Преимущества подсетей

1. Рациональное использование IP-адресов.

2. Возможность применения разных методов доступа в разных сегментах одной сети (например, Ethernet и Token Ring).

3. Преодоление ограничений на максимальное количество узлов в сети (например, в Ethernet (тонкий) может быть не более 30 РС).

4. Взаимодействие физически различных сетей в рамках Internet.

Если данная ЛВС не подключена к Internet, то её не нужно разбивать на подсети, т. к. можно использовать все адреса TCP/IP.

Также можно не создавать подсети, если сеть соединена с Internet через Proxy-сервер или Firewall (брандмауэр). Эти устройства скрывают внутреннюю структуру сети и обслуживают передачу информации через один IP-адрес. Тем более каждый пакет, покидающий сеть, воспринимается как пришедший непосредственно с Proxy-сервера, а не от узла, который его отправил. Proxy-сервер сам заботится о распределении пакетов нужным узлам.

Известно, что Internet исчерпала собственное адресное пространство. Эта проблема вызывает беспокойство у исследователей, производителей и поставщиков услуг.

Суть втом, что IPv4, нынешний стандарт протоколаInternet, ограничивает допустимое число адресов Internet четырьмя миллиардами.

Все популярнее становятся телефоны и другие интеллектуальные устройства персональной электроники с доступом в Internet, и для них требуются постоянные IP-адреса.

Новый стандарт для IP-адресовIPv6 существует с 1997 года, он постоянно совершенствуется рабочей группой Internet Engineering Task Force. Привлекательность нового стандарта заключается в том, что в отличие от предыдущей и ныне действующей версии Ipv4 c его 32-разрядной адресацией, Ipv6 использует 128-разрядную схему формирования IP- адресов. Новый стандарт ускоряет процесс маршрутизации пакетов, а также обеспечивает встроенные в нем средства аутентификации и шифрования пакетов.

6.1.3.Развитие стека TCP/IP: протокол IPv.6

Технология стека TCP/IP сложилась в основном в конце 1970-х годов и с тех пор основные принципы работы базовых протоколов, таких как IP, TCP, UDP и ICMP, практически не изменились. Однако, сам компьютерный мир за эти годы значительно изменился, поэтому долго назревавшие усовершенствования в технологии стека TCP/IP сейчас стали необходимостью.

Основными обстоятельствами, из-за которых требуется модификация базовых протоколов стека TCP/IP, являются следующие.

· Повышение производительности компьютеров и коммуникационного оборудования. За время существования стека производительность компьютеров возросла на два порядка, объемы оперативной памяти выросли более чем в 30 раз, пропускная способность магистрали Internet в Соединенных Штатах выросла в 800 раз.

· Появление новых приложений. Коммерческий бум вокруг Internet и использование ее технологий при создании intranet привели к появлению в сетях TCP/IP, ранее использовавшихся в основном в научных целях, большого количества приложений нового типа, работающих с мультимедийной информацией. Эти приложения чувствительны к задержкам передачи пакетов, так как такие задержки приводят к искажению передаваемых в реальном времени речевых сообщений и видеоизображений. Особенностью мультимедийных приложений является также передача очень больших объемов информации. Некоторые технологии вычислительных сетей, например, frame relay и ATM, MPLS уже имеют в своем арсенале механизмы для резервирования полосы пропускания для определенных приложений. Однако эти технологии еще не скоро вытеснят традиционные технологии локальных сетей, не поддерживающие мультимедийные приложения (например, Ethernet). Следовательно, необходимо компенсировать такой недостаток средствами сетевого уровня, то есть средствами протокола IP.

· Бурное расширение сети Internet. В начале 90-х годов сеть Internet расширялась очень быстро, новый узел появлялся в ней каждые 30 секунд, но 95-й год стал переломным - перспективы коммерческого использования Internet стали отчетливыми и сделали ее развитие просто бурным. Первым следствием такого развития стало почти полное истощение адресного пространства Internet, определяемого полем адреса IP в четыре байта.

· Новые стратегии администрирования. Расширение Internet связано с его проникновением в новые страны и новые отрасли промышленности. При этом в сети появляются новые органы администрирования, которые начинают использовать новые методы администрирования. Эти методы требуют появления новых средств в базовых протоколах стека TCP/IP.

Сообщество Internet уже несколько лет работает над разработкой новой спецификации для базового протокола стека - протокола IP. Выработано уже достаточно много предложений, от простых, предусматривающих только расширения адресного пространства IP, до очень сложных, приводящих к существенному увеличению стоимости реализации IP в высокопроизводительных (и так недешевых) маршрутизаторах.

Основным предложением по модернизации протокола IP является предложение, разработанное группой IETF. Сейчас принято называть ее предложение версией 6 - IPv6, а все остальные предложения группируются под названием IP Next Generation, IPng.

