Remkomplekty.ru

IT Новости из мира ПК
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Основы ip адресации

Основы IP-адресации;

Налаживаем взаимодействие между компьютерами: настройка, IP-адресации и маршрутизации

Итак, мы выбрали набор протоколов TCP/IP и установили его (инсталлировали соответствующее программное обеспечение). Заметим, что в современных операционных системах этот протокол устанавливается по умолчанию; более того, удалить его, например, из Windows XP или Windows Server 2003 обычным способом невозможно (кнопка Удалить в свойствах сетевых подключений неактивна).

К сожалению, одной только установки протокола TCP/IP будет недостаточно. Стек не заработает, пока в нашей сети не будет правильным образом настроена
IP-адресация и маршрутизация. (Опять сравним работу сети с работой почты: как сможет почтальон доставить письмо адресату, если дороги и транспорт хотя и работают, но на домах нет номеров, а почтовые отделения не знают, как пересылать письма из одного города в другой?)

Поэтому сейчас мы должны узнать, что такое IP-адрес и маска подсети, выяснить, как оба этих параметра используются для определения локальных или удаленных IP-сетей, и на конкретных примерах ознакомиться с тем, как компьютеры и маршрутизаторы доставляют IP-пакеты из одной сети в другую.

Первым обязательным параметром в свойствах протокола TCP/IP любого компьютера является его IP-адрес.

IP-адрес– это уникальная 32-разрядная последовательность двоичных цифр, с помощью которой компьютер однозначно идентифицируется в IP-сети. (Напомним, что на канальном уровне в роли таких же уникальных адресов компьютеров выступают MAC-адреса сетевых адаптеров, невозможность совпадения которых контролируется изготовителями на стадии производства.)

Будет обсуждаться наиболее распространенная версия 4 протокола IP, или IPv4. Однако уже создана следующая версия протокола – IP версии 6 (IPv6), в которой IP-адрес представляется в виде 128-битной последовательности двоичных цифр.

Для удобства работы с IP-адресами 32-разрядную последовательность обычно разделяют на 4 части по 8 битов (на октеты), каждый октет переводят в десятичное число и при записи разделяют эти числа точками. В таком виде (это представление называется «десятичные числа с точками», или, по-английски, «dotted-decimal notation») IP-адреса занимают гораздо меньше места и намного легче запоминаются (табл. 8.1).

Чтобы быстро осуществлять подобное преобразование в уме (что сетевым администраторам требуется нередко, а калькулятор не всегда под рукой), полезно запомнить следующую таблицу. В ней приведены десятичные значения степеней числа 2 с показателем, равным порядковому номеру бита в октете (напомним – нумерация битов производится справа налево и начинается с нуля):

Запомнив такую таблицу, несложно в уме преоб-разовывать октеты в десятичные числа и обратно.

Десятичное число легко вычисляется как сумма цифр, соответствующих ненулевым битам в октете, например:

10101101 -> 128 • 1 + 64 • 0 + 32 • 1 + 16 • 0 + 8 • 1 + 4•1 + 2• 0 + 1•1 = 173.

Несколько сложнее перевести десятичное представление в двоичное, но при некоторой тренировке это также не представляет проблем. Например:

201 -> 128 • 1 + 64 • 1 + 32 • 0 + 16 • 0 + 8 • 1 + 4 • 0 + 2 • 0 + 1 • 1 = 11001001.

Однако одного только IP-адреса компьютеру для работы в сети TCP/IP недостаточно. Вторым обязательным параметром, без которого протокол TCP/IP работать не будет, является маска подсети.

Маска подсети– это 32-разрядное число, состоящее из идущих вначале единиц, а затем – нулей, например (в десятичном представлении) 255.255.255.0 или 255.255.240.0.

Маска подсети играет исключительно важную роль в IP-адресации и маршрутизации. Чтобы понять значение этого параметра, вспомним, что сеть ARPANet строилась как набор соединенных друг с другом гетерогенных сетей. Для правильного взаимодействия в такой сложной сети каждый участник должен уметь определять, какие IP-адреса принадлежат его локальной сети, а какие – удаленным сетям.

Здесь и используется маска подсети, с помощью которой производится разделение любого IP-aдpeca на две части: идентификатор сети (Net ID) и идентификатор узла (Host ID). Такое разделение делается очень просто: там, где в маске подсети стоят единицы, находится идентификатор сети, а где стоят нули – идентификатор узла.

