IP-aliverkon laskin: CIDR, peite ja isäntäalue

IP-aliverkon laskin

IP-aliverkon laskin selvittää IPv4-osoitteen ja prefiksin pituuden määrittämät verkkotiedot. Näiden kahden syötteen perusteella se määrittää verkko-osoitteen, yleislähetysosoitteen, käytettävissä olevien isäntäosoitteiden alueen, aliverkon peitteen ja jokeripeitteen.

Mitä laskin tekee

Työkalu ottaa vastaan neljänä pisteillä erotettuna lukuna kirjoitetun IPv4-osoitteen, kuten 192.168.1.10, sekä prefiksin pituuden väliltä 0–32. Myös näiden kirjoittaminen yhdessä CIDR-muodossa, kuten 192.168.1.10/24, toimii: /24-osa siirtyy automaattisesti prefiksikenttään.

Laskin palauttaa seuraavat tiedot:

• CIDR-merkintä: verkko osoite/prefiksi-muodossa, kuten 192.168.1.0/24.
• Verkko-osoite: lohkon ensimmäinen osoite. Se ilmaisee itse verkon.
• Yleislähetysosoite: lohkon viimeinen osoite. Siihen lähetetty viesti saavuttaa kaikki aliverkon isännät.
• Käytettävissä olevien isäntäosoitteiden alue: ensimmäinen ja viimeinen osoite, joita laite voi todella käyttää.
• Käytettävissä olevat isännät ja osoitteita yhteensä: kuinka monta osoitetta lohko sisältää ja kuinka monta niistä on laitteiden käytettävissä.
• Aliverkon peite ja jokeripeite: piste-eroteltu peite, kuten 255.255.255.0, ja sen käänteinen peite, 0,0,0,255.
• Aliverkon peite esitettynä bitteinä, kahdeksan bittiä oktettia kohden.

Tulokset noudattavat RFC-standardia 791 (IPv4-osoitteet), RFC-standardia 4632 (CIDR-merkintä), RFC-standardia 950 yhdessä RFC-standardien 919 ja 922 kanssa (verkko- ja yleislähetysosoitteiden varaukset) sekä RFC-standardia 3021 (/31 piste–piste-yhteydet).

Miten aliverkottaminen toimii

IPv4-osoite on 32-bittinen luku. Se kirjoitetaan neljänä oktettina, joista kukin on 8 bittiä ja sisältää arvon väliltä 0–255. Prefiksin pituus jakaa nämä 32 bittiä kahteen osaan. Ensimmäiset bitit, prefiksin ilmoittamaan määrään asti, ilmaisevat verkon. Jäljelle jäävät bitit ilmaisevat kyseisen verkon sisäisen isännän.

/24-verkko käyttää 24 bittiä verkko-osaan ja jättää 8 bittiä isännille. Kahdeksan isäntäbittiä antaa 2⁸ = 256 osoitetta. /26-verkkoon jää vain 6 isäntäbittiä, joten siinä on 2⁶ = 64 osoitetta.

Aliverkon peite ilmaisee saman jaon osoitteena: jokaiselle verkon bitille annetaan 1-bitti ja jokaiselle isäntäbitille 0-bitti. Prefiksille /24 tulos on 255,255,255,0. Jokeripeite kääntää aliverkon peitteen jokaisen bitin. Reitittimien käyttöoikeusluettelot, erityisesti Cisco-laitteissa, täsmäyttävät osoitteita jokeripeitteiden avulla, minkä vuoksi työkalu näyttää molemmat.

Aliverkon kaava

Kun prefiksin pituus p on välillä 0–30, laskin soveltaa seuraavia RFC-standardien 950 ja 4632 määrittämiä sääntöjä:

• Aliverkon peite = 32-bittisen sanan ylimmät p bittiä asetettuna arvoon 1.
• Verkko-osoite = IP-osoite JA aliverkon peite (bittikohtainen JA säilyttää bitin vain, kun molemmissa syötteissä on 1).
• Yleislähetysosoite = verkko-osoite TAI jokeripeite (kaikki isäntäbitit asetetaan arvoon 1).
• Osoitteita yhteensä = 2⁽³²⁻ᵖ⁾.
• Käytettävissä olevat isännät = 2⁽³²⁻ᵖ⁾ − 2. Vähennys poistaa verkko-osoitteen ja yleislähetysosoitteen, jotka RFC-standardit 950 ja 919 varaavat.
• Ensimmäinen käytettävissä oleva isäntä = verkko-osoite + 1. Viimeinen käytettävissä oleva isäntä = yleislähetysosoite − 1.

