Пример расчета количества подсетей и хостов в подсети на основе IP-адреса и маски подсети

Практическая работа №5

Наименование работы: Расчет подсетей и хостов, вычисление масок подсети

Цель работы: научиться производить разбиение сети на подсети, выполнять соответствующие расчеты.

Задание:

1. Определить номер сети, количество хостов, первый и последние адреса, а также широковещательный адрес следующих IP – адресов:

1 вариант

	Адрес	109.18.107.14
Маска	255.128.0.0
	Адрес	135.209.23.246
Маска	255.255.192.0
	Адрес	200.131.197.27
Маска	255.255.255.248

2 вариант

	Адрес	214.147.120.38
Маска	255.255.255.240
	Адрес	176.72.82.62
Маска	255.255.128.0
	Адрес	82.67.174.114
Маска	255.192.0.0

3 вариант

	Адрес	164.139.26.110
Маска	255.255.0.0
	Адрес	101.6.42.168
Маска	255.224.0.0
	Адрес	216.10.165.191
Маска	255.255.255.224

4 вариант

	Адрес	168.170.64.225
Маска	255.255.254.0
	Адрес	214.168.109.48
Маска	255.255.255.192
	Адрес	121.19.216.53
Маска	255.240.0.0

5 вариант

	Адрес	211.184.171.100
Маска	255.255.255.0
	Адрес	11.237.241.248
Маска	255.248.0.0
	Адрес	156.131.183.69
Маска	255.255.252.0

6 вариант

	Адрес	99.57.162.1
Маска	255.252.0.0
	Адрес	207.112.5.102
Маска	255.255.255.128
	Адрес	170.190.200.134
Маска	255.255.248.0

7 вариант

	Адрес	167.33.194.104
Маска	255.255.240.0
	Адрес	99.15.57.65
Маска	255.254.0.0
	Адрес	222.217.166.187
Маска	255.255.255.192

8 вариант

	Адрес	173.113.182.243
Маска	255.255.224.0
	Адрес	221.5.128.193
Маска	255.255.255.224
	Адрес	79.84.191.118
Маска	255.252.0.0

9 вариант

	Адрес	196.168.106.38
Маска	255.255.255.240
	Адрес	57.234.47.26
Маска	255.128.0.0
	Адрес	156.131.229.160
Маска	255.255.192.0

10 вариант

	Адрес	74.31.189.243
Маска	255.192.0.0
	Адрес	193.83.135.215
Маска	255.255.255.248
	Адрес	178.59.231.251
Маска	255.255.128.0

11 вариант

	Адрес	150.150.0.0
Маска	255.255.252.0
	Адрес	17.80.0.0
Маска	255.248.0.0
	Адрес	212.1.2.0
Маска	255.255.255.240

12 вариант

	Адрес	221.9.8.0
Маска	255.255.255.192
	Адрес	109.135.221.251
Маска	255.254.0.0
	Адрес	192.241.25.69
Маска	255.255.224.0

13 вариант

	Адрес	221.156.125.5
Маска	255.255.255.192
	Адрес	34.0.25.1
Маска	255.252.0.0
	Адрес	155.149.2.93
Маска	255.255.240.0

14 вариант

	Адрес	115.128.0.75
Маска	255.224.0.0
	Адрес	172.16.139.46
Маска	255.255.252.0
	Адрес	192.168.5.139
Маска	255.255.248.0

15 вариант

	Адрес	11.0.25.165
Маска	255.240.0.0
	Адрес	199.172.6.140
Маска	255.255.255.240
	Адрес	165.123.11.137
Маска	255.255.192.0

2. Организации назначен определенный сетевой адрес. Администратору поручено сформировать n подсетей.

- Определите маску подсети.

- Приведите адреса подсетей в двоичном и десятичном представлениях

- Определите адреса узлов для подсети № k

- Определите широковещательный адрес для подсети № k

№ варианта	IP-адрес	n	k
	150.150.0.0
	212.1.2.0
	192.241.25.69
	17.80.0.0
	221.9.8.0
	109.135.221.251
	34.0.25.1
	115.128.0.75
	192.168.140.100
	109.18.107.14
	176.72.82.62
	216.10.165.191
	121.19.216.53
	156.131.183.69
	207.112.5.102
	99.15.57.65
	173.113.182.243
	196.168.106.38
	74.31.189.243
	155.192.68.4
	11.0.25.165
	192.168.5.139
	172.16.139.46
	10.172.16.211
	150.193.0.0
	34.0.25.1
	165.123.11.137
	155.149.2.93
	156.181.148.126
	171.131.185.203

