Subnetting با Subnetهای هم‌اندازه

منطق تقسیم یک شبکه

فرض کن شبکه 192.168.10.0/24 را در اختیار داری، ولی نمی‌خواهی همه دستگاه‌های شرکت در یک شبکه باشند. واحد مالی، فروش، مدیریت و مهمان‌ها باید از هم جدا شوند. به‌جای گرفتن چهار شبکه جدا، می‌توانیم همین /24 را به چهار Subnet کوچک‌تر تقسیم کنیم. وقتی یک شبکه را کوچک‌تر می‌کنیم، تعدادی از بیت‌های Host را به بخش Network می‌دهیم. به این کار معمولاً Borrow کردن بیت گفته می‌شود. لازم نیست اصطلاح را حفظ کنی؛ مفهوم مهم این است که Prefix بزرگ‌تر می‌شود و فضای Host هر Subnet کمتر. برای ساخت حداقل چهار Subnet باید تعداد حالتی بسازیم که چهار نتیجه بدهد. یک بیت دو حالت دارد، دو بیت چهار حالت و سه بیت هشت حالت. پس برای چهار Subnet به دو بیت نیاز داریم.

2^1 = 2 Subnets
2^2 = 4 Subnets
2^3 = 8 Subnets

شبکه اولیه /24 است. دو بیت از بخش Host به Network اضافه می‌کنیم، پس Prefix جدید /26 می‌شود. حالا تمام Subnetها /26 هستند و اندازه یکسان دارند. Subnetting یعنی یک فضای آدرس بزرگ‌تر را به چند شبکه کوچک‌تر تقسیم کنیم. دلیل اصلی این کار فقط صرفه‌جویی در IP نیست؛ جداسازی Broadcast Domainها، طراحی VLANها، اعمال Policy و مرتب نگه داشتن شبکه هم به Subnetting وابسته‌اند. وقتی چند واحد شرکت را در Subnetهای جدا می‌گذاری، Routing بین آن‌ها مشخص‌تر می‌شود و عیب‌یابی هم محدوده واضح‌تری پیدا می‌کند. در Subnetting هم‌اندازه، همه شبکه‌های جدید Prefix یکسان دارند. مثلاً اگر یک /24 را به چهار بخش مساوی تقسیم کنیم، از دو بیت Host برای ساخت Subnet استفاده می‌کنیم، چون ۲^۲ برابر چهار است. Prefix از /24 به /26 می‌رسد و هر چهار Subnet ظرفیت یکسان خواهند داشت. این مدل ساده‌ترین نقطه شروع برای فهم تقسیم شبکه است.

تقسیم /24 به Subnetهای هم‌اندازه

Mask /26 برابر 255.255.255.192 است و Block Size برابر ۶۴. پس Subnetها از ۰، ۶۴، ۱۲۸ و ۱۹۲ شروع می‌شوند.

192.168.10.0/26
192.168.10.64/26
192.168.10.128/26
192.168.10.192/26

هر /26 در مجموع ۶۴ آدرس و 62 Host معمولی دارد. پس اگر هر واحد کمتر از ۶۲ دستگاه داشته باشد، این تقسیم می‌تواند جواب بدهد. اگر یکی از واحدها ۱۰۰ دستگاه داشته باشد، /26 برای آن کافی نیست و باید طراحی دیگری انجام دهیم.

Network: 192.168.10.0
Hosts:   192.168.10.1 - 192.168.10.62
Broadcast: 192.168.10.63

Network: 192.168.10.64
Hosts:   192.168.10.65 - 192.168.10.126
Broadcast: 192.168.10.127

همین الگو برای دو Subnet بعدی ادامه پیدا می‌کند. نوشتن Network، Host Range و Broadcast برای هر Subnet باعث می‌شود هنگام اختصاص IP محدوده‌ها با هم قاطی نشوند. شبکه 192.168.10.0/24 را به چهار /26 تقسیم کن. /26 یعنی Block Size برابر ۶۴؛ بنابراین Networkها در .۰، .۶۴، .۱۲۸ و .۱۹۲ شروع می‌شوند. هر Subnet را باید با Network، اولین Host، آخرین Host و Broadcast ثبت کنی. اگر فقط Networkها را بنویسی، هنگام تخصیص IP احتمال استفاده از مرز اشتباه بیشتر می‌شود.

192.168.10.0/26    Hosts: .1 - .62      Broadcast: .63
192.168.10.64/26   Hosts: .65 - .126    Broadcast: .127
192.168.10.128/26  Hosts: .129 - .190   Broadcast: .191
192.168.10.192/26  Hosts: .193 - .254   Broadcast: .255

این تقسیم از نظر تعداد شبکه درست است، اما قبل از اجرا باید نیاز Host را هم بررسی کنی. اگر یکی از واحدها ۷۰ دستگاه دارد، /26 برای آن کافی نیست. Subnetting فقط پاسخ به «چند شبکه می‌خواهم» نیست؛ هر شبکه باید ظرفیت واقعی خودش را هم داشته باشد.

