Tutorial zur variablen Länge der Subnetzmaske (VLSM)

Das exponentielle Wachstum des Internets in den letzten 30 Jahren hat Mängel im ursprünglichen IP-Protokolldesign aufgedeckt. Als das Internet begann, sich schnell von seinem anfänglichen militärischen Netzwerkforschungsstatus zu kommerzieller Bedeutung zu entwickeln, stieg die Nachfrage nach IP-Adressen (insbesondere im Klasse-B-Raum) sprunghaft an.

Experten begannen sich Sorgen über die langfristigen Skalierungseigenschaften von IP-Adressschemata der Klassen A, B und C zu machen und überlegten, wie IP-Zuweisungsrichtlinien und Routing-Protokolle geändert werden können, um dem Wachstum gerecht zu werden. Dies führte in den frühen 1990er Jahren zur Gründung der Routing and Addressing (ROAD) Group durch die Internet Engineering Task Force (IETF), um Wege zur Umstrukturierung des IP-Adressraums zu finden, um seine Lebensdauer zu verlängern. Die Gruppe gemäß IETF RFC 4632 identifizierte drei Hauptprobleme:

1. Erschöpfung des Netzwerkadressraums der Klasse B
2. Wachstum der Routing-Tabellen von Internet-Routern über die Kapazität der aktuellen Hardware und Software hinaus.
3. Mögliche Erschöpfung des 32-Bit-IPv4-Netzwerkadressraums

Als kurz- bis mittelfristige Maßnahme schlug die ROAD Group eine Lösung vor, die die Verwendung von „klassenlosen“ IP-Zuweisungssystemen ermöglicht, um das Wachstum globaler Routing-Tabellen zu verlangsamen und die Rate des Verbrauchs von IPv4-Adressraum zu reduzieren. Dies führte schließlich zu dem, was wir heute als Classless Inter-Domain Routing (CIDR) und Variable Length Subnet Mask (VLSM) kennen, was eine größere Flexibilität bei der Erstellung von Subnetzwerken ermöglicht und die strengen Regeln der Klassen A, B und C überwindet. In diesem Handbuch helfen wir Ihnen, das Konzept von VLSM zu verstehen und zeigen Ihnen, wie Sie VLSM-Subnetze implementieren.

VLSM-Grundlagen

Um das Konzept von VLSM vollständig zu verstehen, müssen wir zuerst den Begriff Subnetzmaske, Subnetz und Supernetting verstehen.

Subnetzmaske

Subnetzmasken werden von einem Computer verwendet, um festzustellen, ob sich ein Computer im selben Netzwerk oder in einem anderen Netzwerk befindet. Eine IPv4-Subnetzmaske ist eine 32-Bit-Folge von Einsen (1), gefolgt von einem Block von Nullen (0). Die Einsen bezeichnen das Netzwerkpräfix, während der nachfolgende Block von Nullen die Host-ID bezeichnet. In der Abkürzung verwenden wir / 24, was einfach bedeutet, dass eine Subnetzmaske 24 Einsen hat und der Rest Nullen sind.

Tabelle 1.0 IP-Adresse und Subnetzmaske im Binär- und Dezimalformat

Subnetting

Wie der Name schon sagt, ist Subnetting der Prozess der Aufteilung eines einzelnen großen Netzwerks in mehrere kleine Netzwerke, die als Subnetze bezeichnet werden. Der Hauptzweck des Subnetzes besteht darin, die Netzwerküberlastung zu verringern und die Effizienz bei der Nutzung des relativ kleinen Netzwerkadressraums zu verbessern, der insbesondere in IPv4 verfügbar ist.

Supernetting

Supernetting ist das direkte Gegenteil von Subnetting, bei dem mehrere Netzwerke zu einem einzigen großen Netzwerk zusammengefasst werden, das als Supernets bezeichnet wird. Supernetting bietet Routenaktualisierungen auf die effizienteste Weise, indem viele Routen in einer Anzeige anstatt einzeln beworben werden.

