Υπολογιστής υποδικτύου - Υπολογιστής διεύθυνσης IP και CIDR

Διεύθυνση IP και Σημείωση CIDR

Μια διεύθυνση IPv4 είναι ένας δυαδικός αριθμός 32 bit που εκφράζεται ως τέσσερα δεκαδικά οκτάδια διαχωρισμένα με κουκκίδες -- για παράδειγμα,192.168.1.100Κάθε οκτάδιο αντιπροσωπεύει 8 bits και κυμαίνεται από το 0 έως το 255, δίνοντας ένα συνολικό χώρο διευθύνσεων 232 = 4.294.967.296 πιθανές διευθύνσεις.

Σημείωση CIDR(Classless Inter-Domain Routing, οριζόμενο στο RFC 4632) προσθέτει ένα μήκος προθέματος μετά από μια διακοπή για να υποδείξει πόσα αρχικά bits προσδιορίζουν το δίκτυο:192.168.1.0/24Το μήκος του προθέματος (24 σε αυτή την περίπτωση) σημαίνει ότι τα πρώτα 24 bits είναι το τμήμα του δικτύου. Τα υπόλοιπα 8 bits προσδιορίζουν μεμονωμένους hosts σε αυτό το δίκτυο.

Για ένα δίκτυο /24: 28 = 256 συνολικές διευθύνσεις, μείον 2 διατηρημένες διευθύνσεις =254 χρήσιμες διευθύνσεις ξενιστώνΟι δύο κατοχυρωμένες διευθύνσεις είναι:

• Διεύθυνση δικτύου(όλα τα bits ξενιστή = 0): 192.168.1.0 -- προσδιορίζει το ίδιο το δίκτυο
• Διεύθυνση εκπομπής(all host bits = 1): 192.168.1.255 -- στέλνει πακέτα σε όλους τους hosts στο υποδίκτυο

Ο γενικός τύπος για τους χρήσιμους ξενιστές είναι:Χρησιμοποιήσιμοι οικοδεσπότες = 2 ^ ((32 - πρόθεμα) - 2Η μόνη εξαίρεση είναι ένα υποδίκτυο /31 (σύνδεση από σημείο σε σημείο ανά RFC 3021), το οποίο έχει 2 διευθύνσεις και 0 "χρησιμοποιήσιμους" οικοδεσπότες με την παραδοσιακή έννοια, αλλά και οι δύο διευθύνσεις αποδίδονται σε διεπαφές δρομολογητή, και /32 το οποίο προσδιορίζει έναν ενιαίο οικοδεσπότη.

Το CIDR αντικατέστησε το παλαιότερο σύστημα διευθύνσεων κατηγορίας (Class A / B / C) το 1993 για να επιτρέψει πιο ευέλικτη κατανομή του χώρου διευθύνσεων IP. Πριν από το CIDR, ένας οργανισμός που χρειάζεται 500 διευθύνσεις θα λάμβανε μια κατηγορία Β (/16) με 65.534 διευθύνσεις - σπαταλώντας πάνω από 65.000. Με το CIDR, λαμβάνουν /23 (510 χρήσιμες διευθύνσεις), βελτιώνοντας δραματικά την αποδοτικότητα κατανομής.

Πλήρης μάσκα υποδικτύου και πίνακας αναφοράς CIDR

Μια μάσκα υποδικτύου είναι μια 32-bit τιμή όπου τα διαδοχικά 1s σηματοδοτούν το τμήμα του δικτύου και τα διαδοχικά 0s σηματοδοτούν το τμήμα του ξενιστή.

*Το υποδίκτυο A /31 δεν έχει διεύθυνση δικτύου ή μετάδοσης σύμφωνα με το RFC 3021, οπότε και οι δύο διευθύνσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για συνδέσεις από σημείο σε σημείο.

Ιδιωτικές περιοχές διευθύνσεων IP (RFC 1918)

Το RFC 1918 ορίζει τρεις περιοχές διευθύνσεων που προορίζονται για ιδιωτικά δίκτυα.