انتخاب Prefix بر اساس تعداد Subnet و Host

اگر از 192.168.20.0/24 هشت Subnet هم‌اندازه بخواهیم، سه بیت لازم داریم، چون ۲^۳ برابر ۸ است. Prefix از /24 به /27 می‌رسد. /27 Block Size برابر ۳۲ دارد و هر Subnet 30 Host معمولی را پشتیبانی می‌کند.

192.168.20.0/27
192.168.20.32/27
192.168.20.64/27
192.168.20.96/27
192.168.20.128/27
192.168.20.160/27
192.168.20.192/27
192.168.20.224/27

فقط تعداد Subnet کافی نیست. باید مطمئن شوی هر Subnet به اندازه کافی Host Address دارد. اگر برای ساخت 16 Subnet از یک /24 چهار بیت Borrow کنی، Prefix به /28 می‌رسد. هر /28 فقط 14 Host معمولی دارد. اگر هر واحد ۲۰ دستگاه داشته باشد، این طراحی از نظر تعداد Subnet خوب است ولی از نظر ظرفیت Host شکست می‌خورد. پس همیشه دو سؤال را با هم جواب بده: چند Subnet لازم دارم و بزرگ‌ترین Subnet چند Host می‌خواهد؟ در مدل هم‌اندازه، اندازه همه Subnetها باید نیاز بزرگ‌ترین گروه را پوشش دهد. اگر هدف هشت Subnet هم‌اندازه از یک /24 باشد، سه بیت برای Subnet لازم داریم چون ۲^۳ برابر هشت است. Prefix به /27 می‌رسد و هر Subnet 32 آدرس یا 30 Host معمول قابل استفاده دارد. اگر 16 Subnet بخواهیم، Prefix /28 می‌شود و ظرفیت هر بخش به 14 Host معمول می‌رسد. هر بیت که از Host می‌گیری، تعداد Subnetها را دو برابر و ظرفیت هر Subnet را تقریباً نصف می‌کند.

انتخاب Prefix را از روی بزرگ‌ترین نیاز داخل مدل هم‌اندازه انجام بده. اگر پنج واحد داری و بزرگ‌ترین واحد 45 Host نیاز دارد، /26 ظرفیت 62 Host دارد و می‌تواند برای همه واحدها استفاده شود؛ اما نتیجه ممکن است هدررفت زیادی داشته باشد. همین محدودیت یکی از دلایل استفاده از VLSM است که در درس بعدی می‌آید.

طراحی Subnet برای یک شرکت

شرکت چهار بخش دارد: مالی ۳۵ دستگاه، فروش ۴۰ دستگاه، مدیریت ۱۲ دستگاه و مهمان ۵۰ دستگاه. اگر فقط Subnet هم‌اندازه بخواهیم و یک /24 داشته باشیم، چهار Subnet /26 مناسب‌اند چون هرکدام 62 Host می‌دهند. این طراحی ساده است، ولی در مدیریت و مالی بخشی از آدرس‌ها بدون استفاده می‌ماند. در درس VLSM یاد می‌گیریم برای هر بخش اندازه مناسب خودش را بدهیم تا فضای آدرس کمتر هدر برود. ولی قبل از آن باید تقسیم هم‌اندازه را کاملاً مسلط باشی. گاهی سؤال برعکس مطرح می‌شود: تعداد Subnet مشخص نیست، ولی می‌دانی هر Subnet باید مثلاً حداقل 25 Host داشته باشد. باید تعداد Host bit کافی پیدا کنی. چهار بیت فقط 14 Host می‌دهد و کافی نیست. پنج بیت 30 Host می‌دهد، پس Prefix مناسب /27 است.

Need: 25 hosts
4 Host bits → 14 usable  ✗
5 Host bits → 30 usable  ✓

32 - 5 = /27

بعد بررسی می‌کنی از شبکه اولیه چند /27 می‌توان ساخت. از یک /24 می‌توان هشت /27 ساخت. اگر هم تعداد Subnet و هم ظرفیت Host کافی باشد، طراحی جواب می‌دهد. برای تمرین‌های بزرگ‌تر، نتیجه را در جدول بنویس تا مرزها گم نشوند. ستون‌های Network، First Host، Last Host و Broadcast کافی‌اند. وقتی هشت یا شانزده Subnet داری، جدول جلوی اشتباه یک عددی را می‌گیرد.

Subnet | Network | First Host | Last Host | Broadcast
1      | ...     | ...        | ...       | ...
2      | ...     | ...        | ...       | ...