В предложении IETF протокол IPv6 оставляет основные принципы IPv4 неизменными. К ним относятся дейтаграммный метод работы, фрагментация пакетов, разрешение отправителю задавать максимальное число хопов для своих пакетов. Однако, в деталях реализации протокола IPv6 имеются существенные отличия от IPv4. Эти отличия коротко можно описать следующим образом.

· Использование более длинных адресов. Новый размер адреса - наиболее заметное отличие IPv6 от IPv4. Версия 6 использует 128-битные адреса.

· Гибкий формат заголовка. Вместо заголовка с фиксированными полями фиксированного размера (за исключением поля Резерв), IPv6 использует базовый заголовок фиксированного формата плюс набор необязательных заголовков различного формата.

· Поддержка резервирования пропускной способности. В IPv6 механизм резервирования пропускной способности заменяет механизм классов сервиса версии IPv4.

· Поддержка расширяемости протокола. Это одно из наиболее значительных изменений в подходе к построению протокола - от полностью детализированного описания протокола к протоколу, который разрешает поддержку дополнительных функций.

Адресация в IPv6

Адреса назначения и источника в IPv6 имеют длину 128 бит или 16 байт. Версия 6 обобщает специальные типы адресов версии 4 в следующих типах адресов:

· Unicast - индивидуальный адрес. Определяет отдельный узел - компьютер или порт маршрутизатора. Пакет должен быть доставлен узлу по кратчайшему маршруту.

· Cluster - адрес кластера. Обозначает группу узлов, которые имеют общий адресный префикс (например, присоединенных к одной физической сети). Пакет должен быть маршрутизирован группе узлов по кратчайшему пути, а затем доставлен только одному из членов группы (например, ближайшему узлу).

· Multicast - адрес набора узлов, возможно в различных физических сетях. Копии пакета должны быть доставлены каждому узлу набора, используя аппаратные возможности групповой или широковещательной доставки, если это возможно.

Как и в версии IPv4, адреса в версии IPv6 делятся на классы, в зависимости от значения нескольких старших бит адреса.

Большая часть классов зарезервирована для будущего применения. Наиболее интересным для практического использования является класс, предназначенный для провайдеров услуг Internet, названный Provider-Assigned Unicast.

Адрес этого класса имеет следующую структуру:

Каждому провайдеру услуг Internet назначается уникальный идентификатор, которым помечаются все поддерживаемые им сети. Далее провайдер назначает своим абонентам уникальные идентификаторы, и использует оба идентификатора при назначении блока адресов абонента. Абонент сам назначает уникальные идентификаторы своим подсетям и узлам этих сетей.

Абонент может использовать технику подсетей, применяемую в версии IPv4, для дальнейшего деления поля идентификатора подсети на более мелкие поля.

Описанная схема приближает схему адресации IPv6 к схемам, используемым в территориальных сетях, таких как телефонные сети или сети Х.25. Иерархия адресных полей позволит магистральным маршрутизаторам работать только со старшими частями адреса, оставляя обработку менее значимых полей маршрутизаторам абонентов.

Под поле идентификатора узла требуется выделения не менее 6 байт, для того чтобы можно было использовать в IP-адресах МАС-адреса локальных сетей непосредственно.

Для обеспечения совместимости со схемой адресации версии IPv4, в версии IPv6 имеется класс адресов, имеющих 0000 0000 в старших битах адреса. Младшие 4 байта адреса этого класса должны содержать адрес IPv4. Маршрутизаторы, поддерживающие обе версии адресов, должны обеспечивать трансляцию при передаче пакета из сети, поддерживающей адресацию IPv4, в сеть, поддерживающую адресацию IPv6, и наоборот

Пример:

Пусть IP-адрес некоторого узла подсети 198.65.12.67. Значение маски 255.255.255.240. Определить номер подсети, номер узла. Какое максимальное число узлов может быть в этой подсети?

Решение:

Маска указывает, что старшие 4 разряда адреса узла отведены для номера подсети. Следовательно, номер подсети равен 0100 0000 = 4 – ответ.

Маска указывает, что 4 младшие разряда октета отведены для адреса узла (номера). Номер адреса узла будет 3. Следовательно, максимальное количество номеров узлов может быть 2³ + 2² + 2¹ + 2⁰ = 15 – ответ.

Пример для самостоятельной работы.

Дано: Адрес узла 192.168.18.94.

Маска 255.255.255.224.

Определить № подсети? № рабочей станции в подсети и какое максимальное количество узлов может быть в этой подсети?

Решение:

Из кода маски видно, что первые старшие три разряда последнего октета в адресе отведены для номера подсети, а остальные пять разрядов – для номера узла.

