Subnetzwerk - Subnetwork

Erstellen eines Subnetzes durch Teilen der Hostkennung

Ein Subnetz oder Subnetz ist eine logische Unterteilung eines IP-Netzwerks . Die Aufteilung eines Netzwerks in zwei oder mehr Netzwerke wird als Subnetting bezeichnet .

Rechner, die zum gleichen Subnetz gehören, werden mit einer identischen höchstwertigen Bitgruppe in ihren IP-Adressen angesprochen . Daraus ergibt sich die logische Unterteilung einer IP - Adresse in zwei Felder: die Netzwerknummer oder Routing - Präfix und dem übrigen Feld oder Hostkennung . Das Rest-Feld ist eine Kennung für einen bestimmten Host oder eine Netzwerkschnittstelle.

Das Routing-Präfix kann in der Notation Classless Inter-Domain Routing (CIDR) ausgedrückt werden, die als erste Adresse eines Netzwerks geschrieben wird, gefolgt von einem Schrägstrich ( / ) und mit der Bitlänge des Präfix endet. Zum Beispiel 198.51.100.0 / 24 ist das Präfix der Version 4 Internet Protocol - Netzwerk an der angegebenen Adresse beginnt, mit 24 Bits für das Netzwerk - Präfix zugeordnet, und die restlichen 8 Bits reserviert für Host - Adressierung. Zu diesem Netzwerk gehören Adressen im Bereich 198.51.100.0 bis 198.51.100.255 . Die IPv6- Adressspezifikation 2001:db8:: / 32 ist ein großer Adressblock mit 2 ⁹⁶ Adressen mit einem 32-Bit-Routing-Präfix.

Für IPv4 kann ein Netzwerk auch durch seine Subnetzmaske oder Netzmaske charakterisiert werden , die die Bitmaske ist , die, wenn sie durch eine bitweise UND- Operation auf eine beliebige IP-Adresse im Netzwerk angewendet wird , das Routing-Präfix ergibt. Subnetzmasken werden auch in Punkt-Dezimal-Notation wie eine IP-Adresse ausgedrückt . Das Präfix 198.51.100.0 / 24 hätte beispielsweise die Subnetzmaske 255.255.255.0 .

Datenverkehr wird zwischen Subnetzen über Router ausgetauscht, wenn sich die Routing-Präfixe der Quelladresse und der Zieladresse unterscheiden. Ein Router dient als logische oder physikalische Grenze zwischen den Subnetzen.

Die Vorteile des Subnetzes eines vorhandenen Netzwerks variieren mit jedem Bereitstellungsszenario. In der Adresszuweisungsarchitektur des Internets unter Verwendung von CIDR und in großen Organisationen ist es notwendig, den Adressraum effizient zuzuweisen. Subnetting kann auch die Routing-Effizienz verbessern oder Vorteile bei der Netzwerkverwaltung haben, wenn Subnetzwerke von verschiedenen Einheiten in einer größeren Organisation administrativ kontrolliert werden. Subnetze können logisch in einer hierarchischen Architektur angeordnet sein, die den Netzwerkadressraum einer Organisation in eine baumartige Routing-Struktur oder andere Strukturen wie Maschen aufteilt.

Netzwerkadressierung und Routing

Das Konzept, den IPv4-Adressraum 200.100.10.0/24, der 256 Adressen enthält, in zwei kleinere Adressräume zu subnetzen, nämlich 200.100.10.0/25 und 200.100.10.128/25 mit jeweils 128 Adressen.

Computer, die an einem Netzwerk wie dem Internet teilnehmen, haben jeweils mindestens eine Netzwerkadresse . Normalerweise ist diese Adresse für jedes Gerät eindeutig und kann entweder automatisch mit dem Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) von einem Netzwerkserver, manuell von einem Administrator oder automatisch durch zustandslose automatische Adresskonfiguration konfiguriert werden .

