Trong môi trường TCPIP, giao thức vận tải (routed protocol) IP vận chuyển các gói tin từ mạng nguồn đến đến mạng đích. Do đó, sơ đồ định địa chỉ phải bao gồm định danh cho cả mạng nguồn lẫn mạng đích. Khi các gói tin đến 1 bộ định tuyến kết nối với mạng đích, thì giao thức vận tải IP phải định vị được cụ thể máy tính nào sẽ nhận các gói tin này.
Cơ bản về phân chia mạng con trên IPv4 1. Định địa chỉ IPv4 (IP version 4) Trong môi trường TCP/IP, giao thức vận tải (routed protocol) IP vận chuyển các gói tin từ mạng nguồn đến đến mạng đích. Do đó, sơ đồ định địa chỉ phải bao gồm định danh cho cả mạng nguồn lẫn mạng đích. Khi các gói tin đến 1 bộ định tuyến kết nối với mạng đích, thì giao thức vận tải IP phải định vị được cụ thể máy tính nào sẽ nhận các gói tin này. Việc này tương tự như cách hệ thống bưu chính phân phối thư từ, bưu kiện. Đầu tiên, bưu kiện hoặc thư từ phải được chuyển tới bưu điện ở thành phố đích - việc này thực hiện được là nhờ có mã thư tín (postal code) - sau đó bưu điện đích phải định vị được nhà nào sẽ nhận được bưu kiện, thư từ - việc này thực hiện được là nhờ số nhà. Như vậy, mỗi địa chỉ IP bao gồm 2 phần, phần thứ nhất dùng để xác định chính xác mạng X nào đó mà hệ thống kết nối đến, được gọi là phần mạng (network portion - N) và phần thứ 2 dùng để xác định chính xác máy tính Y nào đó trên mạng X này – được gọi là phần thiết bị đầu cuối người sử dụng (host portion - H). Mỗi địa chỉ IP phải là duy nhất để đảm bảo tính chính xác khi truyền và nhận dữ liệu. Địa chỉ mạng (network address) X được xác định bằng cách thực hiện phép toán logic AND giữa các bit của địa chỉ IP và mặt nạ mạng con (subnet mask). Ta có bảng chân lý của AND như sau: AND 0 1 Để ý rằng 0 AND với bất kỳ bit nào cũng 0 0 0 bằng 0 và bit nào AND với 1 thì bằng chính 1 0 1 bit đó. Do đó, cấu trúc của 1 địa chỉ IPv4 và subnet mask (SM) là tương tự nhau, gồm 32 bits, được chia thành 4 bộ 8 bits, mỗi bộ được gọi là 1 octet (bộ tám), mỗi octet được ngăn cách nhau bởi 1 dấu chấm. Lưu ý rằng SM khác IP ở chỗ là các bit 1 phải được viết trước, khi nào viết xong toàn bộ các bit 1 thì các bit 0 mới được viết. Để cho dễ viết, dễ đọc và tránh sai sót người ta chuyển các octet nhị phân thành các số thập phân. Ví dụ: 00001010.00100010.00010111.10000110 ( 11111111.11111111.00000000.00000000 ( ) ) ↔ 00001010.00100010.00000000.00000000 10.34.24.134 255.255.0.0 10.34.0.0 Nguyễn Thế Xuân Ly, Bộ môn Mạng và Truyền thông, Khoa CNTT, Đại học Bách khoa Đà Nẵng Page 1 Cơ bản về phân chia mạng con trên IPv4 IP và SM có thể được viết vắn tắt là IP/Tổng số các bit 1 trong SM, đồng