Das Hauptziel von Supernetting besteht darin, Netzwerkroutingentscheidungen zu vereinfachen oder zusammenzufassen, um den Verarbeitungsaufwand beim Abgleichen von Routen und den Speicherplatz für Routeninformationen in Routingtabellen zu minimieren. Eine Routing-Tabelle ist eine Zusammenfassung aller bekannten Netzwerke. Router teilen Routing-Tabellen, um den neuen Pfad zu finden und den besten Pfad für das Ziel zu finden. Ohne Zurücksetzen teilt der Router alle Routen aus Routing-Tabellen so, wie sie sind. Mit Supernetting werden sie vor der Freigabe zusammengefasst, wodurch die Größe der Routing-Updates erheblich reduziert wird.

Es gibt zwei Ansätze zum Subnetzen einer IP-Adresse für ein Netzwerk: Subnetzmaske mit fester Länge (FLSM) und Subnetzmaske mit variabler Länge (VLSM). Im FLSM-Subnetz sind alle Subnetze gleich groß mit einer gleichen Anzahl von Host-IDs. Sie verwenden für jedes Subnetz dieselbe Subnetzmaske, und alle Subnetze enthalten dieselbe Anzahl von Adressen. Es ist in der Regel am verschwenderischsten, da mehr IP-Adressen als erforderlich verwendet werden.

VLSM ist eine Subnetzentwurfsstrategie, mit der alle Subnetzmasken variable Größen haben können. Im VLSM-Subnetz können Netzwerkadministratoren einen IP-Adressraum in Subnetze unterschiedlicher Größe unterteilen und entsprechend dem individuellen Bedarf in einem Netzwerk zuweisen. Diese Art des Subnetzes ermöglicht eine effizientere Nutzung eines bestimmten IP-Adressbereichs. VLSM ist der Defacto-Standard dafür, wie jedes Netzwerk heute gestaltet ist. Tabelle 2.0 unten ist eine Zusammenfassung der Unterschiede zwischen FLSM- und VLSM-Subnetzen. VLSM wird von den folgenden Protokollen unterstützt: Open Shortest Path First (OSPF), Enhanced Interior Gateway Router Protocol (EIGRP), Border Gateway Protocol (BGP), Routing Information Protocol (RIP) Version 2 und 3 und Intermediate System-to-Intermediate System (IS-IS). Sie müssen Ihren Router für VLSM mit einem dieser Protokolle konfigurieren.

Tabelle 2.0 Unterschiede zwischen FLSM- und VLSM-Subnetz

Stellen Sie sich nun folgendes Szenario vor: John wurde gerade als Netzwerkadministrator für ein neues Unternehmen mit sechs Abteilungen eingestellt. Es wird erwartet, dass er sechs separate Subnetze erstellt, eines für jede Abteilung. Zu diesem Zweck erhielt er eine private Netzwerkadresse der Klasse A 10.0.0.0; und so hat er offensichtlich viel IP-Adressraum und kann sich nicht einmal vorstellen, dass ihm jemals die IP-Adressen ausgehen würden. Aus diesem Grund hat sich John gefragt, warum er sich mit dem VLSM-Designprozess befassen sollte. Sollte er ein VLSM- oder ein FLSM-Netzwerkdesign verwenden? Nun, die Antwort ist einfach. Indem er zusammenhängende Blöcke gültiger Adressen zu bestimmten Bereichen des Netzwerks erstellt, kann er das Netzwerk dann einfach zusammenfassen und Routenaktualisierungen mit einem Routingprotokoll auf ein Minimum beschränken. Warum sollte jemand mehrere Netzwerke zwischen Gebäuden bewerben wollen, wenn Sie nur eine zusammenfassende Route zwischen Gebäuden senden und das gleiche Ergebnis erzielen können?

Außerdem hat die Verschwendung von IP-Adressraum im öffentlichen Netzwerk sowohl technische als auch wirtschaftliche Auswirkungen. Auf der technischen Seite beschleunigt es seine Erschöpfung; und auf der wirtschaftlichen Seite kostet es viel Geld, weil öffentliche Netzwerk-IP-Adressen teuer sind. Daher ermöglichte die Einführung von VLSM die IP-Adresszuweisung eines kleineren Blocks.

Implementieren des VLSM-Subnetzes

Wir beginnen diesen Abschnitt mit dem Versuch, ein praktisches VLSM-Problem zu lösen. Stellen Sie sich vor, Sie wurden kürzlich als Netzwerktechniker für Braxton Investment Limited eingestellt. Entwerfen Sie mithilfe der VLSM-Technik einen IP-Plan für das Unternehmen mit einem IP-Bereich von 192.168.4.0 / 24. Das Netzwerk des Unternehmens besteht aus drei lokalen Netzwerken: LAN A, LAN B und LAN C, wie in Abbildung 2.0 unten dargestellt. Diese drei LANs sind mit drei seriellen Verbindungen verbunden: Link AB, Link BC und Link AC.

