Nedostatek adres IPv4, CIDR, podsíťování a VLSM

IPv4 nabízí jen asi 4,3 miliardy adres a třídní adresování jimi navíc plýtvalo. Tato stránka vysvětluje, jak se s nedostatkem adres vyrovnává beztřídní adresování CIDR, jak se síť dělí na podsítě a jak se pomocí VLSM přidělí každé podsíti právě tolik adres, kolik potřebuje. Předpokladem je umět spočítat adresu sítě a broadcast – viz IPv4 adresování.

Nedostatek IPv4 adres a jeho řešení

• V 80. letech se adresy přidělovaly po celých třídách. Organizace, která potřebovala o málo víc než 254 adres, dostala třídu B s 65 534 adresami; velké firmy a univerzity dostaly celé třídy A. Většina adres ležela ladem.
• S rozšířením Internetu v 90. letech a s mobilními zařízeními začaly adresy docházet. Centrální zásoba IANA se vyčerpala v roce 2011, evropský registr RIPE NCC rozdal poslední blok v roce 2019. Dnes se IPv4 adresy prodávají a pronajímají.

Řešení, která se postupně zavedla:

1. CIDR (1993) – beztřídní adresování: síť dostane přesně tak velký blok, jaký potřebuje, a směrovací tabulky se zmenší agregací.
2. Podsíťování a VLSM – přidělený blok se uvnitř organizace dělí na podsítě různé velikosti.
3. Privátní adresy a NAT – celá lokální síť používá privátní adresy a do Internetu vystupuje pod jedinou veřejnou adresou, viz NAT.
4. DHCP s dynamickými adresami – poskytovatel nemusí mít adresu pro každého zákazníka, jen pro ty právě připojené.
5. IPv6 – trvalé řešení se 128bitovými adresami, viz IPv6.

CIDR – beztřídní adresování

CIDR (Classless Inter-Domain Routing) zrušil vazbu masky na třídu adresy. Maska (prefix) může mít libovolnou délku od /0 do /32 a zapisuje se za lomítko: 203.0.113.0/27. Přínosy:

• bez plýtvání – firma potřebující 500 adres dostane blok /23 (510 hostů) místo celé třídy B,
• agregace (sumarizace) tras – několik sousedních sítí lze v routovací tabulce nahradit jedním záznamem s kratším prefixem (supernet), takže tabulky páteřních routerů jsou menší a rychlejší.

Přehled prefixů

Řešený příklad 1 – agregace

Router má za sebou čtyři sítě 192.168.0.0/24, 192.168.1.0/24, 192.168.2.0/24 a 192.168.3.0/24. Jakým jedním záznamem je lze ohlásit sousedům?

1. Zapíšeme třetí oktet, ve kterém se sítě liší: 0 = 000000|00, 1 = 000000|01, 2 = 000000|10, 3 = 000000|11.
2. Společných je prvních 6 bitů třetího oktetu, celkem tedy 8 + 8 + 6 = 22 bitů.
3. Souhrnná trasa je 192.168.0.0/22 (maska 255.255.252.0) a pokrývá adresy 192.168.0.0 – 192.168.3.255.

Agregovat lze jen sítě, které tvoří souvislý blok začínající na násobku své velikosti.

Podsíťování (subnetting)

Podsíťování rozdělí jednu síť na několik menších podsítí tak, že si část síťové masky „půjčí“ bity z části zařízení. Důvody: oddělit oddělení nebo patra (bezpečnost), zmenšit broadcastové domény, přizpůsobit sítě VLAN a fyzickému uspořádání, nepromarnit adresy.

Půjčíme-li si s bitů, vznikne 2s podsítí; zbude-li na zařízení n bitů, má každá podsíť 2n−2 hostů.

Řešený příklad 2 – stejně velké podsítě

Síť 192.168.1.0/24 rozdělte na 4 stejné podsítě.

1. Potřebujeme 4 podsítě: 2s≥4, tedy s=2 bity.
2. Nový prefix je 24 + 2 = /26, maska 255.255.255.192, blok 256 − 192 = 64 adres.
3. Na zařízení zbývá 6 bitů: 26−2=62 hostů v každé podsíti.

Řešený příklad 3 – maska podle počtu hostů

Kolik bitů potřebuje podsíť pro 50 počítačů a router?

1. Potřebujeme 51 adres zařízení.
2. Hledáme nejmenší n, pro které 2n−2≥51: 25−2=30 nestačí, 26−2=62 stačí, tedy n=6.
3. Prefix je 32 − 6 = /26 (maska 255.255.255.192).

VLSM – masky proměnné délky

Při podsíťování se stejnou maskou dostane každá podsíť stejně adres, i když jedna potřebuje 100 a druhá 2. VLSM (Variable Length Subnet Mask) dovolí v jedné síti použít masky různé délky, takže se blok rozdělí hospodárně a hierarchicky. VLSM podporují beztřídní směrovací protokoly (RIPv2, OSPF, EIGRP); třídní RIPv1 masku v aktualizacích neposílá, a VLSM proto nepodporuje.

Postup: požadavky seřadíme od největšího po nejmenší, každé podsíti určíme nejmenší dostatečný prefix a bloky přidělujeme postupně od začátku rozsahu – každý blok začíná na násobku své velikosti.

Řešený příklad 4 – VLSM

Firma má přidělenou síť 192.168.10.0/24 a potřebuje: LAN A pro 100 zařízení, LAN B pro 50, LAN C pro 20 a dvě dvoubodové linky mezi routery (po 2 adresách).

Volný zůstal rozsah 192.168.10.232 – 192.168.10.255 pro budoucí podsítě. Se stejnou maskou by to nešlo: LAN A potřebuje /25, a dvě podsítě /25 by spotřebovaly celou /24 a na ostatní by nezbylo.

Otázky k opakování

1. Proč IPv4 adresy došly a jaká řešení se zavedla? třídní přidělování plýtvalo a zařízení přibývalo; CIDR, podsíťování a VLSM, privátní adresy s NAT, dynamické přidělování, IPv6
2. Co znamená zkratka CIDR a jaké má výhody? Classless Inter-Domain Routing; maska libovolné délky bez plýtvání a agregace tras do menších tabulek
3. Kolik hostů má síť /27 a /29? 30 a 6
4. Jakým souhrnným záznamem lze nahradit sítě 10.0.8.0/24 až 10.0.15.0/24? 10.0.8.0/21 (8 sítí, 3 bity; 8 = 00001|000)
5. Síť 172.16.0.0/16 rozdělte na 8 stejných podsítí. Jaký bude prefix a kolik hostů v každé? /19 (3 půjčené bity), blok 32 ve 3. oktetu, 213−2 = 8 190 hostů
6. Jaký prefix potřebuje podsíť pro 200 zařízení? /24 (254 hostů); /25 se 126 hosty nestačí
7. Co je VLSM a proč se podsítě přidělují od největší? masky proměnné délky v jedné síti; velké bloky se musí zarovnat na násobek své velikosti, takže je umístíme nejdřív a menší bloky vyplní zbytek
8. Proč se pro linky mezi routery používá prefix /30? linka potřebuje jen 2 adresy a /30 jich poskytuje přesně 2 použitelné