thời cũng xác định tổng số bit dành cho N. Từ ví dụ trên ta thấy rằng tống số các bit 1 trong SM là 16. Do đó, địa chỉ IP trên được viết lại như sau: 10.34.24.134/16. Không mất tính tổng quát ta có thể quy định cấu trúc của địa chỉ IPv4 dưới dạng: x.y.z.t/u với Ví dụ: , , , ∈ [0. .255] ; ∈ [1. .32] á đị ℎ à ố à ℎ ℎ ố à ℎ ℎ = 32 − 6.9.69.96/19 2. Các lớp địa chỉ IPv4 Nhằm cung cấp các mạng có kích thước khác nhau và giúp phân loại chúng, các địa chỉ IP được chia thành các nhóm đươc gọi là lớp. Công việc này được gọi là định địa chỉ có phân lớp (classful addressing). Người ta quy định bit đầu tiên hoặc chuỗi các bit đầu tiên của mỗi địa chỉ xác định lớp của địa chỉ đó. Có 5 lớp địa chỉ IP: Lớp A: Hay Network1. Host1. Host2. Host3 hay N1. H1. H2. H3 x.y.z.t/8 với ∈ [ .. ]; , , ∈ [ . . ] Từ định nghĩa trên, ta rút ra số bit dành cho N là 8 bit và H là 24 bit. Bit đầu tiên của địa chỉ lớp A luôn luôn là 0; 7 bits còn lại của N1 có thể là 0 hoặc 1. Do đó, N1 nhỏ nhất là 000000002 = 010 và lớn nhất là 011111112 = 12710. Tuy nhiên, 0 và 127 đã được dành riêng cho các mục đích chuyên dụng nên không thể sử dụng làm địa chỉ mạng. Như vậy, bất kỳ giá trị N1 nào nằm trong đoạn từ 1 → 126 đều là địa chỉ lớp A. H1, H2, H3 nằm trong đoạn từ 0 → 255. Ví dụ: 10.0.0.1/8 là 1 địa chỉ lớp A. Tổng số mạng lớp A là 126 (N: 1 → 126). Tổng số host trên mỗi mạng lớp A là 224 – 2 = 16,777,214. (2 địa chỉ gồm N1.0.0.0 là địa chỉ mạng và N1.255.255.255 là địa chỉ quảng bá) Nguyễn Thế Xuân Ly, Bộ môn Mạng và Truyền thông, Khoa CNTT, Đại học Bách khoa Đà Nẵng Page 2 Cơ bản về phân chia mạng con trên IPv4 Lớp B: hay N1. N2. H1. H2 x.y.z.t/16 với ∈[ .. ]; , , ∈ [ . . ] Network portion N1.N2 chiếm 16 bits, Host portion H1.H2 chiếm 16 bits. 2 bit đầu tiên của N1 trong địa chỉ lớp B luôn là 10; 6 bit còn lại của N1 có thể là 0 hoặc 1. Do đó, N1 nhỏ nhất là 100000002=12810 và lớn nhất là 101111112=19110. Ví dụ: 172.16.0.1/16 là 1 địa chỉ lớp B. Tổng số mạng lớp B là 216-2 = 214 = 16,384 (trừ đi 2 bit đẩu tiên của N1) Tổng số host trên mỗi mạng lớp B là 216 – 2 = 65,534. (2 địa chỉ gồm N1.N2.0.0 là địa chỉ mạng và N1.N2.255.255 là địa chỉ quảng bá) Lớp C: N1.N2.N3.H1 Hay x.y.z.t/24 với ∈[ .. ]; , , ∈ [ . . ] Network portion N1.N2.N3 chiếm 24 bits, Host portion H1 chiếm 8 bits. 3 bit đầu tiên của N1 trong địa chỉ lớp C luôn luôn là 110; 5 bit còn lại của N1 có thể là 0 hoặc 1. Do đó, N1 nhỏ nhất là 110000002=19210 và lớn nhất là 110111112= 22310. Ví dụ: 192.168.0.1/24 là 1 địa chỉ lớp C. Tổng số mạng lớp C là 224-3 = 221 = 2,097,152 (trừ đi 3 bit đẩu tiên của N1) Tổng số host