Eine der einfachsten Möglichkeiten, VLSM-Probleme zu lösen, ist die Verwendung eines Subnetzdiagramms wie in Tabelle 3.0 unten. Wir werden dieses Diagramm verwenden, um das obige Problem anzugehen

Tabelle 3.0 VLSM-Subnetzdiagramm

Wie Sie dem Diagramm entnehmen können, haben wir sechs Netzwerke LAN A, LAN B, LAN C sowie Link A, Link B und Link C. Die Links A, B und C sind ebenfalls drei separate Netzwerke und erfordern jeweils zwei Host-IDs. Daher besteht unsere Aufgabe darin, für jedes der sechs Netzwerke einen IP-Plan gemäß ihrer festgelegten Größe mithilfe der VLSM-Subnetzmethode zu entwerfen. Wir benötigen fünf Schritte, um das Problem zu lösen:

Schritt 1: Ordnen Sie die Netzwerke vom größten zum kleinsten an, wie in Tabelle 4.0 unten gezeigt:

Tabelle 4.0 LAN geordnet nach der Anzahl der Hosts

Schritt 2: Implementieren des VLSM-Subnetzes für das größte Netzwerk (LAN A)

Das größte Netzwerk LAN A benötigt 60 Hosts. Aus dem Host-Abschnitt (Zeile) unseres Subnetzdiagramms unten sind 64 den erforderlichen 60 Hosts am nächsten, was 4 Subnetzen und einem neuen CIDR-Wert von / 26 entspricht (die Spalte ist fett gedruckt). Aus diesen relevanten Informationen erstellen wir eine neue Tabelle mit Netzwerk-ID, Subnetzmaske in CIDR-Notation, verwendbar und Name des betroffenen lokalen Netzwerks. Beachten Sie, dass die erste Host-ID für die Netzwerk-ID und die letzte Host-ID für die Broadcast-ID reserviert ist, sodass die Gesamtzahl der verwendbaren Host-IDs für jedes Subnetz in diesem speziellen Fall 62 (64-2) beträgt.

Angesichts des IP-Bereichs: 192.168.4.0/24

Tabelle 5.0 IP-Plan für LAN A (60 Hosts)

Lassen Sie uns nun eine Netzwerk-ID für jedes Subnetz auflisten. Beachten Sie, dass sich nur das vierte Oktett ändert; die ersten drei Oktette bleiben gleich:

• Die erste Netzwerk-ID ist immer die ursprünglich angegebene ID 192.168.4.0
• Die zweite Netzwerk-ID ist 192.168.4.64
• Die dritte Netzwerk-ID ist 192.168.4.128
• Die vierte Netzwerk-ID ist 192.168.4.192

Hier ist das Muster: Die erste Netzwerk-ID ist immer die ursprüngliche. Die nächste Netzwerk-ID wird durch Hinzufügen von 64 zur vorherigen erhalten. Wir können jedes dieser Subnetze LAN A zuweisen, da sie alle gleich groß sind, aber der Einfachheit halber weisen wir das erste Subnetz zu (192.168.4.0) zu LAN A. Die anderen drei verfügbaren Subnetze können als nicht zugewiesen markiert und für die zukünftige Verwendung reserviert werden. Wir haben die Aufgabe abgeschlossen, den IP–Plan für das größte LAN zu entwerfen – LAN B.

Schritt 3: Implementieren des VLSM-Subnetzes für das zweitgrößte Netzwerk (LAN B)

Das zweitgrößte Netzwerk, LAN B, benötigt 29 Hosts. Die Mindestanzahl von Hosts, die LAN B mit den 29 Hosts in unserem Subnetzdiagramm erfüllen können, beträgt 32. Dies entspricht acht Subnetzen und einem neuen CIDR-Wert von / 27 (die Spalte ist fett gedruckt).