Знакомство с IP-адресами

Одна часть IP-адреса представляет собой номер сети, другая – идентификатор хоста. Точно так же, как у разных домов на одной улице в адресе присутствует одно и то же название улицы, у хостов в сети в адресе имеется общий номер сети. И точно так же, как у различных домов имеется собственный номер дома, у каждого хоста в сети имеется собственный уникальный идентификационный номер – идентификатор хоста. Номер сети используется маршрутизаторами для передачи пакетов в нужные сети, тогда как идентификатор хоста определяет конкретное устройство в этой сети, которому должны быть доставлены пакеты.

Структура

IP-адрес состоит из четырех частей, записанных в виде десятичных чисел с точками (например, 192.168.1.1). Каждую из этих четырех частей называют октетом. Октет представляет собой восемь двоичных цифр (например, 11000000, или 192 в десятичном виде).

Таким образом, каждый октет может принимать в двоичном виде значения от 00000000 до 11111111, или от 0 до 255 в десятичном виде.

На следующем рисунке показан пример IP-адреса, в котором первые три октета (192.168.1) представляют собой номер сети, а четвертый октет (16) – идентификатор хоста.

Рисунок 1. Номер сети и идентификатор хоста

Количество двоичных цифр в IP-адресе, которые приходятся на номер сети, и количество цифр в адресе, приходящееся на идентификатор хоста, могут быть
различными в зависимости от маски подсети.

Частные IP-адреса

У каждого хоста в сети Интернет должен быть уникальный адрес. Если ваши сети изолированы от Интернета (например, связывают два филиала), для хостов без проблем можно использовать любые IP-адреса. Однако, уполномоченной организацией по распределению нумерации в сети Интернет (IANA) специально для частных сетей зарезервированы следующие три блока IP-адресов:

10.0.0.0 — 10.255.255.255
172.16.0.0 — 172.31.255.255
192.168.0.0 — 192.168.255.255

IP-адреса можно получить через IANA, у своего провайдера услуг Интернет или назначить из диапазона адресов для частных сетей.

Маски подсети

Маска подсети используется для определения того, какие биты являются частью номера сети, а какие – частью идентификатора хоста (для этого применяется логическая операция конъюнкции – "И").

Маска подсети включает в себя 32 бита. Если бит в маске подсети равен "1", то соответствующий бит IP-адреса является частью номера сети. Если бит в маске подсети равен "0", то соответствующий бит IP-адреса является частью идентификатора хоста.

На следующем рисунке показана маска подсети, выделяющая номер сети (полужирным шрифтом) и идентификатор хоста в IP-адресе (который в десятичном виде записывается как 192.168.1.2).

Таблица 1. Пример выделения номера сети и идентификатора хоста в IP-адресе

	1-ый октет: (192)	2-ой октет: (168)	3-ий октет: (1)	4-ый октет: (2)
IP-адрес (двоичный)
Маска подсети (двоичная)
Номер сети
Идентификатор хоста

Маски подсети всегда состоят из серии последовательных единиц начиная с самого левого бита маски, за которой следует серия последовательных нулей, составляющих в общей сложности 32 бита.

Маску подсети можно определить как количество бит в адресе, представляющих номер сети (количество бит со значением "1"). Например, "8-битной маской" называют маску, в которой 8 бит – единичные, а остальные 24 бита – нулевые.

Маски подсети записываются в формате десятичных чисел с точками, как и IP-адреса. В следующих примерах показаны двоичная и десятичная запись 8-битной, 16-битной, 24-битной и 29-битной масок подсети.

Таблица 2. Маски подсети

	Двоичная 1-ый октет:	Двоичная 2-ой октет:	Двоичная 3-ий октет:	Двоичная 4-ый октет:	Десятичная
8-битная маска					255.0.0.0
16-битная маска					255.255.0.0
24-битная маска					255.255.255.0
29-битная маска					255.255.255.248

Размер сети

Количество разрядов в номере сети определяет максимальное количество хостов, которые могут находиться в такой сети. Чем больше бит в номере сети, тем меньше бит остается на идентификатор хоста в адресе.

IP-адрес с идентификатором хоста из всех нулей представляет собой IP-адрес сети (192.168.1.0 с 24-битной маской подсети, например). IP-адрес с идентификатором хоста из всех единиц представляет собой широковещательный адрес данной сети (192.168.1.255 с 24-битной маской подсети, например).