Kaksi prefiksin pituutta noudattaa eri sääntöjä. /31 sisältää täsmälleen 2 osoitetta, ja RFC 3021 määrittää molemmat käytettävissä oleviksi isänniksi point-to-point-yhteydessä, jossa ei ole lainkaan yleislähetysosoitetta. /32 ilmaisee yhden osoitteen: 1 yhteensä, 1 käytettävissä, ei yleislähetystä. Näissä kahdessa tapauksessa työkalu nimeää ensimmäisen osoitteen nimellä ”Prefiksin perusta” verkko-osoitteen sijaan, koska kumpikaan lohko ei varaa osoitetta verkon ilmaisemiseen.

Jokainen tulos saadaan laskemalla yhdellä 32-bittisellä luvulla. Työkalu ei luettele osoitteita yksitellen, joten koko 4 294 967 296 IPv4-osoiteavaruuden kattava /0 lasketaan yhtä nopeasti kuin /32.

Laskuesimerkki

Osoitteelle 10.128.7.33, jonka prefiksin pituus on /26:

1. Aliverkon peite: 26 ykkösbittiä ja sen jälkeen 6 nollabittiä on 11111111,11111111,11111111,11000000, joka on desimaalimuodossa 255,255,255,192.
2. Verkko-osoite: suoritetaan osoitteelle JA-operaatio peitteen kanssa. Kolme ensimmäistä oktettia säilyvät muuttumattomina. Viimeisessä oktetissa 33 on binäärimuodossa 00100001; JA-operaatio arvon 11000000 kanssa antaa tulokseksi 00000000, joka on 0. Verkko-osoite on 10.128.7.0, joten CIDR-merkintä on 10.128.7.0/26.
3. Yleislähetysosoite: kaikki 6 isäntäbittiä asetetaan arvoon 1. Viimeiseksi oktetiksi tulee 00111111, joka on 63. Yleislähetysosoite on 10,128,7,63.
4. Määrät: 2⁶ = 64 osoitetta yhteensä, ja 64 − 2 = 62 käytettävissä olevaa isäntää.
5. Isäntäosoitteiden alue: 10.128.7.1–10,128.7,62.
6. Jokeripeite: aliverkon peitteen käänteinen peite, 0,0,0,63.

Toinen esimerkki työkalun oletussyötteellä 192.168.1.10/24: verkko 192.168.1.0, yleislähetys 192.168.1.255, isännät 192.168.1.1–192.168.1.254, 254 käytettävissä olevaa isäntää 256 osoitteesta yhteensä, aliverkon peite 255.255.255.0 ja jokeripeite 0,0,0,255.

Työkalun noudattamat käytännöt

Nollalla täytetyt oktetit hylätään. Työkalu hylkää osoitteen 010.1.1.1 eikä tulkitse sitä muodoksi 10,1,1,1. Tämä on tarkoituksellista. POSIX:n inet_aton-funktio, jota ping, curl ja useimmat käyttöjärjestelmien nimipalvelut käyttävät, tulkitsee alussa olevan nollan sisältävän oktetin oktaaliluvuksi, joten 010.1.1.1 tarkoittaa näissä ohjelmissa 8.1.1.1. Mikään desimaali- tai oktaalitulkinta ei voi vastata kaikkien lukijoiden tulkintaa, joten työkalu ei hyväksy kumpaakaan. Samasta syystä myös muodossa /08 kirjoitettu prefiksi hylätään.

Isäntien määrästä vähennetään kaksi. Jotkin laskimet ilmoittavat isäntien määräksi lohkon raakatiedon koon. Tämä työkalu noudattaa RFC-standardia 950: missä tahansa /0–/30-lohkossa kaikki nollat sisältävä isäntäosa ilmaisee verkon ja kaikki ykköset sisältävä isäntäosa on yleislähetysosoite, joten molemmat jätetään pois ja /24-verkossa on 254 käytettävissä olevaa isäntää, ei 256.