Wählen Sie nun das erste nicht zugewiesene große Subnetz in Tabelle 5 aus.0 oben und unterteilen sich in zwei kleinere Subnetze. Dies gibt uns 192.168.4.64 und 192.168.4.96, die in der folgenden Tabelle 6.0 grün markiert sind. Auch hier ist das Muster einfach: Die erste Netzwerk-ID ist immer die ursprüngliche. Die nächste Netzwerk-ID wird durch Hinzufügen von 32 zur vorherigen erhalten. Wir können dann LAN B 192.168.4.64 zuweisen und das zweite (192.168.4.96) als nicht zugewiesen und für die zukünftige Verwendung reserviert markieren. Wir haben den Entwurf des IP-Plans für LAN A abgeschlossen.

Tabelle 6.0 IP-Plan für LAN B (29 Hosts)

Schritt 4: Implementieren des VLSM-Subnetzes für LAN C

Dieser Schritt wiederholt den obigen Vorgang. Die Mindestanzahl von Hosts, die LAN C mit den 14 Hosts in unserem Subnetzdiagramm erfüllen können, beträgt 16. Dies entspricht 16 Subnetzen und einem neuen CIDR-Wert von / 28 (die Spalte ist fett gedruckt).

Wählen Sie nun das erste nicht zugewiesene Subnetz in Tabelle 6 aus.0 oben und unterteilen sich in zwei kleinere Subnetze. Dies gibt uns 192.168.4.96 und 192.168.4.112 in Tabelle 7.0 unten. Auch hier ist das Muster einfach: Die erste Netzwerk-ID ist immer die ursprüngliche. Die nächste Netzwerk-ID wird durch Hinzufügen von 16 zur vorherigen erhalten. Wir können dann LAN C 192.168.4.96 zuweisen und das zweite (192.168.4.112) als nicht zugewiesen und für die zukünftige Verwendung reserviert markieren. Wir haben den Entwurf des IP-Plans für LAN C abgeschlossen.

Tabelle 7.0 IP-Plan für LAN C (14 Hosts)

Schritt 5: Implementieren des VLSM-Subnetzes für Link A, B und C

Der letzte Schritt besteht darin, drei kleinere Subnetze für die seriellen Links A, B und C zuzuweisen. Daher beträgt die Mindestanzahl von Hosts, die jeweils mit zwei Hosts in unserem Subnetzdiagramm verknüpft werden können, vier. Dies entspricht 64 Subnetzen und einem neuen CIDR-Wert von / 30 in unserem Subnetzdiagramm (die Spalte ist fett gedruckt).

Wählen Sie nun das nicht zugewiesene Subnetz in Tabelle 7.0 aus und unterteilen Sie es in vier kleinere Subnetze, um die Subnetze für die drei seriellen Verbindungen aufzunehmen. Dies gibt uns vier eindeutige IPs, wie in Tabelle 8.0 unten gezeigt.

Tabelle 8.0 IP-Adresse für Link A, B und C (jeweils 2 Hosts)

Hier ist das Muster: Die erste Netzwerk-ID ist immer die ursprüngliche. Die nächste Netzwerk-ID wird durch Hinzufügen von vier zur vorherigen erhalten. Wir können dann die ersten drei IPs Link A, B und C zuweisen und die letzte (192.168.4.124) als nicht zugewiesen und für die zukünftige Verwendung reserviert markieren. Wir haben den Entwurf des IP-Plans für Link A, B und C und für das gesamte Netzwerk abgeschlossen. Die folgende Tabelle enthält den vollständigen IP-Plan für Braxton Investment Limited.

Tabelle 9.0 IP-Plan für Braxton Investment Limited

VLSM ist eine entscheidende Technik im modernen Netzwerkdesign. Wenn Sie skalierbare und effiziente Netzwerke entwerfen und implementieren möchten, sollten Sie auf jeden Fall die Kunst des VLSM-Subnetzes beherrschen. Eines der Hauptziele des VLSM-Subnetzes in IPv4 ist die Verbesserung der Effizienz bei der Nutzung des verfügbaren Speicherplatzes. Dies hat es geschafft, es in den letzten 30 Jahren am Laufen zu halten. Am 25.November 2019 gab das RIPE Network Coordination Center bekannt, dass es die endgültige / 22-IPv4-Adresszuweisung vorgenommen hat und offiziell keine IPv4-Adressen mehr hat. Eine längerfristige Lösung für die eventuelle Erschöpfung des 32-Bit-IPv4-Netzwerkadressraums ist das 64-Bit-IPv6-Protokoll.

Häufig gestellte Fragen zum VLSM-Subnetz