trên mỗi mạng lớp C là 28 – 2 = 254 (2 địa chỉ gồm N1.N2.N3.0 là địa chỉ mạng và N1.N2.N3.255 là địa chỉ quảng bá) Lớp D: x.y.z.t/32 với ∈[ .. ]; , , ∈ [ . . ] Vì u = 32 nên SM = 255.255.255.255, do đó: (x.y.z.t AND 255.255.255.255) = x.y.z.t Vậy địa chỉ lớp D có thể viết đơn giản là x.y.z.t, ví dụ: 224.0.0.5. Lớp này được tạo ra nhằm hỗ trợ cập nhật thông tin giữa các bộ định tuyến (truyền thông 1 – nhiều: multicasting), địa chỉ trong ví dụ trên được dùng bởi giao thức định tuyến OSPF. 4 bits đầu tiên của 1 địa chỉ lớp D luôn luôn là 1110. Do đó, octet đầu tiên của các địa chỉ lớp D sẽ nằm trong đoạn từ 11100000 đến 11101111, hay từ 224 → 239. Nguyễn Thế Xuân Ly, Bộ môn Mạng và Truyền thông, Khoa CNTT, Đại học Bách khoa Đà Nẵng Page 3 Cơ bản về phân chia mạng con trên IPv4 Lớp E: x.y.z.t/u với ∈ [240. .255] , , ∈ [0. .255] ∈ [1. .32] Lớp này được tạo ra để dành riêng cho công tác nghiên cứu của Đội đặc nhiệm ứng dụng khoa học kỹ thuật vào thiết kế, xây dựng và điều hành Internet (Internet Engineering Task Force - IETF). 4 bits đẩu tiên của 1 địa chỉ lớp E luôn luôn là 1111. Như vậy, octet đầu tiên của 1 địa chỉ lớp E sẽ nằm trong đoạn từ 11110000 đến 11111111, hay từ 240 đến 255. 3. Cơ bản về cách chia mạng 1 mạng lớn thành nhiều mạng con (subnetting) a. Tại sao phải subnetting? Nói 1 cách đơn giản, chia nhỏ 1 mạng lớn thành nhiều mạng con cho phép chúng ta tận dụng được hết không gian địa chỉ IP, tăng tính bảo mật, quản lý, cấp phát các host, các phân đoạn mạng đơn giản hơn, hiệu quả hơn. Với subnetting, mạng của chúng ta không còn bị giới hạn bởi các chuẩn của lớp A, B, hay C. Hơn nữa, subnetting còn giúp chúng ta tăng tính linh động, uyển chuyển khi thiết kế mạng, bảo tồn băng thông và giảm kích thước các bảng định tuyến. Nhớ lại rằng 1 mạng con là tập hợp của những địa chỉ sau đây: Địa chỉ mạng Địa chỉ gán cho các trạm Địa chỉ quảng bá (Không được gán) = (Không được gán) = Đị ℎỉ ạ ℎầ ù ủ b. Phương pháp subnetting Các mạng con (subnet) được tạo ra từ mạng đã cho bằng cách mượn n bit từ phần Host Portion (H) theo các công thức sau (chú ý rằng số bit dành cho H = 32 – u): 2 ≥ [ − 1( đầ ê ) − 1( ố ù )] ớ à ố ạ (*) Tuy nhiên do subnet đầu tiên (subnet zero) và cuối cùng hiện nay đã được cho phép sử dụng nên từ (*) ta có: ≥ ( ố ạ ) (1) Từ giờ trở đi ta sẽ chỉ sử dụng công thức (1) khi tính S. Nguyễn Thế Xuân Ly, Bộ môn Mạng và Truyền thông, Khoa CNTT, Đại học Bách khoa Đà Nẵng Page 4 Cơ bản về phân chia mạng con trên IPv4 2 Hay − 1(đị ℎỉ ạ ) − 1(đị ℎỉ − Từ (2) suy ra số IP/subnet = + Chú ý: 0≤ ả á) ≥ ℎ (số trạm tối đa/mạng con) ≥ (2) = (3) ≤ 