Так как такие два IP-адреса не могут использоваться в качестве идентификаторов отдельных хостов, максимально возможное количество хостов в сети вычисляется следующим образом:

Таблица 3. Максимально возможное число хостов

Маска подсети	Размер идентификатора хоста		Максимальное количество хостов
8 бит	255.0.0.0	24 бит	2²⁴ – 2
16 бит	255.255.0.0	16 бит	2¹⁶ – 2
24 бит	255.255.255.0	8 бит	2⁸ – 2
29 бит	255.255.255.248	3 бит	2³ – 2

Формат записи

Поскольку маска всегда является последовательностью единиц слева, дополняемой серией нулей до 32 бит, можно просто указывать количество единиц, а не записывать значение каждого октета. Обычно это записывается как "/" после адреса и количество единичных бит в маске.

Например, адрес 192.1.1.0 /25 представляет собой адрес 192.1.1.0 с маской 255.255.255.128. Некоторые возможные маски подсети в обоих форматах показаны в следующей таблице.

Таблица 4. Альтернативный формат записи маски подсети

Маска подсети	Альтернативный формат записи	Последний октет (в двоичном виде)	Последний октет (в десятичном виде)
255.255.255.0	/24	0000 0000
255.255.255.128	/25	1000 0000
255.255.255.192	/26	1100 0000
255.255.255.224	/27	1110 0000
255.255.255.240	/28	1111 0000
255.255.255.248	/29	1111 1000
255.255.255.252	/30	1111 1100

Формирование подсетей

С помощью подсетей одну сеть можно разделить на несколько. В приведенном ниже примере администратор сети создает две подсети, чтобы изолировать группу серверов от остальных

устройств в целях безопасности.

В этом примере сеть компании имеет адрес 192.168.1.0. Первые три октета адреса (192.168.1) представляют собой номер сети, а оставшийся октет – идентификатор хоста, что позволяет использовать в сети максимум 2⁸ – 2 = 254 хостов.

Сеть компании до ее деления на подсети показана на следующем рисунке.

Рисунок 2. Пример формирования подсетей: до разделения на подсети

Чтобы разделить сеть 192.168.1.0 на две отдельные подсети, можно "позаимствовать" один бит из идентификатора хоста. В этом случае маска подсети станет 25-битной (255.255.255.128 или /25).

"Одолженный" бит идентификатора хоста может быть либо нулем, либо единицей, что дает нам две подсети: 192.168.1.0 /25 и 192.168.1.128 /25.

Сеть компании после ее деления на подсети показана на следующем рисунке. Теперь она включает в себя две подсети, A и B.

Рисунок 3. Пример формирования подсетей: после деления на подсети

В 25-битной подсети на идентификатор хоста выделяется 7 бит, поэтому в каждой подсети может быть максимум 2⁷ – 2 = 126 хостов (идентификатор хоста из всех нулей – это сама подсеть, а из всех единиц – широковещательный адрес для подсети).

Адрес 192.168.1.0 с маской 255.255.255.128 является адресом подсети А, а 192.168.1.127 с маской 255.255.255.128 является ее широковещательным адресом. Таким образом, наименьший IP-адрес, который может быть закреплен за действительным хостом в подсети А – это 192.168.1.1, а наибольший – 192.168.1.126.

Аналогичным образом диапазон идентификаторов хоста для подсети В составляет от 192.168.1.129 до 192.168.1.254.

9.8. Пример: четыре подсети

В предыдущем примере было показано использование 25-битной маски подсети для разделения 24-битного адреса на две подсети. Аналогичным образом для разделения 24-битного адреса на четыре подсети потребуется "одолжить" два бита идентификатора хоста, чтобы получить четыре возможные комбинации (00, 01, 10 и 11). Маска подсети состоит из 26 бит (11111111.11111111.11111111. 11 000000), то есть 255.255.255.192.

Каждая подсеть содержит 6 битов идентификатора хоста, что в сумме дает 2⁶ – 2 = 62 хоста для каждой подсети (идентификатор хоста из всех нулей – это сама подсеть, а из всех единиц – широковещательный адрес для подсети).

