Подсети
Мне хотелось найти решение, сочетающее два достоинства: во-первых, небольшие маршрутные таблицы и эффективное использование адресного пространства, обеспечиваемые единым идентификатором сети, во-вторых, простота маршрутизации, характерная для сетей, имеющих сегменты с разными идентификаторами сети. Желательно, чтобы внешние хосты «видели» только одну сеть, а внутренние - несколько сетей, по одной для каждого сегмента.
Это достигается с помощью механизма подсетей. Идея очень проста. Поскольку внешние хосты для принятия решения о выборе маршрута используют только идентификатор сети, администратор может распределять идентификаторы хостов по своему усмотрению. Таким образом, идентификатор хоста - это закрытая структура, не имеющая вне данной сети интерпретации.
Разделение на подсети осуществляется по следующему принципу. Одна часть идентификатора хоста служит для определения сегмента (то есть подсети), в состав которого входит хост, а другая - для идентификации конкретного хоста. Рассмотрим, например, сеть класса B с адресом 190.50.0.0. Можно считать, что третий байт адреса - это идентификатор подсети, а четвертый байт - номер хоста в этой подсети. На рис. 2.6а приведена структура адреса с точки зрения внешнего компьютера. Идентификатор хоста- это поле с заранее неизвестной структурой. На рис. 2.6б показано, как эта структура выглядит изнутри сети. Вы видите, что она состоит из идентификатора подсети и номера хоста.
Рис. 2.6. Два взгляда на адрес сети класса B с подсетями
В приведенном примере взят адрес класса В, и поле номера хоста выделено по границе байта. Но это необязательно. На подсети можно разбивать сети классов А, В и С и часто не по границе байта. С каждой подсетью ассоциируется маска подсети, которой определяется, какая часть адреса отведена под идентификаторы сети I и подсети, а какая - под номер хоста. Так, маска подсети для примера, показанного на рис. 2.6б, будет 0xffffff00. В основном маска записывается в десятичной нотации (255.255.255.0), но если разбивка проходит не по границе байта, то удобнее первая форма.
Примечание: Обратите внимание, что, хотя говорится о маске подсети, фактически она выделяет части, относящиеся как к сети, так и к подсети, то есть все, кроме номера хоста.
Предположим, что для иде нтификатора подсети отведено 10 бит, а для номера хоста - 6 бит. Тогда маска подсети будет 255.255.255.192 (0xffffffc0). Как следует из рис. 2.7, в результате наложения этой маски на адрес 190.50.7.75 получается номер сети/подсети, равный 190.70.7.64.
Для проверки убедитесь, что адрес 190.50.7.75 принадлежит хосту 11 в подсети 29 сети 190.50.0.0. Важно не забывать, что эта интерпретация имеет смысл только внутри сети. Для внешнего мира адрес интерпретируется как хост 1867 в сети 190.50.0.0.
Теперь следует выяснить, как маршрутизаторы на рис. 2.5 могут воспользоваться структурой идентификатора хоста для рассылки датаграмм внутри сети. Предположим, что есть сеть класса В с адресом 190.5.0.0 и маска подсети равна 255.255.255.0. Такая структура показана на рис. 2.6б.
Рис. 2.7. Наложение маски подсети с помощью операции AND для выделения сетевой части IP - адреса
На рис. 2.8 первому сегменту назначен идентификатор подсети 1, а второму - идентификатор подсети 2. Рядом с сетевым интерфейсом каждого хоста указан его IP -адрес. Обратите внимание, что третий байт каждого адреса - это номер подсети, которой принадлежит интерфейс. Однако внешнему компьютеру эта интерпретация неизвестна.
Рис. 2.8. Сеть с подсетями
Возвращаясь к вышесказанному, следует выяснить, что происходит, когда хосту H1 нужно обратиться к хосту Н3. H1 берет адрес Н3 (190.50.2.1) и накладывает на него маску подсети (255.255.255.0), получая в результате 190.5.2.0. Поскольку H1 находится в подсети 190.5.1.0, то Н3 напрямую недоступен, поэтому он сверяется со своей маршрутной таблицей и обнаруживает, что следующий адрес на пути к Н3 - это R1.
Примечание: Во многих реализациях эти два шага объединены за счет помещения в маршрутную таблицу обеих подсетей. При поиске маршрута IP выявляет одно из двух: либо целевая сеть доступна непосредственно, либо датаграмму надо отослать промежуточному маршрутизатору.
