Символьные (доменные) адреса

Символьные (доменные) адреса предназначены для людей. Для работы в больших сетях символьные адреса имеют сложную иерархическую структуру, содержащую имя пользователя, имя подсети (поддомена), символьное имя страны или организации (домена). Например, адрес Ivan.Sidorov@sk.sut.ru обозначает, что адресат (Иван Сидоров) находится в подсети sk сети sut в России - ru (впрочем, возможно и не в России), а адрес www.protocols.com – адрес домена коммерческой организации (как правило коммерческой).

Версии tcp/ip

TCP/IP стал официальным протоколом для Интернета в 1983-м и развивался вместе с развитием Интернета. Исторически существовало шесть версий TCP/IP. Здесь мы рассмотрим последние три версии.

Версия 4

Большинство сетей в Интернете в настоящее время использует версию 4. Однако она имеет существенные недостатки. Главный из них — это проблема с адресом Интернета: только 32 бита длины в адресном пространстве, разделенном на различные классы. С быстрым ростом Интернета 32 бит уже не достаточно, чтобы оснастить проектируемое число пользователей. Также и разделение места в различных классах ограничивает в дальнейшем доступные адреса.

Версия 5

Версия 5 была предложением, основанным на модели OSI. Она никогда так и не вышла из рамок предложения из-за обширного уровня изменений и проектируемых расходов.

Версия 6

Набор протоколов сетевого уровня TCP/IP — IPv4 (Internet Protocols, version 4) имеет недостатки, которые делают его неподходящим для быстрого роста. Некоторые из них перечислены ниже.

• IPv4 имеет двухуровневую структуру адреса ( netid – сетевой идентификатор и hostid – идентификатор хоста), разделенную на пять классов (A, B, C, D и E). Это приводит к неэффективному использованию адресного пространства. Например, организации, которая имеет класс адресов A, предоставляется 16 миллионов адресов из адресного пространства для эксклюзивных пользователей. Если организации это много, то следующая градация — класс B — предоставляет адресное пространство 32000 адресов, а это уже может оказаться мало. Поэтому приходится использовать адресное пространство с избыточным числом адресов. Также миллионы адресов нерационально используются в классах D и E. Этот метод адресации исчерпал адресное пространство IPv4, и скоро не будет адресов, которые могут быть назначены новым системам для подключения к Интернету. Методы, облегчающие некоторые проблемы адресации, как это показано в предыдущих разделах, осложняют создание новых маршрутов.

• Интернет должен обеспечивать аудио- и видеопередачу в реальном масштабе времени. Этот тип передачи требует стратегии минимальных задержек и резервирования ресурсов, не обеспечиваемых проектом IPv4.

• Интернет должен обеспечивать шифрование и распознавание данных для некоторых приложений. В настоящее время IPv4 не предоставляет этих услуг.

Для того чтобы преодолеть эти недостатки, IETF разработал новую версию, названную версией 6. Был предложен IPv6 (IPNG — Internet Protocol next generation), который стал стандартом. В IPv6 протоколы Интернета были в значительной степени модифицированы, чтобы приспособиться к росту числа пользователей Интернета. Формат и длина IP-адресов были изменены вместе с форматом пакета.

IPv6, также известный как IPng (IP next generation — следующее поколение IP), использует 16-байтовые адреса (128 битов) взамен 4-байтовых адресов (32 бита), применяемых в настоящее время в версии 4. IPv6 может таким образом разместить большее число пользователей. В версии 6 формат пакета был упрощен, и в то же самое время в него внесены изменения, более гибко учитывающие будущее развитие услуг Интернета.

IPv6 имеет преимущества перед IPv4, некоторые из которых приведены ниже.

• Большое адресное пространство. IPv6-адрес имеет 128 бит длины. По сравнению с 32-битовым адресом IPv4 это громадное (296) увеличение адресного пространства.

• Лучший формат заголовка. IPv6 использует новый формат заголовка, в котором опции отделены от основного заголовка и вставлены, когда это нужно, между основным заголовком и данными более высокого уровня. Это упрощает и ускоряет процесс маршрутизации, потому что большинство опций не нужны для обработки маршрутизатором.