Eine Adresse erfüllt die Funktionen, den Host zu identifizieren und im Netzwerk zu lokalisieren. Die gebräuchlichste Netzwerkadressierungsarchitektur ist das Internet Protocol Version 4 (IPv4), aber sein Nachfolger IPv6 wird seit etwa 2006 zunehmend eingesetzt . Eine IPv4-Adresse besteht aus 32 Bit. Eine IPv6-Adresse besteht aus 128 Bit. In beiden Systemen wird eine IP-Adresse in zwei logische Teile unterteilt, das Netzwerkpräfix und die Hostkennung . Alle Hosts in einem Subnetzwerk haben das gleiche Netzwerkpräfix. Dieses Präfix belegt die höchstwertigen Bits der Adresse. Die Anzahl der dem Präfix innerhalb eines Netzwerks zugewiesenen Bits kann je nach Netzwerkarchitektur zwischen den Subnetzen variieren. Die Hostkennung ist eine eindeutige lokale Kennung und ist entweder eine Hostnummer im lokalen Netzwerk oder eine Schnittstellenkennung.

Diese Adressierungsstruktur ermöglicht das selektive Routing von IP-Paketen über mehrere Netzwerke hinweg über spezielle Gateway-Computer, sogenannte Router , an einen Ziel-Host, wenn sich die Netzwerkpräfixe von Ursprungs- und Ziel-Host unterscheiden, oder direkt an einen Ziel-Host im lokalen Netzwerk zu senden, wenn sie das gleiche. Router bilden logische oder physische Grenzen zwischen den Subnetzen und verwalten den Verkehr zwischen ihnen. Jedes Subnetz wird von einem designierten Standardrouter bedient, kann aber intern aus mehreren physischen Ethernet- Segmenten bestehen, die durch Netzwerk-Switches miteinander verbunden sind .

Das Routing-Präfix einer Adresse wird durch die Subnetzmaske identifiziert , die in der gleichen Form geschrieben ist, die für IP-Adressen verwendet wird. Beispielsweise wird die Subnetzmaske für ein Routingpräfix, das aus den wichtigsten 24 Bit einer IPv4-Adresse besteht, als 255.255.255.0 geschrieben .

Die moderne Standardform der Spezifikation des Netzwerkpräfixes ist die CIDR-Notation, die sowohl für IPv4 als auch für IPv6 verwendet wird. Es zählt die Anzahl der Bits im Präfix und hängt diese Zahl nach einem Schrägstrich (/) an die Adresse an . Diese Notation wurde mit Classless Inter-Domain Routing (CIDR) eingeführt. In IPv6 ist dies die einzige auf Standards basierende Form zur Bezeichnung von Netzwerk- oder Routing-Präfixen.

Beispielsweise wird das IPv4-Netzwerk 192.0.2.0 mit der Subnetzmaske 255.255.255.0 als 192.0.2.0 / 24 geschrieben , und die IPv6-Notation 2001:db8:: / 32 bezeichnet die Adresse 2001:db8:: und ihr Netzwerkpräfix bestehend aus die höchstwertigen 32 Bit.

Beim Classful Networking in IPv4 konnte das Netzwerkpräfix vor der Einführung von CIDR direkt aus der IP-Adresse bezogen auf die Bitfolge höchster Ordnung bezogen werden. Dadurch wurde die Klasse (A, B, C) der Adresse und damit die Subnetzmaske bestimmt. Die Zuordnung einer IP-Adresse zu einer Netzwerkschnittstelle erfordert jedoch seit Einführung von CIDR zwei Parameter, die Adresse und eine Subnetzmaske.

Anhand einer IPv4-Quelladresse, der zugehörigen Subnetzmaske und der Zieladresse kann ein Router feststellen, ob sich das Ziel in einem lokal verbundenen Netzwerk oder einem Remote-Netzwerk befindet. Die Subnetzmaske des Ziels wird nicht benötigt und ist einem Router im Allgemeinen nicht bekannt. Für IPv6 ist die On-Link-Ermittlung jedoch im Detail anders und erfordert das Neighbor Discovery Protocol (NDP). Die IPv6-Adresszuweisung an eine Schnittstelle erfordert kein übereinstimmendes On-Link-Präfix und umgekehrt, mit Ausnahme von Link-Local-Adressen .

Da jedes lokal verbundene Subnetz durch einen separaten Eintrag in den Routing-Tabellen jedes verbundenen Routers repräsentiert werden muss , erhöht Subnetting die Routing-Komplexität. Durch sorgfältiges Design des Netzwerks können jedoch Routen zu Sammlungen weiter entfernter Subnetze innerhalb der Zweige einer Baumhierarchie zu einem Supernetzwerk zusammengefasst und durch einzelne Routen dargestellt werden.

