Дибров М.В. Маршрутизаторы

Подождите немного. Документ загружается.

172 .16.1.1

E0 E1

172 .16.2.1

172 .16.1.2 172.16.1.20 172 .16.1.16

172 .16 1 16

Сеть Подсеть Узел

Таблица маршрутизации

Сеть Интерфейс

172 .16.1.0 E0

172 .16.2.0 E1

Рисунок 1.12 – Адреса подсетей

Сетевые администраторы задают размеры подсетей, исходя из потреб-

ностей организации и возможного ее роста. Чтобы вычислить результат заим-

ствования определенного количества узловых битов для создания подсети,

необходимо иметь базовые знания из области двоичной математики и по-

мнить битовые значения в каждой из позиций октета, как показано в таблице

1.2.

Таблица 1.2 – Позиция бита и соответствующее десятичное значение

Бит 1 2 3 4 5 6 7 8

Значение 128 64 32 16 8 4 2 1

Независимо от класса IP адреса, последние два бита в последнем октете

никогда не могут быть использованы для формирования подсети. Заимствова-

ние всех доступных битов, за исключением двух последних, позволяет создать

подсеть, которая содержит только два узла. Такой способ используется на прак-

тике для адресации последовательных каналов связи «точка-точка» между

маршрутизаторами.

Чтобы создать маску подсети, дающую маршрутизатору информацию,

необходимую для вычисления адреса подсети, которой принадлежит конкрет-

ный узел, необходимо выбрать столбец из таблицы 1.3 с нужным количеством

бит и в качестве значения маски воспользоваться числом строкой выше из того

же столбца.

Таблица 1.3 – Два формата записи маски подсети

Префикс /25 /26 /27 /28 /29 /30 /31 /32

Маска 128 192 224 240 248 252 254 255

Бит 1 2 3 4 5 6 7 8

Значение 128 64 32 16 8 4 2 1

Другим способом записи маски подсети является способ записи с обрат-

ной чертой. Число указанное после символа обратной черты, представляет со-

бой количество бит, составляющих адрес сети, плюс биты, использующиеся

для маски подсети. Данное число также называется префиксом подсети.

В маски подсети используется тот же формат, что и в IP адресе, маска

подсети состоит из четырех октетов, а длина ее составляет 32 бита (Рисунок

1.13).

1 7 2 1 6 00

2 5 5 255 00

2 5 5 255 025 5

Сеть Узел

Сеть Подсеть Узел

IP адрес

Стандартная

маска

8-битная

маска

Рисунок 1.13 – Адреса сети и узла

Сетевая часть маски подсети, как и часть, определяющая подсеть, состоит

из всех единиц, а узловая ее часть заполнена нулями. Стандартная маска сети

класса B, если ни один бит, не заимствован для разбиения сети на подсети, вы-

глядит, как 255.255.0.0 как показано на рисунке 1.14.

128 64 32 16 8 4 2 1

1 0 0 0 0 0 0 0 = 128

192

224

240

248

252

254

255

1 1 0 0 0 0 0 0 =

1 1 1 0 0 0 0 0 =

1 1 1 1 0 0 0 0 =

1 1 1 1 1 0 0 0 =

1 1 1 1 1 1 0 0 =

1 1 1 1 1 1 1 0 =

1 1 1 1 1 1 1 1 =

Рисунок 1.14 – Схема двоичных преобразований

Поскольку в адресе класса B выделены два октета под адреса узлов, для

задания маски подсети может быть заимствовано не более 14 бит. В сети класса

C используется только 8 бит для поля узла, следовательно, для задания маски

подсети, может быть использовано не более 6 бит.

При расчете количества узлов в подсети следует помнить, что каждый раз

при заимствовании одного бита из поля узла количество бит, которые использу-

ются для указания номера узла, уменьшается. Каждый раз при заимствовании

нового бита из поля узла количество адресов узлов, которые могут быть назна-

чены, уменьшается вдвое. На рисунке 1.15 приводится пример разделения сети

класса C на подсети. Подобное разделение можно сравнить с разделением пи-

рога, потому что деление производиться всегда на 2

равных частей, где n число

заимствованных бит.

254 126 126

62 62

192.168.0.0/24

192.168.0.0/25

192.168.0.128/25

192.168.0.0/26

192.168.0.64/26

192.168.0.128/25

192.168.0.192/26

Рисунок 1.15 – Разделение сети класса C на подсети

Число адресов для устройств в подсети вычисляется как 2

–2, где n –

число бит выделенной под адресацию устройств. Каждая подсеть имеет два

служебных адреса, первый это адрес подсети, второй это широковещатель-

ный адрес, используемый для обращения ко всем устройствам данной подсе-

ти.