• Новые опции. IPv6 имеет новое поле опций, дающее новые функциональные возможности.

• Возможности для расширения. IPv6 разработан так, чтобы позволить расширить возможности протоколов, если потребуются новые технологии и применения.

• Поддержка для размещения ресурсов. В IPv6 поле "тип услуги" не переменное, но дополнено механизмом (названным таблица потока) для обеспечения возможности источника запросить специальную обработку пакета. Этот механизм может быть использован для поддержки увеличенного или чувствительного к задержкам трафика, такого как аудио и видео, в реальном масштабе времени.

• Поддержка большой безопасности. Опции шифрования и опознавания IPv6 обеспечивают конфиденциальность и неприкосновенность пакета.

IP-адресация в версии 6

Принципиальным решением устранения дефицита сетевых адресов является расширение адресного поля с 4-байтного (текущей версии IPv4) на 16-байтное (в новой версии IPv6) [56, 58, 66, 67, 70]. Адреса присваиваются интерфейсам; если к интерфейсу подключен один узел, то его адрес совпадает с адресом узла. Адресация использует бесклассовую систему междоменной маршрутизации (Classless Inter Domain Routing, CIDR).

Предложено три формы представления адреса:

• Предпочтительная форма (шестнадцатеричная система счисления с двоеточием) – восемь 16-битовых шестнадцатеричных чисел, разделенных двоеточием. Например, FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210.

• Сжатая форма – запись длительной последовательности "0" путем введения двойного двоеточия. Двоеточие допускается использовать только в одном месте адреса. Например, адрес 1080:0:0:0:8:800:200C:417A может быть представлен в виде 1080::8:800:200C:417A.

• Смешанная форма – шесть старших чисел (96 бит) записываются в предпочтительной форме, а младшие числа (32 бита) представляются в виде, принятом в IPv4. Например, 0:0:0:0:0:0:13.1.68.3, или в сжатой форме ::13.1.68.3.

Длина префикса записывается в конце адреса и отделяется от него косой линией. Например, адрес 12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60 содержит 60 битовый префикс 12AB:0000:0000:CD3, или в сжатой форме 12AB:0:0:CD30::/60.

В версии IPv6 имеется три типа адресов.

• Индивидуальный адрес (Unicast address). Индивидуальные адреса определяют единственный интерфейс. Пакет, посланный по такому адресу, доставляется на указанный интерфейс. Для облегчения функции маршрутизации индивидуальный адрес формируются в виде составного адреса (AGUA — Aggregatable Global Unicast Address).

• Альтернативный адрес (Anycast address). Адрес такого типа относится к различным узлам, но имеет один и тот же адресный префикс. Например, все компьютеры соединены одной и той же физической сетью, использующей один и тот же префикс. Пакет, посланный по альтернативному адресу, должен быть доставлен точно к одному из участников группы ближайшим или наиболее доступным маршрутом, который имеет наименьшую метрику. Транспортировка пакета предполагается по фиксированному пути путем создания стека выборочных адресов.

• Широковещательный адрес (Multicast address). Широковещательный адрес определяет группу интерфейсов. Каждый участник этой группы может иметь или не иметь один префикс. Участники могут быть или не быть подключены к одной и той же физической сети. Пакет, посланный по широковещательному адресу, доставляется каждому участнику этой группы.

Имеются специальные адреса. Не специфицированный адрес 0:0:0:0:0:0:0:0 используется при запросе назначения адреса, адрес шлейфа (loopback) 0:0:0:0:0:0:0:1 — для посылки пакета самому себе. Эти и еще некоторые типы адресов уже упоминались в предыдущем разделе.

Распределение адресного пространства

Адресное пространство имеет много различных функций. Разработчики IP-адресов разделили адресное пространство на две части, первая из которых называется тип префикса. Этот префикс переменной длины определяет цель адреса. Коды разработаны так, что нет кода, идентичного первой части любого другого кода. Таким путем удается избежать неопределенности; когда выдается адрес, тип может просто быть определен. Рисунок 2.3 показывает формат IPv6-адреса.

Рис. 2.3. Структура адреса в IPv6

Существуют рекомендации по величине длины полей, и длина полей внутри формата может изменяться. Nаблицa 2.7 показывает префиксы для каждого типа адреса. Третья колонка показывает долю каждого типа адреса относительно полного адресного пространства.