برای طراحی شرکت، اول نیازها را به‌صورت عددی بنویس: تعداد VLAN یا Segment، Hostهای فعلی، رشد قابل انتظار و تجهیزاتی که IP ثابت می‌خواهند. بعد بررسی کن آیا Subnetهای هم‌اندازه منطقی هستند یا نه. مثلاً اگر Accounting، Sales، IT و Guest هرکدام حدود ۲۵ تا ۳۰ دستگاه دارند، چهار /26 از یک /24 ساده و قابل مدیریت است. ولی اگر یکی 100 Host و دیگری 8 Host دارد، تقسیم مساوی انتخاب اقتصادی نیست. نتیجه را در جدول Address Plan ثبت کن و برای هر Subnet نام، Prefix، Gateway پیشنهادی و Host Range بنویس. این کار Subnetting را از تمرین کاغذی به طراحی واقعی تبدیل می‌کند. وقتی بعداً VLAN ساخته می‌شود، همان جدول مشخص می‌کند VLAN 10 باید چه شبکه‌ای داشته باشد و Gateway آن کدام IP باشد.

کنترل ظرفیت و مرزهای Subnet

ممکن است نیازها با فضای آدرس اولیه سازگار نباشند. فرض کن یک /24 داری و 10 Subnet می‌خواهی که هرکدام حداقل 25 Host داشته باشند. برای 25 Host به /27 نیاز داری، اما یک /24 فقط هشت /27 می‌دهد. کوچک‌تر کردن Subnet به /28 تعداد Subnet را زیاد می‌کند ولی ظرفیت Host را به ۱۴ کاهش می‌دهد. در چنین شرایطی راه‌حل جادویی وجود ندارد. باید فضای آدرس بزرگ‌تری بگیری، نیازها را بازطراحی کنی یا روش تقسیم را تغییر بدهی. تشخیص «این نیاز با این Prefix ممکن نیست» خودش بخشی از مهارت Subnetting است. اگر شبکه اولیه /16 باشد، همان منطق ادامه دارد. فرض کن 10.50.0.0/16 را به 16 Subnet هم‌اندازه می‌خواهی. برای ۱۶ حالت چهار بیت لازم است، پس Prefix جدید /20 می‌شود. Mask برابر 255.255.240.0 و Block Size در Octet سوم ۱۶ است.

10.50.0.0/20
10.50.16.0/20
10.50.32.0/20
10.50.48.0/20

این تمرین مهم است چون نشان می‌دهد Subnetting به /24 وابسته نیست. فقط باید Prefix اولیه، تعداد بیت‌های اضافه و Octet مرزی را درست پیدا کنی. برای کم کردن اشتباه، یک روال ثابت داشته باش: نیاز تعداد Subnet را مشخص کن، تعداد بیت لازم را پیدا کن، Prefix جدید را بساز، ظرفیت Host را کنترل کن، Mask و Block Size را حساب کن و بعد محدوده‌ها را بنویس. اگر ظرفیت Host کافی نبود، طراحی با این فضای اولیه قابل اجرا نیست یا باید Prefix متفاوتی داشته باشی. وقتی این ترتیب تبدیل به عادت شود، Subnetting از مجموعه‌ای از فرمول‌های پراکنده به یک روند مشخص تبدیل می‌شود. بعد از اینکه Prefix جدید را پیدا کردی، یک بار نتیجه را از دید ظرفیت واقعی بررسی کن. اگر /27 ساخته‌ای، هر Subnet 30 Host معمولی دارد. اگر واحدی ۲۹ دستگاه دارد و یک Gateway هم داخل همان Subnet استفاده می‌شود، ظرفیت تقریباً کامل شده و جایی برای رشد باقی نمی‌ماند. محاسبه ریاضی درست است، ولی طراحی عملی شاید انتخاب خوبی نباشد. در تمرین‌های آزمون معمولاً تعداد Host مشخص و قطعی است، اما در شبکه واقعی Gateway، Printer، Access Point و تجهیزات دیگری هم ممکن است از همان Range آدرس بگیرند. پس ظرفیت را فقط با تعداد PCهای امروز مقایسه نکن.

همیشه قبل از تخصیص، فضای اولیه را کنترل کن. نمی‌توانی از یک /24 چهار شبکه /25 بسازی، چون هر /25 نصف /24 را مصرف می‌کند و فقط دو عدد از آن داخل /24 جا می‌گیرد. مجموع فضای Subnetهای جدید نباید از شبکه والد بیشتر شود و مرز هیچ Subnetی نباید از محدوده شبکه والد خارج شود. در شبکه‌های بزرگ‌تر از /24، همین منطق در Octet سوم ادامه پیدا می‌کند. مثلاً تقسیم یک /22 به چهار Subnet مساوی، دو بیت دیگر به Prefix اضافه می‌کند و چهار /24 می‌دهد. لازم نیست Subnetting را فقط با Octet چهارم یاد بگیری؛ هدف این است که رابطه Prefix، اندازه Block و مرز شبکه را مستقل از محل Octet بفهمی.