Например, в IP-адресе 192.168.5.200 при использовании маски подсети 255.255.255.0 идентификатором сети будет число 192.168.5.0, а идентификатором узла – число 200. Стоит нам поменять маску подсети, скажем, на число 255.255.0.0, как и идентификатор узла, и идентификатор сети изменятся на 192.168.0.0 и 5.200, соответственно, и от этого, как мы дальше увидим, иначе будет вести себя компьютер при посылке IP-пакетов.

Как устроен IP-адрес – главный идентификатор в мире сетей TCP/IP

Если вы работали с компьютерами какое-то время, то, вероятно, сталкивались с IP-адресами – эти числовые последовательности, которые выглядят примерно как 192.168.0.15. В большинстве случаев нам не нужно иметь дело с ними напрямую, поскольку наши устройства и сети заботятся об их обработке «за кулисами». Когда же нам приходится иметь с ними дело, мы часто просто следуем инструкциям о том, какие и где вписать цифры. Но, если вы когда-либо хотели погрузиться немного глубже в то, что означают эти цифры, эта статья для вас.

Зачем вам это нужно? Понимание того, как работают IP-адреса, жизненно важно, если вы когда-нибудь захотите устранить неполадки в вашей домашней сети или понять, почему конкретное устройство не подключается так, как вы ожидаете. И если вам когда-либо понадобится создать нечто более продвинутое, такое как хостинг игрового сервера или медиа-сервер, к которому могут подключаться друзья из интернета, вам нужно будет что-то знать об IP-адресации. Плюс, это немного увлекательно.

В этой статье мы расскажем об основах IP-адресации, о том, что хотели бы знать люди, которые используют IP-адреса, но никогда не задумывались об их структуре. Мы не собираемся освещать некоторые из более продвинутых или профессиональных уровней, таких как классы IP, бесклассовая маршрутизация и пользовательская подсеть. но вы легко найдёте источники для дальнейшего чтения.

Что такое IP-адрес

IP-адрес однозначно идентифицирует устройство в сети. Вы видели эти адреса раньше; они выглядят примерно как 192.168.1.34.

IP-адрес всегда представляет собой набор из четырех таких чисел. Каждый номер может находиться в диапазоне от 0 до 255. Таким образом, полный диапазон IP-адресов составляет от 0.0.0 до 255.255.255.255.

Причина, по которой каждый номер может достигать 255, заключается в том, что каждое из чисел представляет собой восьмизначное двоичное число (иногда называемое октетом). В октете число ноль будет обозначено как 00000000, а число десятичное 255 будет иметь вид 11111111, – это максимальное число, которого мы можем достигнуть в рамках октета. IP-адрес, упомянутый выше (192.168.1.34) в двоичном формате, будет выглядеть так: 11000000.10101000.00000001.00100010 .

Компьютеры работают с двоичным форматом, но нам, людям, гораздо проще работать с десятичным форматом. Тем не менее, зная, что адреса фактически являются двоичными числами, нам легче будет понять, почему некоторые вещи, связанные с IP-адресами, работают так, как они это делают.

Две базовые части IP-адреса

IP-адрес устройства состоит из двух отдельных частей:

  • Идентификатор сети: является частью IP-адреса; начинаются слева и идентифицирует конкретную сеть, на которой расположено устройство. В обычной домашней сети, где устройство имеет IP-адрес 192.168.1.34, часть 192.168.1 будет идентификатором сети. Если заполнить недостающую конечную часть нулём, мы можем сказать, что сетевой идентификатор устройства – 192.168.1.0.
  • Идентификатор хоста: это часть IP-адреса, не занятого сетевым идентификатором. Он идентифицирует конкретное устройство (в мире TCP/IP устройства называют «хостами») в этой сети. Продолжая наш пример IP-адреса 192.168.1.34, идентификатором хоста будет 34 – уникальный идентификатор устройства в сети 192.168.1

Чтобы представить всё это немного лучше, давайте обратимся к аналогии. Это очень похоже на то, как уличные адреса работают в городе. Возьмите адрес, такой как Набережная 29/49. Название улицы похоже на идентификатор сети, а номер дома похож на идентификатор хоста. Внутри города никакие две улицы не будут называться одинаково, так же как ни один идентификатор сети в одной сети не будет назван одинаковым. На определенной улице каждый номер дома уникален, так же как все ID хоста в определенном сетевом идентификаторе.

Маска подсети в IP-адресе

Как же ваше устройство определяет, какая часть IP-адреса является идентификатором сети, а какая часть – идентификатор хоста? Для этого они используют второе число, которое называется маской подсети.

