chia mạng con

Chia mạng con (subnetting) là gì và tại sao?
Như chúng ta biết ở bài viết “Cơ bản về IPv4” thì nguồn tài nguyên IP đã dần cạn kiệt. Trong khi đó, chẳng hạn như mỗi lớp mạng A có đến 2²⁴ – 2 = 16.777.214 địa chỉ IP hay lớp B có 2¹⁶
– 2 = 65534 địa chỉ IP, một con số mà khó một hệ thống mạng nào đạt đến
số lượng máy tính như vậy. Điều này gây lãng phí không gian địa chỉ rất
lớn. Do đó vấn đề đặt ra là phải chia từng lớp mạng này thành những lớp
mạng nhỏ hơn có số IP phù hợp với nhu cầu sử dụng hợp lý. Sự phân chia
này còn giúp người quản trị dễ dàng hơn trong việc quản lý, bảo mật dữ
liệu đồng thời giảm tải cho các thiết bị định tuyến.



Xét
về mặt thực tiễn ban đầu khái niệm Subnetting ra đời chủ yếu dùng để
phân chia lớp mạng A và B, sau dần nó trở thành một bài toán mang tính
lý thuyết làm đau đầu khá nhiều học viên quản trị mạng, trong đó có mình
^^!

Vậy subnetting là gì?
Nôm na đó là tổ hợp những kỹ thuật phân chia không gian địa chỉ của một
lớp mạng cho trước thành nhiều lớp mạng nhỏ hơn bằng cách lấy một số
bit ở phần Host Address (Nhiều tài liêu gọi là Host ID, gọi thế nào cũng
được miễn sao khi gọi nó vẫn ngoảnh đầu trả lời) để làm địa chỉ mạng
cho mạng con (Subnet). Minh họa sau với lớp B

net

work

subnet

host

Để hiểu hơn về subnetting, trước hết cần biết vài khái niệm sau: (Theo mình khái niệm chỉ là tên gọi chủ yếu là bản chất của nó)

Prefix length: Là
đại lượng chỉ số bit dùng làm địa chỉ mạng. Chẳng hạn lớp A có prefix
length là 8, lớp B là 16, lớp C là 24. Với một địa chỉ IP tiêu chuẩn
prefix length là giá trị sau dấu /. Chẳng hạn 192.168.1.1 /24

Default Mask (Network Mask):
là giá trị trần của mỗi lớp mạng A, B, C (D, E không xét đến) và là giá
trị thập phân cao nhất (khi tất cả các bit ở Network Address bằng 1 và
các bit ở Host Address bằng 0). Như vậy Default Mask của lớp A là
255.0.0.0, của lớp B là 255.255.0.0 và C là 255.255.255.0

Subnet Mask: Giá
trị trần của mạng con, là giá trị thập phân tính khi tất cả các bit của
prefix length bằng 1 và phần còn lại bằng 0. Chẳng hạn địa chỉ IP
172.16.1.46 /26 có Subnet Mask là 255.255.255.192
(11111111.11111111.11111111.11000000)

Địa chỉ mạng con (Subnet Address) của
một địa chỉ IP cho trước là giá trị nhỏ nhất của dải địa chỉ mạng con
mà IP đó thuộc về. Các thiết bị định tuyến dựa vào địa chỉ này để phân
biệt các mạng con với nhau. Giá trị của địa chỉ mạng có thể được tính
bằng nhiều cách. Cách cơ bản nhất là dùng phép AND giữa địa chỉ Subnet
Mask và IP dưới dạng nhị phân. Chẳng hạn với địa chỉ 172.16.1.250 /26

Subnet Mask	11111111	11111111	11111111	11000000
IP Address	10101100	00010000	00000001	11111010
AND	10101100	00010000	00000001	11000000
Subnet Address	172	16	1	192

Sau này khi làm nhiều bài tập về phân chia mạng con ta sẽ có nhiều cách để tính Subnet address nhanh hơn.

Địa chỉ quảng bá (Broadcast Address)
của một mạng con là địa chỉ IP cao nhất của mạng đó. Subnet Address và
Broadcast Address không dùng để gán cho máy chủ. Do đó mới có công thức
tính số IP khả dụng là 2ⁿ – 2 với n là số bit dùng cho Host Address.

Khái niệm cuối cùng và quan trọng nhất trong ứng dụng phân chia mạng con thực tiễn là VLSM (Variable Length Subnet Mask)
là kỹ thuật sử dụng các Subnet Mask khác nhau để tạo ra các Subnet có
lượng IP khác nhau. Với kỹ thuật này quản trị viên có thể chia mạng con
với lượng IP phù hợp nhất với yêu cầu từng mạng, dễ dàng mở thêm các
mạng con về sau này.

2. Vậy phân chia mạng con thế nào?

Để
giải quyết câu hỏi này, ta trả lời câu hỏi sau: Với một địa chỉ IP tiêu
chuẩn cho trước, hãy xác định Subnet Address, Broadcast Address, Subnet
Mask, số Host Adress trong Subnet đó.

