Класова адресація в ір-мережах

IP-адреса має довжину 4 байти і звичайно записується у виді чотирьох чисел, що представляють значення кожного байта в десятковій формі і розділених крапками, наприклад, 128.10.2.30 - традиційна десяткова форма представлення адреси, а 10000000 00001010 00000010 00011110 - двійкова форма представлення цієї ж адреси.

Адреса складається з двох логічних частин - номера мережі і номери вузла в мережі. Яка частина адреси відноситься до номера мережі, а яка - до номера вузла, визначається значеннями перших біт адреси. Значення цих біт є також ознаками того, до якого класу відноситься та чи інша IP-адреса (рис. 6.3).

Рисунок 6.3 – Структура IP-адреси

Якщо адреса починається з 0, то мережу відносять до класу А і номер мережі займає один байт, інші 3 байти інтерпретуються як номер вузла в мережі. Мережі класу А мають номера в діапазоні від 1 до 126. (Номер 0 не використовується, а номер 127 зарезервований для спеціальних цілей, про що буде сказано нижче.) Мереж класу А небагато, зате кількість вузлів у них може досягати 224, тобто 16 777 216 вузлів.

Якщо перші два біти адреси рівні 10, то мережа відноситься до класу В. У мережах класу В під номер мережі і під номер вузла приділяється по 16 біт, тобто по 2 байти. Таким чином, мережа класу В є мережею середніх розмірів з максимальним числом вузлів 216, що складає 65 536 вузлів.

Якщо адреса починається з послідовності 110, то це мережа класу С. У цьому випадку під номер мережі приділяється 24 біти, а під номер вузла - 8 біт. Мережі цього класу найбільш поширені, число вузлів у них обмежено 28, тобто 256 вузлами.

Якщо адреса починається з послідовності 1110, то вона є адресою класу D і позначає особливу, групову адресу - multicast. Якщо в пакеті як адресу призначення зазначена адреса класу D, то такий пакет повинні одержати усі вузли, яким привласнений дана адреса.

Якщо адреса починається з послідовності 11110, то це значить, що дана адреса відноситься до класу Е, Адреси цього класу зарезервовані для майбутніх застосувань.

У табл. 6.1 приведені діапазони номерів мереж і максимальне число вузлів, що відповідають кожному класу мереж.

Таблиця 6.1 – Характеристики адрес різного класу

Клас	Перші біти	Найм. № мережі	Найб. № мережі	Макс. число вузлів в мережі
А	0	1.0.0.0.	126.0.0.0	214=16 777 216
В	10	128.0.0.0.	191.0.0.0	216=65 536
С	110	192.0.0.0.	223.0.0.0	28=256
D	1110	224.0.0.0.	239.0.0.0	multicast
E	11110	240.0.0.0.	247.0.0.0	reserved

Великі мережі мають адреси класу А, середні - класу В, маленькі класу С.

Поняття маршруту, динамічного і статичного маршруту, default gateway, routing, forwarding

Основна ідея введення мережного рівня полягає в наступному. Мережа в загальному випадку розглядається як сукупність декількох мереж і називається складеною чи мережею інтермережею (internetwork чи internet). Мережі, що входять у складену мережу, називаються мідмережами (subnet), що складають чи мережами просто мережами

Підмережі з'єднуються між собою маршрутизаторами. Компонентами складеної мережі можуть бути як локальні, так і глобальні мережі. Внутрішня структура кожної мережі на малюнку не показана, тому що вона не має значення при розгляді мережного протоколу. Усі вузли в межах однієї підмережі взаємодіють, використовуючи єдину для них технологію. Так, у складену мережу, показану на малюнку, входить кілька мереж різних технологій: локальні мережі Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI і глобальні мережі frame relay, X.25, ISDN. Кожна з цих технологій достатня для того, щоб організувати взаємодія усіх вузлів у своєї підмережі, але не здатна побудувати інформаційний зв'язок між довільно обраними вузлами, що належать різним мідмережам, наприклад між вузлом А та вузлом В на рис. 6.4. Отже, для організації взаємодії між будь-якою довільною парою вузлів цієї «великої» складеної мережі вимагаються додаткові засоби. Такі засоби і надає мережний рівень.

Мережний рівень виступає як координатор, що організує роботу всіх мідмереж, що лежать на шляху просування пакета по складеній мережі. Для переміщення даних у межах мідмереж мережний рівень звертається до використовуваного в цих підмережах технологіям.

Хоча багато технологій локальних мереж (Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet і ін.) використовують ту саму систему адресації вузлів на основі МАС - адрес, існує чимало технологій (X.25, АТМ, frame relay), у яких застосовуються інші схеми адресації. Адреси, привласнені вузлам відповідно до технологій мідмереж, називають локальними. Щоб мережний рівень міг виконати свою задачу, йому необхідна власна система адресації, що не залежить від способів адресації вузлів в окремих підмережах, що дозволила б на мережному рівні універсальним і однозначним способами ідентифікувати будь-який вузол складеної мережі.

Природним способом формування мережної адреси є унікальна нумерація всіх мідмереж складеної мережі і нумерація усіх вузлів у межах кожної підмережі . Таким чином, мережна адреса являє собою пару: номер мережі (підмережі ) і номер вузла.

Дані, що надходять на мережний рівень і які необхідно передати через складену мережу, забезпечуються заголовком мережного рівня. Дані разом із заголовком утворять пакет. Заголовок пакета мережного рівня має уніфікований формат, що не залежить від форматів кадрів канального рівня тих мереж, що можуть входити в об'єднану мережу, і несе поряд з іншою службовою інформацією дані про номер мережі, який призначається цей пакет. Мережний рівень визначає маршрут і переміщає пакет між мідмережами.

Основним полем заголовка мережного рівня є номер мережі-адресата. У протоколах локальних мереж такого поля в кадрах передбачено не було - передбачалося, що усі вузли належать однієї мережі. Явна нумерація мереж дозволяє протоколам мережного рівня складати точну карту міжмережевих зв'язків і вибирати раціональні маршрути при будь-якій їхній топології, у тому числі альтернативні маршрути, якщо вони маються, що не вміють робити мости і комутатори.

Крім номера мережі заголовок мережного рівня повинний містити й іншу інформацію, необхідну для успішного переходу пакета з мережі одного типу в мережу іншого типу. До такої інформації може відноситися, наприклад:

• номер фрагмента пакета, необхідний для успішного проведення операцій розбирання-збірки-розбирання фрагментів при з'єднанні мереж з різними максимальними розмірами пакетів;

• час життя пакета, що вказує, як довго він подорожує по інтермережі, цей час може використовуватися для знищення «заблудлих» пакетів;

• якість послуги - критерій вибору маршруту при міжмережевих передачах - наприклад, вузол-відправник може зажадати передати пакет з максимальною надійністю.

Коли дві чи більш мережі організують спільну транспортну службу, то такий режим взаємодії звичайно називають міжмережевою взаємодією (internetworking).