В большинстве простых сетей (например, в домашних или офисных) вы увидите маску подсети в формате 255.255.255.0, где все четыре числа равны либо 255, либо 0. Позиция изменения с 255 на 0 указывает на разделение между сетью и идентификатором хоста.

Читать еще:  Адресный вход мультиплексора

Основные маски подсети, которые мы описываем здесь, известны как маски подсети по умолчанию. В более крупных сетях ситуация становится более сложной. Люди часто используют пользовательские маски подсети (где позиция разрыва между нулями и единицами сдвигается в октете) для создания нескольких подсетей в одной сети.

Адрес шлюза по умолчанию

В дополнение к самому IP-адресу и маске подсети, вы также увидите адрес шлюза по умолчанию, указанный вместе с информацией IP-адресации. В зависимости от используемой платформы, этот адрес может называться по-другому. Его иногда называют «маршрутизатором», «адресом маршрутизатора», «маршрутом по умолчанию» или просто «шлюзом». Это всё одно и то же.

Это стандартный IP-адрес, по которому устройство отправляет сетевые данные, когда эти данные предназначены для перехода в другую сеть (с другим идентификатором сети).

Простейший пример этого можно найти в обычной домашней сети. Если у вас есть домашняя сеть с несколькими устройствами, у вас, вероятно, есть маршрутизатор, подключенный к интернету через модем. Этот маршрутизатор может быть отдельным устройством или может быть частью комбо-модуля модем/маршрутизатор, поставляемого вашим интернет-провайдером.

Маршрутизатор находится между компьютерами и устройствами в вашей сети и более ориентированными на открытый доступ устройствами в интернете, передавая (или маршрутизируя) трафик взад и вперёд.

Скажем, вы запускаете свой браузер и отправляетесь на сайт webznam.ru. Ваш компьютер отправляет запрос на IP-адрес нашего сайта. Поскольку наши серверы находятся в интернете, а не в вашей домашней сети, этот трафик отправляется с вашего ПК на ваш маршрутизатор (шлюз), а ваш маршрутизатор перенаправляет запрос на наш сервер. Сервер отправляет правильную информацию обратно вашему маршрутизатору, который затем перенаправляет информацию обратно на запрашиваемое устройство, и вы видите как наш сайт отображается в нашем браузере.

Как правило, маршрутизаторы настроены по умолчанию, чтобы их частный IP-адрес (их адрес в локальной сети) был первым идентификатором хоста. Так, например, в домашней сети, использующей 192.168.1.0 для сетевого ID, маршрутизатор обычно будет на хосте 192.168.1.1.

Серверы DNS

Существует одна заключительная часть информации, которую вы увидите вместе с IP-адресом устройства, маской подсети и адресом шлюза по умолчанию: адреса одного или двух серверов DNS по умолчанию. Мы – люди – намного лучше работаем с символическими названиями, чем с числовыми адресами. Ввести webznam.ru в адресную строку вашего браузера намного проще, чем запоминать и вводить IP-адреса нашего сайта.

DNS работает как телефонная книга, храня удобные для человека имена веб-сайтов (домены), и преобразуя их в IP-адреса. DNS делает это, сохраняя всю эту информацию в системе связанных DNS-серверов через интернет. Вашим устройствам необходимо знать адреса DNS-серверов, на которые нужно отправлять свои запросы.

В типичной малой или домашней сети IP-адреса DNS-сервера часто совпадают с адресами шлюза по умолчанию. Устройства отправляют свои DNS-запросы на ваш маршрутизатор, а затем перенаправляют запросы на любые DNS-серверы, которые укажет маршрутизатор. По умолчанию, это обычно любые DNS-серверы, предоставляемые вашим провайдером, но вы можете изменить их для использования разных DNS-серверов, если хотите.

В чем разница между IPv4 и IPv6

Возможно, вы также заметили при просмотре настроек другой тип IP-адреса, называемый адресом IPv6. Типы IP-адресов, о которых мы говорили до сих пор, – это адреса, используемые протоколом IP версии 4 (IPv4), разработанным в конце 70-х годов. Они используют 32 бинарных бита, о которых мы говорили (в четырех октетах), чтобы обеспечить в общей сложности 4,29 миллиарда возможных уникальных адреса. Хотя это много, все общедоступные адреса давно были «потреблены» предприятиям. Многие из них сейчас не используются, но они назначены и недоступны для общего использования.