/31-verkossa on kaksi käytettävissä olevaa isäntää. Vanhemmissa, ennen RFC-standardia 3021 (julkaistu vuonna 2000) kirjoitetuissa teksteissä /31-verkkoa pidetään käyttökelvottomana, koska kahden varatun osoitteen vähentäminen jättää nollan. RFC 3021 poisti molemmat varaukset point-to-point-yhteyksiltä, ja reitittimet ovat tukeneet tätä jo vuosikymmeniä, joten työkalu ilmoittaa 2 käytettävissä olevaa isäntää eikä yleislähetysosoitetta.

Mikä tahansa prefiksi väliltä /0–/32 hyväksytään. /0 on kelvollinen koko IPv4-avaruuden kattava lohko, mikä vastaa reititystaulukoissa oletusreittinä esiintyvää merkintää 0.0.0.0/0.

Vain IPv4. IPv6 (RFC 4291) käyttää 128-bittisiä osoitteita ja erilaista merkintätapaa, joten se ei kuulu tämän työkalun piiriin. Työkalu ei myöskään merkitse erityiskäyttöön tarkoitettuja alueita, kuten yksityisiä tai loopback-osoitteita (RFC 6890), vaan ilmoittaa ainoastaan osoitelaskennan tulokset.

Usein kysyttyä

Kuinka monta käytettävissä olevaa isäntää /24-verkossa on? 254. /24 jättää 8 isäntäbittiä, jolloin saadaan 2⁸ = 256 osoitetta. Kaksi niistä on varattu: verkko-osoite ja yleislähetysosoite. Laitteille jää 254 osoitetta.

Mikä on jokeripeite? Aliverkon peitteen bittikohtainen käänteispeite. Siinä missä aliverkon peitteessä on 1, jokeripeitteessä on 0, ja päinvastoin. Peitteen 255.255.255.0 jokeripeite on 0,0,0,255. Monien reitittimien käyttöoikeusluettelot käyttävät jokeripeitteitä kuvaamaan, mitä osoitteita sääntö koskee.

Miksi /31-verkossa ei näy yleislähetysosoitetta? /31 sisältää vain kaksi osoitetta. Jos toinen varattaisiin verkolle ja toinen yleislähetykselle, jäljelle ei jäisi mitään, joten RFC 3021 määrittää /31-verkon point-to-point-yhteydeksi, jossa molemmat osoitteet ovat isäntiä eikä yleislähetysosoitetta ole. Laskin ilmoittaa 2 käytettävissä olevaa isäntää ja merkitsee yleislähetysosoitteen soveltumattomaksi.

Miksi 010.1.1.1 hylätään eikä sitä tulkita muodoksi 10.1.1.1? Koska käyttöjärjestelmät tulkitsevat tavallisen desimaalimuodon eri tavoin. POSIX:n inet_aton tulkitsee alussa olevan nollan sisältävän oktetin oktaaliluvuksi, joten 010 tarkoittaa useimmissa järjestelmissä 8. Syötteen hylkääminen on ainoa ratkaisu, joka ei voi poiketa huomaamatta siitä, miten käyttäjän oma tietokone käsittelisi sen.

Mikä ero on osoitteiden kokonaismäärällä ja käytettävissä olevilla isännillä? Osoitteiden kokonaismäärä on lohkon koko, 2 potenssiin (32 miinus prefiksin pituus). Käytettävissä olevien isäntien määrä on tämä luku vähennettynä kahdella varatulla osoitteella, paitsi /31-verkossa (molemmat ovat käytettävissä) ja /32-verkossa (ainoa osoite on isäntä).

Mitä 192.168.1.10/24-osoitteen verkko-osoite tarkoittaa? Se on 192.168.1.0, joka saadaan säilyttämällä osoitteen ensimmäiset 24 bittiä ja asettamalla isäntäbitit nolliksi. Se ilmaisee koko aliverkon, eikä sitä voi määrittää laitteelle.

Viitteet

1. Postel, J. ”RFC 791: Internet Protocol.” IETF, 1981.
2. Mogul, J. ja J. Postel. ”RFC 950: Internet Standard Subnetting Procedure.” IETF, 1985.
3. Mogul, J. ”RFC 919: Broadcasting Internet Datagrams.” IETF, 1984.
4. Fuller, V. ja T. Li. ”RFC 4632: Classless Inter-domain Routing (CIDR).” IETF, 2006.
5. Retana, A. et al. ”RFC 3021: Using 31-Bit Prefixes on IPv4 Point-to-Point Links.” IETF, 2000.