Таблица 2.7. Примеры адресов для конференц-связиТип префикса Тип Доля

0000 0000 Зарезервировано 1/256

0000 0001 Зарезервировано 1/256

0000 001 Точка Сетевого доступа (NSAP – Network Service Access Point) 1/128

0000 010 Зарезервировано 1/128

0000 011 Зарезервировано 1/128

0000 101 Зарезервировано 1/128

0000 110 Зарезервировано 1/128

0000 111 Зарезервировано 1/128

0001 Зарезервировано 1/16

001 Зарезервировано 1/8

010 Индивидуальный адрес 1/8

100 Зарезервировано 1/8

101 Зарезервировано 1/8

110 Зарезервировано 1/8

1110 Зарезервировано 1/16

1111 0 Зарезервировано 1/32

1111 10 Зарезервировано 1/64

1111 110 Зарезервировано 1/128

1111 1110 0 Зарезервировано 1/512

1111 1110 10 Местный адрес линии 1/1024

1111 1110 11 Местный адрес сайта 1/1024

1111 1111 Широковещательные адреса 1/256

Индивидуальный адрес

Формат адреса показан на Рис. 2.4

Рис. 2.4. Формат индивидуального адреса

Поля для индивидуального адреса следующие:

• Тип идентификатора. Это 3-битовое поле определяет адрес как адрес, выдаваемый поставщиком.

• Идентификатор регистрации. Это 5-битовое поле указывает агентство, которое зарегистрировало адрес. В настоящее время определены три центра регистрации. INTERNIC (код 11000) – это центр для Северной Америки; RIPNIC (код 01000 ) – это центр для Европейской регистрации; и APNIC (код 10100 ) – это для стран Азии и Тихого океана.

• Идентификатор поставщика. Поле переменной длины, определяющее поставщика для доступа к Интернету. Для этого поля рекомендовано 16 бит длины.

• Идентификатор абонента. Для этого поля рекомендуется длина поля 24 бита.

• Идентификатор подсети. Каждый абонент может иметь много различных подсетей, и каждая сеть может иметь различный идентификатор. Идентификатор сети определяет заданную сеть на территории подписчика. Для этого поля рекомендована длина 32 бита.

• Идентификатор узла. Последнее поле определяет идентификацию узла, подключенного к подсети. Для этого поля рекомендована длина 48 бит, чтобы сделать его совместимым с 48-битовым адресом линии (физической), используемой Ethernet-ом. В будущем этот линейный адрес будет, вероятно, тот же самый, что физический адрес узла.

Индивидуальный адрес можно рассматривать как иерархическую адресацию, старшая часть которой используется магистральными маршрутизаторами, а младшая – маршрутизаторами низшего уровня. В совокупности старшие разряды адреса (префикс провайдера и префикс абонента) образуют составной адрес абонента, префикс провайдера — префикс абонента и префикс подсети — составной адрес подсети; а младшие – адрес узла в этой подсети.

Зарезервированные адреса

Адреса, которые используют префикс 00000000, кратко обсудим ниже.

Неопределенный адрес. Это адрес, в котором вся остальная часть, не содержащая префикс, состоит из одних нулей. Другими словами, полный адрес представляет число нуль. Такой адрес используется, когда хост не знает свой собственный адрес и посылает запрос для его нахождения. Однако в запросе он должен указать адрес источника. Неопределенный адрес может быть использован для этих целей. Заметим, что неопределенный адрес не может быть применен как адрес пункта назначения.

Шлейфный (петлевой) адрес (loopback). Этот адрес используется хостом для самотестирования без выхода в сеть. В этом случае сообщение создается на прикладном уровне, посылается на транспортный уровень и далее передается на сетевой уровень. Однако вместо перехода на физический уровень оно возвращается на транспортный уровень и передается на прикладной уровень. Это очень полезное тестирование функций программного обеспечения, расположенных на этих уровнях, по сравнению даже с подключением компьютера к сети. Адрес состоит из префикса 00000000, за ним следуют 119 нулевых бит и младший разряд, который содержит один единичный бит.