В середине 90-х годов, обеспокоенная потенциальной нехваткой IP-адресов, специальная рабочая группа Internet Engineering Task Force (IETF) разработала IPv6. IPv6 использует 128-битный адрес вместо 32-разрядного адреса IPv4, поэтому общее количество уникальных адресов многократно выросло и стало достаточно большим (вряд ли когда-либо закончится).

В отличие от точечной десятичной нотации, используемой в IPv4, адреса IPv6 выражаются в виде восьми групп номеров, разделенных двоеточиями. Каждая группа имеет четыре шестнадцатеричных цифры, которые представляют 16 двоичных цифр (это называется хекстетом). Типичный IPv6-адрес может выглядеть примерно так:

Дело в том, что нехватка адресов IPv4, вызвавшая беспокойство, в значительной степени смягчалась увеличением использования частных IP-адресов через маршрутизаторы. Всё больше и больше людей создавали свои собственные частные сети, используя частные IP-адреса.

Как устройство получает IP-адрес

Теперь, когда вы знаете основы работы IP-адресов, давайте поговорим о том, как устройства получают свои IP-адреса. Существует два типа IP-назначений: динамический и статический.

Динамический IP-адрес назначается автоматически, когда устройство подключается к сети. Подавляющее большинство сетей сегодня (включая вашу домашнюю сеть) используют Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP). Когда устройство подключается к сети, оно отправляет широковещательное сообщение с запросом IP-адреса. DHCP перехватывает это сообщение, а затем назначает IP-адрес этому устройству из пула доступных IP-адресов.

Особенность динамических адресов заключается в том, что они могут иногда меняться. DHCP-серверы арендуют IP-адреса устройствам, и когда этот «срок аренды» заканчиваются, устройства должны получить другой IP-адрес из пула адресов, которые может назначить сервер.

В большинстве случаев это не имеет большого значения, и всё будет как и работало. Однако, вы можете указать устройству IP-адрес, который должен сохраняться. Например, у вас устройство, к которому нужно получать доступ вручную, и вам легче запомнить IP-адрес, чем имя. Или, у вас есть определенные приложения, которые могут подключаться только к сетевым устройствам, используя свой IP-адрес.

В этих случаях вы можете назначить статический IP-адрес для этих устройств. Есть несколько способов сделать это. Вы можете вручную настроить устройство со статическим IP-адресом, хотя иногда это может быть утомительным. Другим, более элегантным решением является настройка маршрутизатора для назначения статических IP-адресов определенным устройствам во время динамического назначения сервером DHCP. Таким образом, IP-адрес никогда не меняется, но вы не прерываете процесс DHCP, который обеспечивает бесперебойную работу.

IP адресация — принцип работы

В данной статье мы посмотрим как работает IP адресация. Увидим как сетевые устройства определяют находится-ли устройство, с которым требуется установить связь в одной сети с ними. В завершение статьи, мы кратко рассмотрим два протокола LLMNR и DNS, предназначенных для связи IP адресации с именами компьютеров.

Оглавление

Основы IP адресации

В реальной жизни, когда вы отправляете кому-либо письмо, на конверте вы должны указать адрес получателя, а также свой адрес (адрес отправителя). Без этого писмо не найдет своего получателя и вы не сможете получить ответ на это письмо. То-же самое происходит в компьютеных сетях — для того, чтоб один компьютер отправил сообщение другому компьютеру, он должен знать адрес компьютера-получателя, а также предоставить информацию о своем адресе для получения ответа.

В интернете IP адресация используется посеместно. Когда вы постите в соц сетях, смотрите на Ютубе видео, или загружаете программы и не важно компьютер у вас, или смартфон — везде, для связи используется IP адресация.

Для идентификации компьютера, достаточно знать два параметра: IP адрес, и маску сети. Например, IP: 10.10.1.1 MASK: 255.255.255.0.

IP адрес — это всего-лишь абстракция того, что компьютер видит на самом деле. IPv4 адресса — 32 битные числа, что означает, что они состоят из комбинации 32 нулей и единиц для удобства чтения разделенных на четыре октета. IPv4 адрес для компьютера выглядит так: 00001010.00001010.00000001.00000001

Обратите внимание: Каждый из четырех октетов может принимать значение от 0 до 255 (255=2^8 — 1).

Если вы хотите преобразовать IP адрес, записаный в десятичной нотации в ее двоичный эквивалент, можно составить таблицу, как показано ниже.