Ví dụ cụ thể với IP 17.16.15.14 /13

Nhận xét: IP này thuộc lớp A vậy đã mượn 5 bit làm Subnet Mask, và có 29 bit Host Address
Subnet Mask: 11111111.11111000.00000000.00000000 tương đương 255.248.0.0
Số Host Address trong subnet: 2^32-13 – 2 = 524286
Subnet Address: Sử dụng phép AND giữa IP và Subnet Mask, cách này hơi lâu và ta được kết quả 17.16.0.0
Với 5 bit mượn ta có số subnet tạo thành là 2⁵ = 32 suy ra khoảng cách giữa các Subnet (subnet length) là 256/32 = 8. Vậy subnet tiếp theo là 17.24.0.0
Broadcast: là giá trị lớn nhất của dải IP subnet trước, cũng chính là IP liền kề của địa chỉ Subnet của mạng sau và là 17.23.255.255

Công
việc có vẻ đơn giản, nhưng việc chuyển đổi qua lại giữa hệ thập phân và
nhị phân khá nhàm tẻ, đặc biệt khi không có máy tính thì rất tốn giấy
mực và công sức. Sau đây ta sẽ tìm lời giải đơn giản và tổng quát hơn.

Để
ý thấy rằng ta chỉ làm việc với các số trong cùng một octet tại một
thời điểm. Ta gọi đó là octet làm việc (working octet). Với prefix là 13
ta làm việc với octet 2 (khi sử dụng phép AND giữa Subnet Mask và IP ta
thấy rõ hơn điều này). Để tìm octet làm việc cách tổng quát là lấy phần
nguyên của (prefix length/ + 1

Gọi m là số bit mượn ở octet làm việc (Tính bằng số dư của prefix length/ ta tìm bước nhảy subnet ở theo công thức 2^8-m

Xác định vị trí của subnet hiện tại bằng cách xác định số n sao cho giá trị n*2^8-m =< giá trị thập phân của octet làm việc < (n+1)*2^8-m

Khi đó Subnet hiện tại sẽ là n với giá trị của subnet address tại octet làm việc sẽ là n*2^8-m , giá trị của các octet trước octet làm việc giữ nguyên, các octet sau bằng 0

Tương tự cho subnet tiếp theo subnet hiện tại, từ đó ta tìm được địa chỉ broadcast.

Nói thì dài dòng vậy nhưng xét ví dụ cụ thể sau ta sẽ hiểu rõ hơn:

VD1 : IP 26.25.24.23 /22
Octet làm việc : 3, m = 4.
Bước nhảy : 16 suy ra n = 1
Vậy Subnet address là 26.16.0.0
Subnet tiếp theo là 26.32.0.0
Broadcast : 26.31.255.255

VD2 : IP 32.31.30.29 /28
Octet làm việc : 4, m = 5
Bước nhảy : 8 suy ra n = 3
Subnet address là 32.31.30.24
Subnet tiếp theo là 32.31.30.32
Broadcast : 32.31.30.31

Rất đơn giản phải không nào ^^ !

Tuy
nhiên, vấn đề khó khăn và mang tính thực tiễn nhiều hơn của bài toán
subnetting là việc quyết định xem subnet nhỏ nhất là thế nào để có thể
đáp ứng hợp lý số host trên một segment nhằm tiết kiệm tối đa không gian
địa chỉ IP và mở rộng mạng lưới về sau. Bài toán đặt ra là bạn một dải
địa chỉ nhất định, yêu cầu bạn phân chia nó thành một lượng X subnet
cho trước với số lượng host trên mỗi subnet là khác nhau cho trước. Giải
quyết bài toán này ta sử dụng kỹ thuật VLSM như đã nói ở trên. Ta xét
ví dụ cụ thể sau :

« Một
hệ thống mạng gồm 229 Host và địa chỉ IP được thiết lập ở lớp
192.168.11.1/24. Hãy chia hệ thống mạng này thành bốn mạng con Net 1: có
19 Host, Net 2: có 29 Host, Net 3: có 61 Host và Net 4: có 120 Host »

Trước hết sắp xếp các số lượng host theo thứ tự giảm dần : 120,61,29,19

Vì với mỗi x bit làm host address ta có số host là 2^x – 2. Ta cần tìm số x nhỏ nhất thỏa mãn yêu cầu

Với Net 120 host => x = 7 => prefix length = 25 mượn 1 bit ở octet 4. Bước nhảy 2⁷ = 128
Ta có Net4 : 192.168.11.0 /25
Subnet tiếp theo là 192.168.11.128 /25. Dùng subnet này chia tiếp cho Net3 :
61 host => x = 6 => prefix length = 26 mượn 2 bit ở octet 4. Bước nhảy 2⁶ = 64
Ta có Net3 : 192.168.11.128 /26
Subnet tiếp theo là 192.168.11.192 /26 chia tiếp cho Net2 :
29 host => x = 5 => prefix length = 27 mượn 3 bit ở octet 4. Bước nhảy 32
Ta có Net2 : 192.168.11.192 /27
Subnet tiếp theo là 192.168.11.224 /27. Dùng subnet này cho Net1 :
Ta có Net1 : 192.168.11.224 – 192.168.11.255