Άλλες περιοχές διευθύνσεων ειδικού σκοπού που πρέπει να γνωρίζουν οι μηχανικοί δικτύου:

• 127.0.0.0/8Τα πακέτα δεν αφήνουν ποτέ τον ξενιστή.
• 169.254.0.0/16-- Link-local / APIPA (Automatic Private IP Addressing). Αυτόματη ανάθεση όταν αποτυγχάνει το DHCP.
• 100 64,0 10-- Carrier-grade NAT (CGNAT, RFC 6598). Χρησιμοποιείται από ISP για κοινόχρηστο χώρο διευθύνσεων.
• 0,0.0.0/0-- Προεπιλεγμένη διαδρομή στους πίνακες δρομολόγησης, που αντιπροσωπεύει "όλους τους προορισμούς".
• 224.0.0.0/4Χρησιμοποιείται για ροή, OSPF, RIP.
• 255.255.255.255-- Περιορισμένη εκπομπή (όλοι οι οικοδεσπότες στο τμήμα τοπικού δικτύου).

Υποδίκτυο βήμα προς βήμα με VLSM

Το υποδίκτυο χωρίζει ένα μεγαλύτερο δίκτυο σε μικρότερα, πιο διαχειρίσιμα τμήματα. Αυτό βελτιώνει την ασφάλεια (απομόνωση του τομέα μετάδοσης), την απόδοση (μείωση της κυκλοφορίας μετάδοσης) και την αποτελεσματικότητα της διεύθυνσης IP.

Παράδειγμα:Έχετε 192.168.10.0/24 (256 διευθύνσεις) και πρέπει να το χωρίσετε σε 4 ίσα υποδίκτυα.

1. Προσδιορισμός των απαιτούμενων bits:4 υποδίκτυα απαιτούν 2 επιπλέον bits δικτύου (22 = 4) Νέο πρόθεμα: /24 + 2 = /26.
2. Υπολογισμός φιλοξενούμενων ανά υποδίκτυο:2^(32 - 26) - 2 = 62 χρήσιμοι οικοδεσπότες ανά υποδίκτυο.
3. Κατάλογος υποδικτύων:

Κάλυψη υποδικτύου μεταβλητού μήκους (VLSM)Για παράδειγμα, μπορείτε να διαθέσετε ένα /26 για 60 σταθμούς εργασίας, ένα /28 για 14 διακομιστές και /30s για συνδέσεις WAN - όλα από το ίδιο γονικό μπλοκ. Το VLSM εξαλείφει την σπατάλη προσαρμόζοντας το μέγεθος του υποδικτύου στην πραγματική ανάγκη. Τα σύγχρονα πρωτόκολλα δρομολόγησης (OSPF, EIGRP, BGP) υποστηρίζουν όλα το VLSM.

Υπέρδικτυο (συγκέντρωση διαδρομών)είναι το αντίστροφο: συνδυάζοντας πολλαπλά μικρότερα δίκτυα σε μία μεγαλύτερη διαδρομή. Για παράδειγμα, 192.168.0.0/24, 192.168.1.0/24, 192.168.2.0/24 και 192.168.3.0/24 μπορούν να συγκεντρωθούν σε 192.168.0.0/22. Αυτό μειώνει το μέγεθος των πινάκων δρομολόγησης στους βασικούς δρομολογητές.

Τα δυαδικά μαθηματικά πίσω από το Subnetting

Η κατανόηση των δυαδικών λειτουργιών πίσω από το υποδίκτυο αφαιρεί όλο το μυστήριο. Κάθε διεύθυνση IPv4 είναι ένας αριθμός 32-bit.