Рассмотрим пример с IP адресом 192.168.2.102

Каждый из октетов может состоять только из суммы чисел первой, или второй колонки таблицы, только для десятичных чисел используется обычная арифметрика, а для двоичных логическая. Например, для получения октета со значением 192 = 128 + 64, или 1000000 & 1000000 = 1100000. Оба числа, 192 и 1100000 идентичны, только записаны в различных системах счисления. Также само вычисляется 168 — это сумма 128 + 32 + 1 и так далее. Если просуммировать все числа первой колонки, получится число 255, или в двоичном эквиваленте 11111111. 256 — это будет следующий, девятый разряд.

  1. Определяем из суммы каких чисел состоят октеты нашего IP адреса:
    • Первый октет: 128 + 64 = 192
    • Второй октет: 128 + 32 + 8 = 168
    • Третий октет: 2 не требуется суммировать
    • Четвертый октет: 64 + 32 + 4 + 2 = 100
  2. Записываем октеты в двоичном формате: 11000000.10101000.00000010.01100110.
Читать еще:  Как узнать мак адрес сетевой карты

Обратите внимание, что каждый октет обязательно должен состоять из восьми цифр. Если у вас получилоь число меньше чем нужно, недостающие символы заполните нулями слева. Например, число 2 = 10, но записываем мы 00000010.

Маска подсети

IP адрес состоит из двух частей: адрес подсети и адрес хоста. Маска подсети позволяет компьютеру отделить эти две составляющие. Обычно маска подсети выглядит так: 255.255.255.0, что в двоичном эквиваленте выглядит так: 11111111.11111111.11111111.00000000. Определение происходит путем наложения в двоичном формате маски подсети на IP адрес:

11000000.10101000.00000000.00000001
11111111.11111111.11111111.00000000
11000000.10101000.00000000.00000000

В маске подсети, единицы обозначают адрес подсети, а нули — адрес хоста. Вы видите, что в приведенном выше примере первые три октета определяют адрес сети, а четвертый октет — определяет адрес хоста внутри этой сети.

Путем сравнения IP адресов и масок подсетей хостов мы можем определить, находятся-ли эти хосты внутри одной сети. Для определения используют побитовое сложение:

  • компьютеру 1 нужно отправить сообщение компьютеру 2.
  • компьютер1 имеет IP адрес 192.168.0.1 и маску подсети 255.255.255.0
  • компьютер2 имеет IP адрес 192.168.0.2 и маску подсети 255.255.255.0

компьютер1 производит побитовое сложение своего IP адреса и маски подсети.

Обратите внимание: При побитовом сложении, если оба бита равны 1 — результат будет 1, в противном случае результат будет 0.

11000000 10101000 00000000 00000001
11111111 11111111 11111111 00000000

11000000 10101000 00000000 00000000

компьютер1 производит побитовое сложение IP адреса и маски подсети для компьютера2.

11000000 10101000 00000000 00000010
11111111 11111111 11111111 00000000

11000000 10101000 00000000 00000000

Как вы видите — результат побитового сложения одинаков для обоих хостов, что означает что оба хоста находятся в пределах одной сети.

Маршрутизация

В примере выше, был рассмотрен случай, когда компьютеры находятся в пределах одной сети. Это означает, что эти компьютеры могут передавать информацию непосредственно между собой, как говорится из рук в руки. Если-же компьютеры находятся в различных сетях, для передачи данных между ними потребуется маршрутизатор.

Самым распространенным примером маршрутизатора есть WiFi роутер (роутер он потому, что маршрут по английски route, соответственно маршрутизатор стали называть роутерами).

Роутером называется сетевое устройство, котрое имеет два, или более сетевых интерфейса (которые имеют уникальные IP адерса). Устроен роутер так, что при поступлении на один из сетевых интерфесов IP пакета, производится его анализ и принимается решение куда передавать IP пакет дальше. В случае с домашним роутером, вариантов не много — он просто передает пакеты дальше на маршрутизатор провайдера, где IP пакет опять анализируется и так далее до тех пор, пока ваш IP пакет не достигнет цели.

Итак, компьютер определил, что для отправки пакета требуется передать данные в другую сеть. Для этого, в настройках IP параметров каждого компьютера предусмотрен дополнительный параметр — IP адрес шлюза по умолчанию. Шлюз по умолчанию, это и есть роутер, который будет передавать IP пакеты сетевым устройствам, которые находятся за пределами вашей локальной сети.

Классы IP адресов

Исторически сложилось, что провайдерам выделялись IP адреса классами, которых всего три:

Резервированные диапазоны IP адресов

Вы наверное заметили, что диапазон адресов 127.x.x.x не вошел ни в один из классов. Данный диапазон зарезервирован под использование в интерфейсе обратной петли (loopback). Адреса из данного диапазона всегда укаызвают на локальный компьютер.