Без маски подсети все 8 бит последнего октета используются о поле узла,

следовательно, могут быть использованы 254 (2

-2) адреса. Если заимствовать

один бит из стандартных восьми, поле узла уменьшится до 7,следовательно, ко-

личество узлов в подсети будет равно 126. Если заимствовать два бита, то поле

узла уменьшится до 6,а количество узлов в подсети будет равно 62.

Необходимо отметить что изначально, маски подсетей были фиксирован-

ной длины – fixed length subnet masking (FLSM). Это означало то, что в одной

сети все подсети были одинакового размера.

Однако фиксированная длина маски подсети имеет неудобство с точки

зрения эффективного распределения адресного пространства.

Например, маска сети в 27 бит подходит для адресации большинства

сегментов Ethernet, в которых не более 30 хостов. Однако, 30 адресов слиш-

ком много для каналов связи «точка-точка», в которых необходимо всего два

адреса. Поэтому 28 адресов остаются неиспользованными.

1.4 Применение технологии VLSM

Для более эффективного использования адресного пространства была

разработана технология маски подсети переменной длины – variable length sub-

net masking (VLSM). Данная технология подробно описана в RFC 1219.

Маски подсети переменной длины обеспечивают возможность создания

более одной маски подсети в переделах одной сети, возможность разбивать

на подсети уже разбитые на подсети группы IP адресов.

Применение масок подсети переменной длины предоставляет следую-

щие преимущества:

– Эффективным распределением адресных блоков. Иерархическое рас-

пределение адресных блоков позволяет использовать все доступные адреса,

не создавая конфликтов и не оставляя части адресных блоков неиспользован-

ными.

– Возможность использования суммированных маршрутов. Технология

VLSM позволяет задавать больше иерархических уровней в рамках одного

адресного плана. Это позволяет производить оптимальное суммирование в та-

блицах маршрутизации. Например, подсеть 172.16.12.0/22 суммирует все ад-

реса, которые входят в нее, включая подсети 172.16.13.0/24, 172.16.14.0/24 и

172.16.15.0/24.

– Небольшое число записей в таблицах маршрутизации. В Интернет и

интранет маршрутизаторах применяется механизм иерархического суммиро-

вания маршрутов. Благодаря применению данного механизма одна запись в

таблице маршрутизации представляет иерархическую совокупность IP адре-

сов. Данный механизм обеспечивает следующие преимущества:

– Более эффективная маршрутизация;

– Использование значительно меньших вычислительных возможностей

маршрутизатора;

– Быстрая сходимость сети при изменениях в ее структуре;

– Упрощенный поиск и устранение ошибок.

На рисунке 1.16 показано двоичное представление сетей с 172.16.11.0

по 172.16.16.0. Видно, что сети с 172.16.12.0 по 172.16.15.255 имеют 22 оди-

наковых бит в начале адреса. Сети 172.16.11.0 и 172.16.16.0 не имеют в нача-

ле адреса все 22 одинаковых бит. Поэтому эти сети не входят в блок

172.16.12.0/22.

В качестве примера использование технологии масок подсетей пере-

менной длины можно рассмотреть разделение адресного пространства выде-

ленного для адресации подразделения, изображенного на рисунке 1.17.

Адреса подсетей 172.16.12.0/22

Десятичная запись Двоичная запись

172.16.11.0 10101100.00010000.00001011.00000000

172.16.12.0 10101100.00010000.00001100.00000000

172.16.12.255 10101100.00010000.00001100.11111111

172.16.13.0 10101100.00010000.00001101.00000000

172.16.13.255 10101100.00010000.00001101.11111111

172.16.14.0 10101100.00010000.00001110.00000000

172.16.14.255 10101100.00010000.00001110.11111111

172.16.15.0 10101100.00010000.00001111.00000000

172.16.15.255 10101100.00010000.00001111.11111111

172.16.16.0 10101100.00010000.00010000.00000000

Рисунок 1.16 – Двоичная запись сетей 172.16.11.0 – 172.16.16.0

Центральный офис

172.16.0.0/16

Подразделение А

172.16.12.0/22

20 200

200

Рисунок 1.17 – Структура СПД Подразделения А

Из центрального офиса компании для подразделения A был выделен

диапазон адресов 172.16.12.0 /22.

Данное подразделение имеет две крупные локальные сети примерно по

200 пользователей каждая, а также три удаленных узла примерно по 20 поль-

зователей. Также не следует забывать о том, что для каналов связи до марш-

рутизаторов удаленных узлов тоже должны быть выделены IP адреса.

Создание иерархического адресного плана подразделения содержит

следующие шаги:

1. Выделение из выделенного адресного пространства адресов для двух

локальных сетей на 200 пользователей.

2. Перераспределение оставшегося адресного пространства между тре-

мя сетями по 20 пользователей.

3. Перераспределение оставшегося адресного пространства для адреса-

ции каналов связи между маршрутизаторами.