11000000.10101000.00000001.01100100

Η μάσκα υποδικτύου /24 (255.255.255.0) σε δυαδικό:

11111111.11111111.11111111.00000000

Για να βρείτε τοδιεύθυνση δικτύου, εκτελέστε ένα bitwise AND μεταξύ του IP και της μάσκας:

11000000.10101000.00000001.01100100(ΠΕ)
11111111.11111111.11111111.00000000(Μάσκα)
——————————————————
11000000.10101000.00000001.00000000= 192.168.1.0 (Δίκτυο)

Για να βρείτε τοδιεύθυνση εκπομπής, αντιστρέψτε τη μάσκα (wildcard) και OR με τη διεύθυνση δικτύου:

Παράξενη κάρτα:00000000.00000000.00000000.11111111
Δίκτυο ή Wildcard:11000000.10101000.00000001.11111111= 192.168.1.255 (Αποστολή)

Τοκάλυψη wildcard(αντίστροφο της μάσκας υποδικτύου) χρησιμοποιείται στις λίστες ελέγχου πρόσβασης (ACL) σε δρομολογητές και τείχη προστασίας Cisco. Για a /24: μάσκα υποδικτύου = 255.255.255.0, wildcard = 0.0.0.255. Για a /27: μάσκα υποδικτύου = 255.255.255.224, wildcard = 0.0.0.31.

Επισκόπηση διευθύνσεων IPv6

Με τις 4,3 δισεκατομμύρια διευθύνσεις του IPv4 να έχουν εξαντληθεί (η IANA χορήγησε τα τελευταία /8 μπλοκ το 2011), το IPv6 παρέχει ένα πολύ μεγαλύτερο χώρο διευθύνσεων χρησιμοποιώντας διευθύνσεις 128 bit - περίπου 3,4 x 1038 μοναδικές διευθύνσεις.

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

Τα επικεφαλής μηδενικά μέσα σε μια ομάδα μπορούν να παραλειφθούν και μια διαδοχική ομάδα ομάδων με όλα τα μηδενικά μπορεί να αντικατασταθεί με:::

2001:db8:85a3::8a2e:370:7334

Το IPv6 υποδίκτυο λειτουργεί πανομοιότυπα με το IPv4 στην έννοια. Ένα /48 είναι συνήθως ανατεθεί σε μια τοποθεσία (που δίνει 280 διευθύνσεις οικοδεσπότη), η οποία υποδιαιρείται σε /64 υποδίκτυα (πρότυπο για ένα μόνο τμήμα LAN). Το /64 παρέχει 264 ~ 1.8 x 1019 διευθύνσεις οικοδεσπότη ανά υποδίκτυο - περισσότερο από αρκετό για οποιαδήποτε προβλέψιμη χρήση, και απαιτείται για την αυτόματη διαμόρφωση διευθύνσεων χωρίς κράτος (SLAAC).

Δίκτυο νέφους και σχεδιασμός υποδικτύου

Οι σύγχρονες πλατφόρμες cloud (AWS, GCP, Azure) βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στο υποδίκτυο για την αρχιτεκτονική δικτύου.

AWS VPC:Ένα VPC μπορεί να χρησιμοποιήσει οποιοδήποτε RFC 1918 CIDR μπλοκ από /16 έως /28.

GCP VPC:Χρησιμοποιεί αυτόματη λειτουργία (προσδιορισμένα /20 υποδίκτυα σε κάθε περιοχή) ή προσαρμοσμένη λειτουργία (προσδιορισμένα από τον χρήστη μπλοκ CIDR ανά περιοχή).

Azure VNet:Παρόμοια με την AWS. Υποστηρίζει /8 έως /29. Κρατά 5 IPs ανά υποδίκτυο.

Βέλτιστες πρακτικές για τον σχεδιασμό υποδικτύου cloud:

• Κατανομή ενός /16 VPC για τα περισσότερα έργα (περίοδος ανάπτυξης)
• Χρήση /24 υποδικτύων για γενικά φορτία εργασίας (251 IPs στο AWS/Azure, 254 στο GCP)
• Διαχωρισμένα δημόσια υποδίκτυα (με πύλη διαδικτύου) από ιδιωτικά υποδίκτυα
• Αποφύγετε την αλληλεπικάλυψη μπλοκ CIDR μεταξύ VPCs εάν σχεδιάζετε VPC peering ή συνδέσεις VPN
• Καταγράψτε το σχέδιο διεύθυνσης IP σας - εξαντλείται από IPs σε ένα VPC απαιτεί οδυνηρή μετανάστευση