30 − Ví dụ 1: Cho địa chỉ IP lớp C. Tính số bits mượn để có thể tạo ra ít nhất 6 subnet. Khi đó số trạm (host) tối đa trên mỗi subnet là bao nhiêu? Giải: Được cho ớ → = 24 =6 Ta có: 2 ≥ 6 Chọn 2 = 8 = 2 > 6 n = 3. Khi đó u = 24 ⎯ u1 = 27 (SM mới) và h = 2 − 2 = 30 (hosts/subnet). Ví dụ 2: Một mạng thuộc lớp B có thể có tối đa bao nhiêu mạng con? Giải: Được cho lớp B u = 16. Số lượng mạng con càng nhiều thì số trạm/mạng con càng ít. Do đó số mạng con tối đa tương ứng với số trạm/mạng con là tối thiểu h = 2. Ta có: 2 − 2 = 2 2 = 4 = 2 n = 14 S = 214 = 16384. Ví dụ 3: Một mạng thuộc lớp A có thể có tối đa bao nhiêu trạm? Được cho ớ → =8 =1 Ta có: 2 = 1 n = 0 h = 2 − 2 = 16777214. Ví dụ 4: Giả sử bạn là chuyên viên quản trị mạng của công ty Banana và mạng của công ty có địa chỉ 191.150.6.0/24. Bạn được yêu cầu phải gán các mạng con khác nhau từ địa chỉ mạng trên cho 10 phòng ban của công ty. Khi đó mặt nạ mạng con của các mạng mới được xác định như thế nào và hãy viết tường minh 3 mạng con đầu tiên? Giải: Được cho = 24 = 10 Ta có: 2 ≥ 10 Chọn 2 = 16 = 2 > 10 n = 4. Khi đó u = 24 ⎯ u1 = 28 (SM mới): 255.255.255.240. Nguyễn Thế Xuân Ly, Bộ môn Mạng và Truyền thông, Khoa CNTT, Đại học Bách khoa Đà Nẵng Page 5 Cơ bản về phân chia mạng con trên IPv4 Để viết được tường minh 1 mạng con thì ta cần xác định số IP/subnet là bao nhiêu? Áp dụng công thức (3) ta có: h+2 = 2 = 16 (IP/subnet). Như vậy, 3 subnet đầu tiên như sau: Subnet 0: 191.150.6.0 ÷ 191.150.6.15/28 Subnet 1: 191.150.6.16 ÷ 191.150.6.31/28 Subnet 2: 191.150.6.32 ÷ 191.150.6.47/28 Để ý rằng tất cả các subnet được chia đều có chung SM là /28. Kỹ thuật chia như vậy được gọi là FLSM (Fixed Length Subnet Mask) – Mặt nạ mạng con có độ dài cố định. Nguyễn Thế Xuân Ly, Bộ môn Mạng và Truyền thông, Khoa CNTT, Đại học Bách khoa Đà Nẵng Page 6 ... 2: Một mạng thuộc lớp B có thể có tối đa bao nhiêu mạng con? Giải: Được cho lớp B u = 16 Số lượng mạng con càng nhiều thì số trạm /mạng con càng ít Do đó số mạng con tối đa tương ứng với số trạm /mạng con là tối thiểu h = 2... u1 = 28 (SM mới): 255.255.255.240 Nguyễn Thế Xuân Ly, Bộ môn Mạng Truyền thông, Khoa CNTT, Đại học Bách khoa Đà Nẵng Page Cơ bản về phân chia mạng con trên IPv4 Để viết được tường minh 1 mạng con thì ta cần xác định số IP/subnet là bao nhiêu?... 11110000 đến 11111111, hay từ 240 đến 255 Cơ cách chia mạng mạng lớn thành nhiều mạng (subnetting) a Tại phải subnetting? Nói 1 cách đơn giản, chia nhỏ 1 mạng lớn thành nhiều mạng con cho phép chúng ta tận dụng được hết không gian địa chỉ IP, tăng tính bảo mật, quản lý, cấp phát các host,