора. А границы пула назначаемых адресов задает администратор при конфигурировании DHCP-сервера.

Адрес дается клиенту из пула в постоянное пользование, то есть с неограниченным сроком аренды. Между идентификатором клиента и его IP-адресом по-прежнему, как и при ручном назначении, существует постоянное соответствие. Оно устанавливается в момент первого назначения DHCP-сервером IP-адреса клиенту. При всех последующих запросах сервер возвращает тот же самый IP-адрес.

DHCP обеспечивает надежный и простой способ конфигурации сети TCP/IP, гарантируя отсутствие дублирования адресов за счет централизованного управления их распределением.

Администратору в этом случае остается только управляет процессом назначения адресов с помощью параметра "продолжительность аренды", которая определяет, как долго компьютер может использовать назначенный IP-адрес, перед тем как снова запросить его от DHCP-сервера в аренду.

Задания

1) IP-адрес 190.235.130.N, сетевая маска 255.255.192.0. Определите, адрес сети и адрес узла.

2) Определите маски подсети для случая разбиения сети с номером N.0.0.0 на 32 подсети.

3) Существует единая корпоративная сеть, количество узлов сети - 50 450. Этой сети выделен адрес для выхода в Internet N.124.0.0. Вы решили не требовать от провайдера дополнительных адресов и организовать 8 филиалов в этой сети. Спрашивается:

- Какое максимальное количество узлов может быть в каждом из филиалов? Вычислите сетевые маски и возможный диапазон адресов хостов для каждого из филиалов.

4) Вы являетесь администратором корпоративной сети из 6 подсетей, в каждой подсети по 25 компьютеров. Необходимо используя один номер сети класса С 192.168.10.0, определить правильно ли выбран размер подсети, и назначить маски и возможные IP-адреса хостам сети.

5)Разделить IP-сеть на подсети в соответствии с вариантом из таблицы. Для каждой подсети указать широковещательный адрес.

Таблица 4.1.

Контрольные вопросы

1. Какие бывают классы IP-адресов.
2. Как по первому байту адреса определить его класс?
3. Что такое маска, на что она указывает?
4. Для чего нужны маски переменной длины?
5. Изложите алгоритм деления сетей на подсети с помощью VLM (variable length mask).

Лабораторная работа №5