Диапазон адресов 169.254.0.x также зарезервирован под нужды APIPA.

Диапазоны частных IP адресов

До недавнего времени проблема с нехваткой IP адресов была не так актуальна как сейчас. Сейчас-же для того, чтоб каждое сетевое устройство организации подключить к интернет большое расторчительство, поэтому домашние сети и организации любого размера предпочитают использовать NAT. Для этой цели IANA решила зарезервировать по одной сети из каждого класса:

  • 10.0.0.1 – 10.255.255.254 из класса A
  • 172.16.0.1 – 172.31.255.254 из класса B
  • 192.168.0.1 – 192.168.255.254 из класса C

Вместо того, чтоб присваивать каждому устройству, подключающемуся к итернет реальный айпи адрес, провайдер выделяет только один рельный айпи адрес для маршрутизатора, через который компьютеры локальной сети выходят в интернет, а компьютерам локальной сети присваиваются айпи адреса из диапазонов, который наиболее подходят под нужды конкретной локальной сети. Затем, маршрутизатор подменяет адрес локальной сети у пакетов, отправляемых в интернет и возвращает адрес локальной сети пакетам, возвращающимся из интернет.

Обратите внимание: В большинстве случаев внешний IP адрес вашего маршрутизатора назначается DHCP сервером провайдера динамически, поэтому он со временем может изменяться. Для того, чтоб IP адрес не изменялся — нужно у провайдера заказать услугу статический айпи адрес.

Преобразование имен в IP адреса и обратно

Согласитесь, что запомнить имя сервера FileServer1 намного легче, нежели его IP адрес 89.53.234.2. В малых ссетях, где не установлен сервер DNS, если вы попытаетесь открыть FileServer1, ваш компьютер отправит широковещательный запрос, в котором запрашивается информация о FileServer1. Если FileServer1 получит этот широковещательный запрос, он в ответ вернет свой IP адрес. Даный метод разрешения имен компьютера в сети называется LLMNR (Link-lock Multicast Name Resolution), и очень удобен в масштабах домашней сети. Для больших сетей он имеет проблемы сс масштабируемостью: если в вашей сети огромное количество компьютеров — имеются две проблемы при использовании LLMNR: рассылка широковещательных запросов в таких условиях производит большую нагрузку на сеть, ну и в связи с этим, большинство роутеров не маршрутизируют широквещательные запросы.

DNS (Служба доменных имен)

Наиболее правильным методом решения проблемы с масштабируемостью — это использовать службу DNS (Domain Name System). Когда вы попытаетесь подключиться к FileServer1, ваш компьютер обратится к серверу DNS, с вопросом кто такой FileServer1. DNS сервер вернет в отвер IP адрес FileServer1, который в дальнейшем ваш компьютер может использовать для подключения к FileServer1. Для более детального ознакомления со службой DNS чиайте статью DNS: Что это такое.

Адресация в IP-сетях

7.1. Логические адреса версии IPv4

Узлы IP-сети имеют уникальные физические и логические адреса . Физический устанавливается изготовителем аппаратных средств, например МАС- адрес сетевой карты NIC , который «прошивается» в ПЗУ . Логический адрес устанавливается пользователем (администратором) или назначается динамически протоколом DHCP из диапазона выделенных адресов. Логические адреса узлов в IP-сетях версии IPv4, используемой в настоящее время, содержат 32 двоичных разряда, т. е. 4 байта. Каждый из 4 байт адреса в технической документации отображается десятичным числом, а байты разделяются точкой, например, 172.100.220.14. Часть этого адреса (старшие разряды) является номером сети, а другая часть (младшие разряды) – номером узла в сети. Таким образом, IP-адреса являются иерархическими, в отличие от плоских МАС-адресов. В соответствии с тем, какая часть адреса относится к номеру сети, а какая – к номеру узла, адреса делятся на классы. Для уникальной адресации узлов используются три класса адресов.

В адресе класса А старший байт задает адрес сети , а три младших байта – адрес узла ( host ).

В адресе класса В два старших байта задают адрес сети , а два младших байта – адрес узла ( host ).

В адресе класса С три старших байта задают адрес сети , а младший байт – адрес узла.

Существует также многоадресный (multicast) класс D и резервный класс E. Дополнительная информация по классам и адресам приведена в таблице 7.1.