Произведем разделение адресного пространства 172.16.12.0/22.

1. Так как у нас есть две локальные сети по 200 пользователей нам

необходимо два блока по 256 адресов. Под локальные сети выделяем подсети

172.16.12.0/24 и 172.16.13.0/24.

2. Берем последний из оставшихся блоков адресов 172.16.15.0/24 и де-

лим его на блоки по 32 адреса. Получаем подсети для удаленных офисов

172.16.15.0/27, 172.16.15.32/27 и 172.16.15.64/27.

3. Берем последний блок из оставшихся блоков адресов

172.16.15.224/27 и делим его на блоки по 4 адреса для присвоения адресов ин-

терфейсам маршрутизаторов 172.16.15.224/30, 172.16.15.228/30,

172.16.15.232/30.

Получившийся адресный план подразделения A представлен на рисунке

1.18.

Центральный офис

172.16.0.0/16

Подразделение А

172.16.12.0/22

172 .16.15.0/27

172 .16.15.32/27

172 .16.15.64/27

172 .16.13.0/24

172 .16.12.0/24

172 .16.15.228 /30

Адреса подсетей 172.16.12.0/24

172.16.12.0 10101100.00010000.00001100.00000000 Локальная сеть 1

172.16.13.0 10101100.00010000.00001101.00000000 Локальная сеть 1

172.16.14.0 10101100.00010000.00001110.00000000 Резерв

172.16.15.0 10101100.00010000.00001111.00000000 Удаленные узлы

Адреса подсетей 172.16.15.0/27

172.16.15.0 10101100.00010000.00001110.00000000 Удаленный узел R1

172.16.15.32 10101100.00010000.00001110.00100000 Удаленный узел R2

172.16.15.64 10101100.00010000.00001110.01000000 Удаленный узел R3

Адреса подсетей 172.16.15.224/30

172.16.15.224 10101100.00010000.00001110.11100000 R1–R2

172.16.15.228 10101100.00010000.00001110.11100100 R1–R3

172.16.15.232 10101100.00010000.00001110.11101000 R1–R4

172.16.15.236 10101100.00010000.00001110.11101100 Резерв

172.16.15.240 10101100.00010000.00001110.11110000 Резерв

172.16.15.244 10101100.00010000.00001110.11110100 Резерв

172.16.15.248 10101100.00010000.00001110.11111000 Резерв

172.16.15.252 10101100.00010000.00001110.11111100 Резерв

Рисунок 1.18 – Адресный план Подразделения А

1.5 Суммирование маршрутов

Большие международные сети должны обслуживать сотни, а то и тыся-

чи сетевых адресов. Поддерживать такой объем сетевых маршрутов в табли-

цах маршрутизации бывает проблематично для маршрутизаторов. Суммиро-

вание маршрутов, также известное как агрегация маршрута, уменьшает число

маршрутов, которые маршрутизатор должен обслуживать, представляя ряд

сетевых адресов как одиночный итоговый адрес.

Таблица маршрутизации

172 .16.12.0/24

172 .16.13.0/24

172 .16.14.0/24

172 .16.15.0/24

Таблица маршрутизации

172.16.12.0/22

R2R1

172 .16.15.0/24

172 .16.14.0/24

172 .16.13.0/24

172 .16.12.0/24

172 .16.12.0/22

Рисунок 1.19 – Суммирование маршрутов

На рисунке 1.19 маршрутизатор R1 может послать четыре маршрута на

известные ему подсети маршрутизатору R2, однако, используя механизм сум-

мирования маршрутов, R1 посылает на R2 только один суммарный маршрут

на все подсети.

Применение суммирования маршрутов резко уменьшает объемы таблиц

маршрутизации, снижает загрузку маршрутизаторов, а также снижает загруз-

ку каналов передачи данных за счет уменьшения объемов передаваемой ин-

формации между маршрутизаторами об известных им маршрутах.

Еще одним преимуществом использования суммирования маршрутов в

больших сетях является, то, что оно может изолировать изменение топологии

в одной области сети от других маршрутизаторов.

Например, канал связи до сети 172.16.13.0/24 часто пропадает из–за

присутствия на нем физических помех, при этом суммарный маршрут

172.16.12.0/22 для маршрутизатора R2 изменятся, не будет и маршрутизатору

R2 не потребуется постоянно менять свою таблицу маршрутизации.

1.6 Проектирование масштабируемого адресного пространства

Распределение адресного пространства должно быть оптимизировано.

Правильное распределение адресных блоков обеспечивает выполнение необхо-

димых условий для создания корпоративных сетей.

Иерархическая структура адресного плана характеризуется:

– Эффективным распределением адресных блоков. Иерархическое рас-

пределение адресных блоков позволяет использовать все доступные адреса,

не создавая конфликтов и не оставляя части адресных блоков неиспользован-

ными.