Таблица 5. Подсеть 1

IP-адрес/маска подсети	Номер сети	Значение последнего октета
IP-адрес (десятичный)	192.168.1.
IP-адрес (двоичный)	11000000.10101000.00000001.	00000000
Маска подсети (двоичная)	11111111.11111111.11111111.	11000000
Адрес подсети 192.168.1.0	Наименьший идентификатор хоста: 192.168.1.1
Широковещательный адрес 192.168.1.63	Наибольший идентификатор хоста: 192.168.1.62

Таблица 6. Подсеть 2

IP-адрес/маска подсети	Номер сети	Значение последнего октета
IP-адрес	192.168.1.
IP-адрес (двоичный)	11000000.10101000.00000001.	01000000
Маска подсети (двоичная)	11111111.11111111.11111111.	11000000
Адрес подсети 192.168.1.64	Наименьший идентификатор хоста: 192.168.1.65
Широковещательный адрес 192.168.1.127	Наибольший идентификатор хоста: 192.168.1.126

Таблица 7. Подсеть 3

IP-адрес/маска подсети	Номер сети	Значение последнего октета
IP-адрес	192.168.1.
IP-адрес (двоичный)	11000000.10101000.00000001.	10000000
Маска подсети (двоичная)	11111111.11111111.11111111.	11000000
Адрес подсети 192.168.1.128	Наименьший идентификатор хоста: 192.168.1.129
Широковещательный адрес 192.168.1.191	Наибольший идентификатор хоста: 192.168.1.190

Таблица 8. Подсеть 4

IP-адрес/маска подсети	Номер сети	Значение последнего октета
IP-адрес	192.168.1.
IP-адрес (двоичный)	11000000.10101000.00000001.	11000000
Маска подсети (двоичная)	11111111.11111111.11111111.	11000000
Адрес подсети 192.168.1.192	Наименьший идентификатор хоста: 192.168.1.193
Широковещательный адрес 192.168.1.255	Наибольший идентификатор хоста: 192.168.1.254

9.9. Пример: восемь подсетей

Аналогичным образом для создания восьми подсетей используется 27-битная маска (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 и 111).

Значения последнего октета IP-адреса для каждой подсети показаны в следующей таблице.

Таблица 9. Восемь подсетей

Подсеть	Адрес подсети	Первый адрес	Последний адрес	Широковещательный адрес

Планирование подсетей

Сводная информация по планированию подсетей для сети с 24-битным номером сети приводится в следующей таблице.

Таблица 10. Планирование подсетей для сети с 24-битным номером

Количество "одолженных" битов идентификатора хоста	Маска подсети	Количество подсетей	Количество хостов в подсети
	255.255.255.128 (/25)
	255.255.255.192 (/26)
	255.255.255.224 (/27)
	255.255.255.240 (/28)
	255.255.255.248 (/29)
	255.255.255.252 (/30)
	255.255.255.254 (/31)

Пример расчета количества подсетей и хостов в подсети на основе IP-адреса и маски подсети

Приведем пример расчета количества подсетей и хостов для сети 59.124.163.151/27.

/27 - префикс сети или сетевая маска

В формате двоичных чисел 11111111 11111111 11111111 11100000

В формате десятичных чисел 255.255.255.224

В четвертом поле (последний октет)11100000 первые 3 бита определяют число подсетей, в нашем примере 2³= 8.

В четвертом поле (последний октет) 11100000 последие 5 бит определяют число хостов подсети, в нашем примере 2⁵ = 32.

Диапазон IP первой подсети 0~31 (32 хоста), но 0 - это подсеть, а 31 - это Broadcast. Таким образом, максимальное число хостов данной подсети - 30.

Первая подсеть: 59.124.163.0

Broadcast первой подсети: 59.124.163.31

Диапазон IP второй подсети с 59.124.163.32 по 59.124.163.63

Вторая подсеть: 59.124.163.32

Broadcast второй подсети: 59.124.163.63

Мы можем высчитать диапазон IP восьмой подсети с 59.124.163.224 по 59.124.163.255
Восьмая подсеть: 59.124.163.224

Broadcast восьмой подсети: 59.124.163.255

В нашем примере IP-адрес 59.124.163.151 находится в пятой подсети.

Пятая подсеть: 59.124.163.128/27

Диапазон IP пятой подсети с 59.124.163.128 по 59.124.163.159

Broadcast пятой подсети: 59.124.163.159

Обращаем ваше внимание, что в настоящее время для удобства расчета IP-адресов в подсети и сетевых масок существуют в Интернете специальные онлайн IP-калькуляторы, а также бесплатные программы/утилиты для быстрого и наглядного расчета.