Номер узла ( адрес host ) не может состоять только из одних единиц или нулей. Если в поле адреса узла все нули, это значит, что задается номер ( адрес ) сети или подсети. Если же в этом поле все двоичные разряды равны единице, то это означает широковещательный ( broadcast ) адрес , предназначенный всем узлам сети, в которой находится узел, сформировавший данный пакет, т.е. источник передаваемой информации. Этим объясняется уменьшение максимального числа узлов в сети на 2 (см. таблицу 7.1). Таким образом, максимальное число узлов в сети класса С будет равно 2 8 — 2 = 254.

Читать еще:  Как посмотреть мак адрес сетевой

Старший разряд адреса класса А всегда равен 0, поэтому адреса сетей могут находиться в диапазоне от 1 до 127. Однако адрес 127.0.0.1 предназначен для самотестирования, по этому адресу узел обращается к самому себе, проверяя, установлен ли протокол TCP /IP на этом хосте. Поэтому адрес сети 127.0.0.0 не входит в состав адресов таблицы 7.1.

С целью сокращения количества адресов, которыми оперирует маршрутизатор , в его таблице маршрутизации задаются адреса сетей , а не узлов. В то же время в адресной части пакета задаются адреса узлов (см. рис. 6.7). Поэтому маршрутизатор , получив пакет, должен из адреса назначения получить адрес сети . Эту операцию маршрутизатор реализует путем логического умножения сетевого адреса узла на маску. Число разрядов маски равно числу разрядов IP-адреса. Непрерывная последовательность единиц в старших разрядах маски задает число разрядов адреса, относящихся к номеру сети. Младшие разряды маски, равные нулю, соответствуют разрядам адреса узла в сети. При логическом умножении адреса узла на маску получается адрес сети. Например, при умножении IP-адреса 192.100.12.67 на стандартную маску класса С, равную 255.255.255.0, получается следующий результат:

т. е. получен номер сети 192.100.12.0.

Аналогичная запись предыдущего адреса с соответствующей маской класса С может также иметь следующий вид: 192.100.12.67/24, означающий, что маска содержит единицы в 24 старших разрядах. При этом 24 старших разряда будут одинаковы для всех узлов сети, т.е. образуют общую часть адреса, называемую префиксом. Именно префикс имеет обозначение /24.

Стандартная маска адреса класса В имеет 16 единиц в старших разрядах и 16 нулей в младших. Поэтому если адрес узла будет равен 172.16.37.103/16, адрес сети будет равен 172.16.0.0. Маска адреса класса А имеет 8 единиц в старших разрядах и 24 нуля в младших. Поэтому, например, адресу узла 10.116.37.103/8 соответствует адрес сети 10.0.0.0.

Разбиение адресов на классы жестко задает максимальное количество узлов в сети. Этому соответствуют протоколы маршрутизации типа Classful, которые требуют, чтобы использовалась единая (стандартная) маска сети . Например, в сети с адресом 192.168.187.0 может использоваться стандартная маска 255.255.255.0, а в сети 172.16.0.0 используется стандартная маска 255.255.0.0.

7.2. Формирование подсетей

В ряде случаев для удобства управления администратор может самостоятельно формировать подсети внутри выделенного ему адресного пространства . Например, администратору выделен адрес сети 198.11.163.0 класса С, и ему необходимо создать 10 компьютерных подсетей по 14 узлов. Для адресации 10 подсетей потребуется 4 разряда адреса. Таким образом, маска должна иметь единицы в 28 старших двоичных разрядах и 4 нуля в младших – 11111111.11111111.11111111.11110000, т. е. маска будет 255.255.255.240. В этом случае максимально может быть задано 16 подсетей по 14 узлов в каждой (таблица 7.2). Из 16 подсетей администратор использует 10, а оставшиеся 6 использоваться не будут.

Следовательно, если задан адрес 198.11.163.83 с маской 255.255.255.240, то после логического умножения адреса на маску будет получен адрес подсети:

т. е. подсеть 198.11.163.80 сети 198.11.163.0, а номер узла равен 3 (0011).

Таблица и правила IP адресации в сетях

Адресация в IP

IP-адрес любого узла сети записан 32-разрядным двоичным числом, в отличии от физических (МАС) адресов, которые зависят от конкретной сетевой технологии. Определения IP-адреса узла его физическому адресу внутри сети определяется с помощью широковещательных запросов ARP-протокола. IP-адрес имеет четыре числа в диапазоне 0-255, представлены в (двоичной, восьмеричной, десятичной или шестнадцатеричной) системе счисления и разделены точками.