– Небольшим числом записей в таблицах маршрутизации. В Интернет и

интранет маршрутизаторах применяется механизм иерархического суммиро-

вания маршрутов. Благодаря применению данного механизма одна запись в

таблице маршрутизации представляет иерархическую совокупность IP адре-

сов. Данный механизм обеспечивает следующие преимущества:

– Более эффективная маршрутизация;

– Использование значительно меньших вычислительных возможностей

маршрутизатора;

– Быстрая сходимость сети при изменениях в ее структуре;

– Упрощенный поиск и устранение ошибок.

При иерархическом распределении адресов адресное пространство долж-

но иметь точки суммирования маршрутов в ключевых местах сети. Суммирова-

ние маршрутов помогает уменьшить размер таблиц маршрутизации. Также

суммирование маршрутов помогает локализовать изменения, происходящие в

топологии сети, что позволяет повысить стабильность сети передачи данных.

Стабильность сети передачи данных позволяет уменьшить требования по про-

пускной способности каналов связи для передачи служебной информации, ко-

торой обмениваются маршрутизаторы для построения своих таблиц маршрути-

зации. Также уменьшается загрузка оперативной памяти и процессора маршру-

тизаторов, которые тратятся на построение таблиц маршрутизации.

В качестве примера рассмотрим распределенную сеть передачи данных

(Рисунок 1.20) которая объединяет 50 подразделений, каждое из которых имеет

по 200 сетей /24.

Общее количество сетей в рассматриваемой корпоративной сети равно

50*200=10000. При грамотном использовании иерархической структуры рас-

пределения адресного пространства маршрутизаторы уровня распределения

каждого из подразделений имеют в своих таблицах маршрутизации 200 сетей /

24 которые находятся внутри подразделения и еще 49 сетей 10.x.0.0 /16 кото-

рые представляют собой суммарные маршруты на сети других подразделений.

Общее количество записей в таблице маршрутизации маршрутизаторов уровня

распределения равняется 249.

10.1.1.0

10.1.2.0

10.2.1.0

10.2.2.0

10.3.1.0 10.3.2.0

10.3.0.0/1610.1.0.0/16

10.2.0.0/16

Ядро

Рисунок 1.20 – Иерархическое распределение адресного пространства

Таблицы маршрутизации ядра этой сети содержат только суммарные

маршруты до сетей каждого подразделения. Общее число записей таблиц

маршрутизации маршрутизаторов ядра равно 50.

Стоит обратить внимание на то, что любые изменения в сетевой структу-

ре отдельного подразделения ни как не влияют на суммарный маршрут до этого

подразделения, поэтому эти изменения ни как не могут повлиять на таблицы

маршрутизации ни ядра сети, ни какого-либо другого подразделения.

10.1.1.0

10.3.2.0

10.2.1.0

10.3.1.0

10.2.2.0 10.1.2.0

10.2.2.0/24

10.1.2.0/24

10.1.1.0/24

10.3.2.0/24

10.2.1.0/24

10.3.1.0/24

Ядро

Рисунок 1.21 – Произвольное распределение адресного пространства

Теперь рассмотрим сеть с тем же количеством сетей без применения

иерархического распределения адресного пространства (Рисунок 1.21).

В данной сети нет возможности произвести суммирование маршрутов на

маршрутизаторах уровня распределения каждого из подразделений. Следова-

тельно, все частные маршруты попадают в таблицы маршрутизаторов ядра

сети, а оттуда в таблицы маршрутизации каждого маршрутизатора корпорации.

Общее число записей в таблицах маршрутизации будет равно 50*200=10000.

При таком количестве записей в таблицах маршрутизации потребуются

значительные вычислительные ресурсы на маршрутизаторах, чтобы вести дан-

ные таблицы маршрутизации.

Так как данная сеть передачи данных очень большая то в ней постоянно

будут происходить изменения ее внутренней структуры, а информация о каж-

дом изменении структуры должна будет распространиться до каждого маршру-

тизатора, и тот в свою очередь должен будет ее обработать. Поэтому в такой

сети подавляющую часть времени маршрутизаторы будут заниматься построе-

нием таблиц маршрутизации, а не передачей пользовательского трафика.

Как видно из примеров применение иерархической структуры распреде-

ления адресного пространства значительно повышает надежность сети переда-

чи данных а так же значительно уменьшить финансовые затраты на оборудова-

ние сети.

Стоит заметить, что в сетях передачи данных больших корпораций стоит

использовать не только иерархическое разделение адресного пространства, но и

логическое. Иными словами IP адреса сетей должны делиться и по виду их при-

менения. Например, сети могут разделяться на пользовательские, магистраль-

ные, сети управления оборудованием и другие.

Такое функциональное разделение адресного пространства с применени-

ем иерархической структуры значительно упростит применение современных

технологий в корпоративной сети передачи данных.