Internetprotokoll-Version 4

Ermittlung des Netzwerkpräfixes

Eine IPv4-Subnetzmaske besteht aus 32 Bit; es ist eine Folge von Einsen ( 1 ) gefolgt von einem Block von Nullen ( 0 ). Die Einsen zeigen Bits in der Adresse an, die für das Netzwerkpräfix verwendet werden, und der nachfolgende Block von Nullen bezeichnet diesen Teil als Host-Identifizierer.

Das folgende Beispiel zeigt die Trennung des Netzwerkpräfixes und der Hostkennung von einer Adresse ( 192.0.2.130 ) und der zugehörigen / 24 Subnetzmaske ( 255.255.255.0 ). Die Operation wird in einer Tabelle mit binären Adressformaten visualisiert .

Das Ergebnis der bitweisen UND- Verknüpfung von IP-Adresse und Subnetzmaske ist das Netzwerkpräfix 192.0.2.0 . Der Host-Teil, der 130 ist , wird durch die bitweise UND-Verknüpfung der Adresse und des Einerkomplements der Subnetzmaske abgeleitet.

Subnetting

Subnetting ist der Prozess, bei dem einige höherwertige Bits aus dem Hostteil als Teil des Netzwerkpräfixes festgelegt und die Subnetzmaske entsprechend angepasst werden. Dadurch wird ein Netzwerk in kleinere Subnetze unterteilt. Das folgende Diagramm modifiziert das obige Beispiel, indem 2 Bits vom Hostteil zum Netzwerkpräfix verschoben werden, um vier kleinere Subnetze zu bilden, die jeweils ein Viertel der vorherigen Größe haben.

Spezielle Adressen und Subnetze

IPv4 verwendet speziell festgelegte Adressformate, um die Erkennung spezieller Adressfunktionen zu erleichtern. Das erste und das letzte Subnetz, das durch das Subnetzen eines größeren Netzwerks erhalten wurde, hatten traditionell eine besondere Bezeichnung und hatten schon früh besondere Auswirkungen auf die Verwendung. Darüber hinaus verwendet IPv4 die All-One- Host-Adresse, dh die letzte Adresse innerhalb eines Netzwerks, für die Broadcast-Übertragung an alle Hosts auf dem Link.

Das erste Subnetz, das durch das Subnetzen eines größeren Netzwerks erhalten wird, hat alle Bits in der Subnetz-Bitgruppe auf Null (0) gesetzt. Es wird daher Subnetz Null genannt . Das letzte Subnetz, das durch das Subnetzen eines größeren Netzwerks erhalten wurde, hat alle Bits in der Subnetz-Bitgruppe auf eins (1) gesetzt. Es wird daher als All-Ones-Subnetz bezeichnet .

Die IETF hatte ursprünglich davon abgeraten, diese beiden Subnetze in der Produktion einzusetzen. Wenn die Präfixlänge nicht verfügbar ist, haben das größere Netzwerk und das erste Subnetz die gleiche Adresse, was zu Verwechslungen führen kann. Ähnliche Verwechslungen sind bei der Broadcast-Adresse am Ende des letzten Subnetzes möglich. Daher wurde empfohlen, die Subnetzwerte bestehend aus allen Nullen und allen Einsen im öffentlichen Internet zu reservieren, wodurch die Anzahl der verfügbaren Subnetze für jedes Subnetz um zwei reduziert wird. Diese Ineffizienz wurde beseitigt, und die Praxis wurde 1995 für obsolet erklärt und ist nur im Umgang mit Altgeräten relevant.

Obwohl die Host-Werte aus Nullen und Einsen für die Netzwerkadresse des Subnetzes bzw. dessen Broadcast-Adresse reserviert sind , sind in Systemen, die CIDR verwenden, alle Subnetze in einem unterteilten Netzwerk verfügbar. Beispielsweise kann ein / 24- Netzwerk in sechzehn nutzbare / 28- Netzwerke unterteilt werden. Jede Broadcast-Adresse, dh *.15 , *.31 , …, *.255 , reduziert nur die Hostanzahl in jedem Subnetz.

Anzahl der Subnetzhosts

Die Anzahl der verfügbaren Subnetzwerke und die Anzahl der möglichen Hosts in einem Netzwerk können leicht berechnet werden. Beispielsweise kann das Netzwerk 192.168.5.0 / 24 in die folgenden vier / 26 Subnetze unterteilt werden. Die beiden markierten Adressbits werden dabei Teil der Netzwerknummer.

Die restlichen Bits nach den Subnetzbits werden zur Adressierung von Hosts innerhalb des Subnetzes verwendet. Im obigen Beispiel besteht die Subnetzmaske aus 26 Bit, also 255.255.255.192, so dass 6 Bit für die Hostkennung übrig bleiben. Dies ermöglicht 62 Hostkombinationen (2 ⁶ –2).

Im Allgemeinen beträgt die Anzahl der verfügbaren Hosts in einem Subnetz 2 ^h –2, wobei h die Anzahl der Bits ist, die für den Hostteil der Adresse verwendet werden. Die Anzahl der verfügbaren Subnetze beträgt 2 ⁿ , wobei n die Anzahl der Bits ist, die für den Netzwerkteil der Adresse verwendet werden.

Eine Ausnahme von dieser Regel gibt es bei 31-Bit-Subnetzmasken, dh die Hostkennung ist für zwei zulässige Adressen nur ein Bit lang. In solchen Netzwerken, meist Punkt-zu-Punkt-Verbindungen , dürfen nur zwei Hosts (die Endpunkte) verbunden sein und eine Angabe von Netzwerk- und Broadcast-Adressen ist nicht erforderlich.

Internetprotokoll-Version 6

Das Design des IPv6- Adressraums unterscheidet sich deutlich von IPv4. Der Hauptgrund für das Subnetting in IPv4 besteht darin, die Effizienz bei der Nutzung des relativ kleinen verfügbaren Adressraums zu verbessern, insbesondere für Unternehmen. Bei IPv6 gibt es keine derartigen Einschränkungen, da der große Adressraum, der auch für Endbenutzer verfügbar ist, kein einschränkender Faktor ist.

Wie in IPv4 basiert das Subnetting in IPv6 auf den Konzepten der Subnetzmaskierung mit variabler Länge (VLSM) und der Methode des klassenlosen Inter-Domain-Routings . Es wird verwendet, um den Verkehr zwischen den globalen Zuteilungsräumen und innerhalb von Kundennetzwerken zwischen Subnetzen und dem Internet insgesamt zu leiten.

Ein konformes IPv6-Subnetz verwendet immer Adressen mit 64 Bit in der Hostkennung. Bei der Adressgröße von 128 Bit hat es daher ein /64-Routing-Präfix. Die Verwendung kleinerer Subnetze ist zwar technisch möglich, für lokale Netzwerke auf Basis der Ethernet-Technologie jedoch unpraktisch, da für die zustandslose Adress-Autokonfiguration 64 Bit benötigt werden . Die Internet Engineering Task Force empfiehlt die Verwendung von / 127- Subnetzen für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, die nur über zwei Hosts verfügen.

IPv6 implementiert keine speziellen Adressformate für Broadcast-Datenverkehr oder Netzwerknummern, und daher sind alle Adressen in einem Subnetz für die Hostadressierung akzeptabel. Die aus Nullen bestehende Adresse ist als Anycast-Adresse des Subnet-Routers reserviert.

In der Vergangenheit war die empfohlene Zuordnung für eine IPv6-Kundensite ein Adressraum mit einem 48-Bit- Präfix ( / 48 ). Diese Empfehlung wurde jedoch überarbeitet, um kleinere Blöcke zu fördern, beispielsweise die Verwendung von 56-Bit-Präfixen. Eine weitere gängige Zuweisungsgröße für Privatkundennetzwerke hat ein 64-Bit-Präfix.

Siehe auch

• Autonomes System (Internet)

Verweise

Weiterlesen

• Voraussetzungen für IPv4-Router . doi : 10.17487/RFC1812 . RFC 1812 .
• Dienstprogramm von Subnetzen von Internet-Netzwerken . doi : 10.17487/RFC0917 . RFC 917 .
• DNS-Kodierungen von Netzwerknamen und anderen Typen . doi : 10.17487/RFC1101 . RFC 1101 .
• Blank, Andrew G. (2006). TCP/IP-Grundlagen . Wiley. ISBN 9780782151138.
• Lammle, Todd (2005). CCNA Cisco Certified Network Associate Studienleitfaden 5. Auflage . San Francisco, London: Sybex.
• Groth, David; Skandier, Toby (2005). Netzwerk + Studienführer (4. Aufl.). San Francisco, London: Wiley.

Externe Links

• Cisco-IP-Adressierung und Subnetting für neue Benutzer
• Subnetzwerke bei Curlie
• Netzmasken-Schnellreferenztabelle