Адреса основан на двух частях, префикс (n) — сетевая часть, которая общая для всех узлов данной сети, и хост-части (h) — уникальная для каждого узла. Соотношение размеров частей адреса зависит от принятого метода адресации, которых уже сменилось 3 раза.

Сначала (1980 г) было разделение на основе класса и разрешалось три фиксированных размера префикса — 1,2 или 3 байта. Они описывали класс сети. В таблице 1 наведена структура адресов пяти классов сетей. Класс D создан для группового вещания, тут хост-часть адреса отсутствует, а n…n являет идентификатор группы. Класс Е описан как резерв для будущих применений.

В 1985 году было введено деление на подсети, относительно разных размеров. Адрес подсети (s) реализует несколько старших бит, которые отводятся при стандартной классовом делении под хост-часть адреса. К примеру: структура адреса класса С имеет вид: 110nnnnn.nnnnnnnn.nnnnnnnn.sssshhhh — подсеть с 4-битной хост-частью адреса, которая может мметь 14 узлов. Подсети могут делиться на еще более меньшие подсети. Деление на подсети не допускает пересечение границы адресов класса. К примеру адрес — 110nnnnn.nnnnnnnn.nnnnnnss.sshhhhhh не является возможным, так как по первым битам он принадлежит к классу С (а для класса В такая длина префикса допустимая).

Такие результаты были не годными, и в 1993 году был принят внеклассовый принцип к определению длины префикса. После длина префикса разная, что разрешало гибко распределять адресное пространство. Комбинации из всех единиц или нулей в префикса и/или хост-части зарезервированы под широковещательные сообщения и служебных целей:

  • Нулевой адрес не используется
  • Нулевая хост-часть адреса в старых протоколах обмена RIP (маршрутная информация) означает, что передается адрес подсети.
  • Нулевой префикс определяет принадлежность получателя к сети отправителя
  • Единицы во всех битах адреса определяет широковещательность рассылки пакета всем узлам сети отправителя
  • Единицы во всех битах хост-части (префикс при этом не единичный и ненулевой) означают широковещательность рассылки пакета всем узлам сети, заданной префиксом.
  • Адреса 127.х.х.х зарезервированы для отладочных задач. Пакет, отправленный протоколом верхнего уровня по любому из таких адресов (обычно это 127.0.0.1) по сети не передается, а сразу поступает на вверх по протокольному стеку этого же узла (loopback).

При записи адреса можно применять форму, где последний элемент указывает длину префикса в битах. К примеру, адрес сети стандартного класса С может иметь десятичный вид — 199.123.456.0/24, а адрес 199.123.456.0/28 определяет уже подсеть с числом хостов 14.

Три варианта адресации различаются в подаче информации, которая нужна маршрутизатору. При классовой организации, кроме адреса больше ничего не нужно, поскольку положения префикса фиксировано. Протокол RIP сетевой маршрут узнавал по нулевой хост-части, где хоть один единичный бит определял маршрут узла. При определении подсети нужна дополнительная информация о длине префикса. При переходе на подсети было принято, что адресация внешних сетей реализована по классовому признаку, а локальные маршрутизаторы которые работают с подсетями, получают значение масок при ручной настройке. Появилась новый тип — подсетевой маршрут. Новые протоколы обмена маршрутным данными распознавала префиксы разного размера.

На сегодня форма префикса задается в виде маски подсети. Маска являет собою 32-битное число, которое записано по правилам IP-адреса, где старшие биты соответствовали префиксу и имели единичное значение. Маски могут иметь значение из неограниченного списка (таблица 2). Перед ненулевым байтом маски значения могут быть только 255, после байта — только нули. Создание маски наведено в таблице 3. Количество разрешимых адресов хостов в сети определяется по формуле — N = 2 (32 — P) — 2, где Р — длина префикса. Префиксы длиной 31 или 32 бит невозможны для реализации, префикса длиной 30 бит может адресовать только два узла (пример протокол РРР). Адресом сети можно считать адрес любого ее узла с обнуленными битами хост-части.

В десятичном виде диапазон адресов и маски сети классов:

  • Класс А: 1.0.0.0 — 126.0.0.0, маска 255.0.0.0
  • Класс В: 128.0.0.0 — 191.255.0.0, маска 255.255.0.0
  • Класс С: 192.0.0.0 — 223.255.255.0, маска 255.255.255.0
  • Класс D: 224.0.0.0 — 239.255.255.255, маска 255.255.255.255
  • Класс Е: 240.0.0.0 — 247.255.255.255, маска 255.255.255.255

Таблица 2 — Длина префикса, значение маски и количество узлов подсети

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector