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Grundlagen der Informatik – Subnetting CIDR und VLSM

Grundlagen der Informatik - Subnetting mit CIDR und VLSM

Immer wichtiger wird das Verbinden von Computern, sei es Daheim oder in der Firma. Aus diesem Grund muss das Netzwerk so gut wie möglich geplant werden, damit es im Einsatz auch allem Stand hält.

Allgemein ist die Netzwerktechnik ein großes Themengebiet, in diesem Beitrag werden wir uns das Subnetting-Verfahren genauer anschauen.

Als Beispiel planen wir nun das Netzwerk innerhalb einer größeren Firma, die eine Entwicklung, Fertigung, Verwaltung und ein Lager hat. Diese Netzwerke sollen mittels des Subnetting-Verfahren sauber getrennt werden, um ein effizientes und sicheres Netzwerk aufzubauen. Man muss dazu noch beachten, dass in der Entwicklung für ein bevorstehendes Erweitern der Abteilung 5 Adressen reserviert werden sollen. Die Verwaltung soll auch 2 IP-Adressen reserviert halten.

Wenn man Subnetting verwendet, muss man sich aber auch vorab im Klaren sein, dass Router benötigt werden, die einzelne Teilnetzwerke miteinander verbinden. Ohne einen Router ist somit die Kommunikation mit einem anderen Teilnetzwerk nicht möglich.

Wir haben als Ausgangsnetz das Netzwerk: 192.168.1.0 /24 gegeben. Diese IP Adresse ist die Netzadresse und das im hinteren Teil, die "/24" weißt auf die Anzahl der 1 in der Subnetmask hin. In unserem Beispiel haben wir die ersten 24 Stellen der Maske auf 1 gesetzt und die restlichen 8 sind null:

1111 1111 . 1111 1111 . 1111 1111 . 0000 0000  (/24 Binär)
255 . 255 . 255 . 0 (dotted decimal, die übliche Angabe)

Mit dieser Information wissen wir nun, dass wir die Restlichen Adressen von 192.168.1.0 bis 192.168.1.255 verwenden dürfen. Es dürfen sich nur immer die Stellen ändern, die mit Nullen markiert sind!

Das Subnetting beinhaltet zwei verschiedene Verfahren:

1. CIDR (Classles Inter-Domain Routing)
   Hier wird eine feste Subnetzsmask für alle Teilnetzte festgelegt. Dadurch haben wir jedoch das Problem, dass bei unterschiedlichen Größen von Teilnehmern in einem Teilnetzwerk wir das größte Verwenden müssen. Bei unserem Beispiel müssten wir für 5 Adressen Reservieren und dann hätte das Lager auch 5, obwohl es nur 2 bräuchte.
2. VLSM (Variable-Length Subnet Masking)
   Hier bekommt jedes Teilnetz eine eigene Subnetzmask, die sich anhand der Anzahl der teilnehmenden Geräte orientiert. Dieses Verfahren ist komplexer, da man auf mehrere Fälle achten muss, damit es reibungslos funktioniert.

Für die optimale Nutzung werden wir das VLSM-Verfahren verwenden.

Lösung des Problems: Einteilen der Teilnetze mit dem Erweitern von Netzwerkgeräten.

Um ein wirklich effektives Netzwerk zu erhalten, muss man darauf achten, dass die Kollisionsdomänen möglichst gering gehalten werden und natürlich müssen innerhalb eines Teilnetzes die einzelnen Endgeräte mittels einem Switch verbunden werden. Die Router sind somit über einen Switch zu den einzelnen Teilnetzen verbunden. Man kann auch deutlich erkennen, dass wir 3 Router verwenden, die auch eine direkte Verbindung zum anderen Router haben. Natürlich ist es auch möglich einen 5 Port Router zu verwenden, der zwischen 5 Teilnetzen Arbeiten kann, jedoch aufgrund baulicher Begebenheiten ist es oftmals nicht möglich das so zu organisieren und deshalb werden mehrere Router verwendet.

Wir haben nun Folgende Teilnetze:

1. Entwicklung - Teilnetz 1 mit 5 Endgeräten + 5 reservierte Adressen + dem Router-Port = 11
2. Verwaltung - Teilnetz 2 mit 4 Endgeräten + 2 reservierte Adressen + dem Router-Port = 7
3. Lager - Teilnetz 3 mit 2 Endgeräten + 1 = 3
4. Fertigung - Teilnetz 4 mit 2 Endgeräten + 1 = 3

   Das war jetzt jedoch nicht alles, da die Netzwerke zwischen den Routern und dem Internet auch beachtet werden müssen, für eine Reibungslose Verwendung.

5. Router-Netz 1 mit 2 IP-Adressen
6. Router-Netz 2 mit 2 IP-Adressen
7. Internet-Netz

Es ist Notwendig, damit man bei dem VLSM-Verfahren das größte Netzwerk zuerst verwendet, da kleinere Netzwerke nur an der Stelle eines Vielfachen der Subnetmask starten können.

Hier ist der Vergleich zwischen den VLSM und dem CIDR Verfahren:

Weiteres notwendiges Wissen:
Jedes Teilnetz brauch 2 Adressen mehr, die für die Netzadresse und dem Broadcast verwendet werden!

Im folgenden Schritt müssen wir jetzt schauen, wie groß die Subnetmask sein muss, damit alle Geräte untergebracht werden:

Subnetmask und Anzahl der Verfügbaren Adressen

/24 = 255.255.255.000 hat 256 Adressen - Netzadresse und Broadcast = 254 IP-Adressen
/25 = 255.255.255.128 hat 128 Adressen - (NA + BC) = 126 IP-Adressen
/26 = 255.255.255.192 hat 64 Adressen - (NA + BC) = 62 IP-Adressen
/27 = 255.255.255.224 hat 32 Adressen - (NA + BC) = 30 IP-Adressen
/28 = 255.255.255.240 hat 16 Adressen - (NA + BC) = 14 IP-Adressen
/29 = 255.255.255.248 hat 8 Adressen - (NA + BC) = 6 IP-Adressen
/30 = 255.255.255.252 hat 4 Adressen - (NA + BC) = 2 IP-Adressen

Daraus können wir nur ablesen, welche Subnetmask jedes Teilnetzwerk brauch:

Entwicklung = 11 IP-Adressen, also /28 = 255.255.255.240 -> 3 IP-Adressen ungenutzt
Verwaltung = 7 IP-Adressen, also /28 = 255.255.255.240 -> 7 IP-Adressen ungenutzt
Lager = 3 IP-Adressen, also /29 = 255.255.255.248 -> 3 IP-Adressen ungenutzt
Fertigung = 3 IP-Adressen, also /29 = 255.255.255.248 -> 3 IP-Adressen ungenutzt

RouterNetz1 = 2 IP-Adressen, also /30 = 255.255.255.252 -> 0 IP Adressen ungenutzt
RouterNetz2 = 2 IP-Adressen, also /30 = 255.255.255.252 -> 0 IP Adressen ungenutzt

Als letzten Schritt müssen wir nun die Netzadressen, Subnetmask, Broadcast und den Hostadressbereich festlegen:

Nun muss man die Hostadressen bei den Endgeräten festlegen und innerhalb den Routern die Routingtabellen erstellen, diese werden im nächsten Beitrag ausführlich erklärt.

Update: Lösung wurde verbessert, da es einen kleinen Fehler bei der Adressvergabe gab.