Поэтому теперь разложим число 94 в двоичный код:

Следовательно, макс

Максимальное количество номеров узлов может быть 2⁴ + 2³ + 2² + 2¹ + 2⁰ = 31 узел.

Контрольные вопросы

1.Количество октетов, используемых для идентификатора номера сети в адресах класса В?

А. 1

В. 2

С. 3

D. 4

2.К какому классу принадлежит адрес 13.245.88.23?

А. А

В. В

С. С

D. D

3.Каково десятичное значение октета 11111001?

A. 224

B. 225

C. 248

D. 249

4.Каково двоичное значение числа 225?

A. 11100000

B. 11100001

C. 11111000

D. 11111001

IP-маршрутизация

Маршрутизация – это процесс передачи данных с одного ПК на другой ПК, когда эти ПК находятся в разных сетях.

При передаче пакета из одной подсети в другую происходит модификация заголовка пакета с учетом адреса следующей подсети (т. е. следующего маршрутизатора). Это похоже на путь письма с адресом кода страны, города, улицы и т. д. В данном примере роль маршрутизатора играют почтовые отделения разного уровня (международный почтамт, городской почтамт, почтовое отделение района). В сложных сетях обычно есть несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между узлами.

Маршрут– это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения.

Маршрут выбирается маршрутизатором на основании нескольких критериев (текущая схема сети, длина пути, пропускная способность выбранного пути).

Вся информация для выбора пути хранится в таблице маршрутизации, которая может создаваться и обновляться самими маршрутизаторами либо администратором (статическая маршрутизация). В первом случае это делается на основании обмена служебной информацией между самими маршрутизаторами (динамическая маршрутизация). Таблицы маршрутизации содержат только список путей к сетям, но не к отдельным узлам. Когда с какого-либо узла приходит пакет, маршрутизатор проверяет таблицу маршрутизации. Если узел-получатель пакета не указан в таблице маршрутизации, то данные отправляются на шлюз по умолчанию (если он задан). Если узел-адресат найден, то пакет отправляется ему. Если нет, то узел-отправитель получает сообщение об ошибке.

В сети может быть определено несколько шлюзов, но в качестве шлюза по умолчанию будет выбран первый из них.

Рисунок 7.1.Соединение маршрутизатора с двумя сетями

т. е. в этом ПК стоят две сетевые карты для разных сетей (сеть 1 и сеть 2см. рис.7.1.).

Если маршрутизатор подключен более чем к двум сетям, то его называют шлюзом (см. рис.7.2.).

Рисунок 7.2. Соединение маршутизатора с несколькими сетями

Пример маршрутизации (рисунок 7.3.)

Рисунок 7.3. Схема маршрутизации

При инициализации узел РС1 вычисляет на основании своего IP-адреса и маски подсети номер своей подсети. Для этого примера: 192.168.24. последний октет:

Допустим узел РС1 отправляет пакет по адресу 192.168.24.91. Тогда узел РС1 вычисляет номер подсети адресата:

Видим, что адрес подсети адресата совпадает с подсетью отправителя, поэтому пакет будет отправлен непосредственно в этой же подсети.

Пусть теперь узел РС1 отправляет пакет по адресу 192.168.24.97. Вновь узел РС1 вычисляет номер подсети адресата:

Видим, что адресат находится в другой подсети, поэтому этот пакет будет отправлен маршрутизатору, чтобы он его переправил дальше (либо в другую подсеть, к которой он подключен, либо на другой маршрутизатор).

Рассмотрим схему простейшей маршрутизации на рисунке 7.4.

Рисунок 7.4.

HWA – Hardware Address – номер сетевой карты.

Пусть РС1 отправляет пакет на РС2. Ход процесса:

РС1 проверяет, находится ли адрес РС2 в его локальной сети. Для этого РС1 выдает широковещательный ARP-запрос: "Эй, есть ли здесь РС с адресом 172.16.2.18? Если есть, то пришли мне свой HWA." Если ответа нет, то пакет отсылается на маршрутизатор (шлюз) по адресу HWA: 5. При этом заголовок пакета имеет вид:

HWA отправителя 14

IP-адрес получателя 172.16.2.18

IP-адрес отправителя 172.16.1.1.

HWA получателя 5

Маршрутизатор делает широковещательный ARP-запрос для определения HWA получателя в своей другой сети (справа). Если эта РС2 есть в этой сети, то маршрутизатор получает в ответ HWA этой РС2 и маршрутизатор отсылает пакет на РС2 с таким заголовком:

HWA 23

IP-адрес отправителя 172.16.1.1

IP-адрес получателя 172.16.2.18

HWA получателя 7

Если маршрутизатор по своему ARP не найдет РС2 в своей правой сети, то он отошлет пакет на шлюз по умолчанию.