Затем H1 отображает IP - адрес R1 на его физический адрес (например, с помощью протокола ARP) и посылает R1 датаграмму. R1 ищет адрес назначения в своей маршрутной таблице, пользуясь той же маской подсети, и определяет местонахождение НЗ в подсети, соединенной с его интерфейсом 190.50.2.4. После чего R1 доставляет датаграмму хосту НЗ, получив предварительно его физический адрес по IP-адресу, - для этого достаточно передать датаграмму сетевому интерфейсу 190.50.2.4.
А теперь предположим, что H1 необходимо отправить датаграмму Н2. При наложении маски подсети на адрес Н2 (190.5.1.2) получается 190.50.1.0, то есть та же подсеть, в которой находится сам хост H1. Поэтому H1 нужно только получить физический адрес Н2 и отправить ему датаграмму напрямую.
Далее разберемся, что происходит, когда хосту Е из внешней сети нужно отправить датаграмму Н3. Поскольку 190.50.2.1 - адрес класса В, то маршрутизатору на границе сети хоста Е известно, что Н3 находится в сети 190.50.0.0. Так как шлюзом в эту сеть является R2, рано или поздно датаграмма от хоста Е дойдет до этого маршрутизатора. С этого момента все совершается так же, как при отправке датаграммы хостом H1: R2 накладывает маску, выделяет адрес подсети 190.50.2.0, определяет R1 в качестве следующего узла на пути к Н3 и посылает R1 датаграмму, которую тот переправляет Н3. Заметьте, что хосту Е неизвестна внутренняя топология сети 190.50.0.0. Он просто посылает датаграмму шлюзу R2. Только R2 и другие хосты внутри сети определяют существование подсетей и маршруты доступа к ним.
Важный момент, который нужно помнить, - маска подсети ассоциируется с сетевым интерфейсом и, следовательно, с записью в маршрутной таблице. Это означает, что разные подсети в принципе могут иметь разные маски.
Предположим, что адрес класса В 190.50.0.0 принадлежит университетской сети, а каждому факультету выделена подсеть с маской 255.255.255.0 (на рис. 2.8 показана только часть всей сети). Администратор факультета информатики, которому назначена подсеть 5, решает выделить один сегмент сети Ethernet компьютерному классу, а другой - всем остальным факультетским компьютерам. Он мог бы потребовать у администрации университета еще один номер подсети, но в компьютерном классе всего несколько машин, так что нет смысла выделять ему адресное пространство, эквивалентное целой подсети класса С. Вместо этого он предпочел разбить свою подсеть на два сегмента, то есть создать подсеть внутри подсети.
Для этого он увеличивает длину поля подсети до 10 бит и использует маску 255.255.255.192. В результате структура адреса выглядит, как показано на рис. 2.9.
Старшие 8 бит идентификатора подсети всегда равны 0000 0101 (5), поскольку основная сеть адресует всю подсеть как подсеть 5. Биты X и Y определяют, какой Ethernet-сегмент внутри подсети 190.50.5.0 адресуется. Из рис. 2.10 видно, что если XY = 10, то адресуется подсеть в компьютерном классе, а если XY = 01 - оставшаяся часть сети. Частично топология подсети 190.50.5.0 изображена на рис. 2.10.
Рис. 2.9. Структура адреса для подсети 190.50.5.0
В верхнем сегменте (подсеть 190.50.1.0) на рис. 2.10 расположен маршрутизатор R2, обеспечивающий выход во внешний мир, такой же, как на рис. 2.8. Под сеть 190.50.2.0 здесь не показана. Средний сегмент (подсеть 190.50.5.128) - это локальная сеть Ethernet в компьютерном классе. Нижний сегмент (подсеть 190.50.5.64) - это сеть Ethernet, объединяющая остальные факультетские компьютеры. Для упрощения номер хоста каждой машины один и тот же для всех ее сетевых интерфейсов и совпадает с числом внутри прямоугольника, представляющего хост или маршрутизатор.
Рис. 2.10. Подсеть внутри подсети
Маска подсети для интерфейсов, подсоединенных к подсетям 190.50.5.64 и 190.50.5.128, равна 255.255.255.192, а к подсети 190.50.1.0 - 255.255.255.0.
Эта ситуация в точности аналогична предыдущей, которая рассматривалась для рис. 2.8. Так же, как хостам вне сети 190.50.0.0 неизвестно то, что третий байт адреса определяет подсеть, так и хосты в сети 190.50.0.0, но вне подсети 190.50.5.0, не могут определить, что первые два бита четвертого байта задают подсеть подсети 190.50.5.0.
Теперь кратко остановимся на широковещательных адресах. При использовании подсетей существует четыре типа таких адресов для вещания: ограниченный, на сеть, на подсеть и на все подсети.