IPv4-адреса. Адресация IPv6 предусматривает взаимодействие с сетями, работающими в сетях IPv4. Во время перехода от IPv4 к IPv6 хост может использовать их IPv4-адреса, встроенные в адреса IPv6. Для этой цели разработаны два формата: совместимый и отображаемый. Совместимый адрес — это адрес из 96 нулей, за которыми следуют 32 бита IPv4-адреса. Он применяется, когда интерфейс, использующий IPv6, хочет посылать сообщение к другому интерфейсу, использующему IPv4. Передатчик задействует IPv4-совместимый адрес, чтобы пройти оборудование, передающие пакеты через регион IPv4.

Отображаемый адрес похож на совместимый, он включает в себя 72 нуля и 16 единиц, а последние 32 бита, как и в совместимом адресе, содержат IPv4-адрес. Он применяется, когда интерфейс, размещенный в зоне IPv6, хочет послать пакет к компьютеру, еще использующему IPv4. Пакет проходит большую часть пути через сети IPv6, но в конечном итоге доставляется к хосту, который использует IPv4-адреса.

Очень интересно, что адреса соответствия и отображения разработаны таким образом, что, когда высчитывается контрольная сумма, можно использовать только встроенный адрес или весь полный адрес, потому что дополнительные нули или единицы, число которых кратно 16, не оказывают никакого эффекта на вычисление контрольной суммы. Это важно, потому что когда адрес пакета изменится от IPv6 к IPv4 с помощью маршрутизатора, контрольная сумма не изменяется.

Местные адреса

За этими адресами зарезервирован префикс ( 11111110 ).

Адрес местной линии. Эти адреса используются, если локальная сеть – LAN, в ней применяются интернет-протоколы, но сеть не подключена к Интернету по соображениям безопасности. Здесь задействован префикс 1111 1110 10. Такой адрес местной линии существует в изолированной сети и не применяется глобально. Никто извне не может послать сообщения компьютеру, который подсоединен к сети, использующей этот адрес. Адрес, кроме префикса длиною 10 бит, содержит 70 нулей и в младших разрядах — 48 бит адреса узла.

Местный адрес сайта. Этот адрес нужен, если сайт, доступный для нескольких сетей, использует интернет-протоколы, но не подключен к Интернету, также по соображениям секретности. Этот тип адресации использует префикс 1111 1110 11. Местный адрес сайта существует в изолированных сетях и не применяется глобально. Никто извне не может послать сообщения компьютеру, который подсоединен к сети, использующей этот адрес.

Адрес, кроме префикса длиною 10 бит, содержит 38 нулей и 32 бита – адрес подсети и в младших разрядах — 48 бит адреса узла.

Широковещательный адрес

Широковещательные адреса применяются для определения группы хостов вместо единственного. Для этого адреса используется префикс 11111111 (в первом поле). Во втором поле размещается флаг, который определяет группу адресов, как постоянных, так и кратковременных. Постоянный адрес группы определяется интернет-полномочиями и может быть доступен все время. Напротив, кратковременный адрес группы задействован только временно. Система, применяемая в телеконференции, например, может использовать кратковременный адрес. Этот адрес содержит несколько различных областей, как это показано на Рис. 2.5

Рис. 2.5. Широковещательный адрес

Краткие итоги

1. Международная организация по стандартизации (ISO) создала модель, называемую взаимодействием открытых систем (OSI), которая позволяет связываться между собой разнообразным системам.

2. Модель OSI с семью уровнями обеспечивает рекомендации для развития универсально совместимых протоколов организации сети.

3. Физический, канальный и сетевой уровни – это уровни поддержки сети.

4. Сеансовый, представительский и прикладной уровни — пользовательские уровни поддержки.

5. Транспортный уровень связывает уровни поддержки сети и пользовательские уровни поддержки.

6. Физический уровень координирует функции, для того чтобы передать битовый поток по физической среде.

7. Канальный уровень предназначен для того, чтобы доставлять модули данных от одной станции до следующей без ошибок.

8. Сетевой уровень отвечает за доставку "источник - пункт назначения" пакета через множество сетевых линий связи.

9. Транспортный уровень отвечает за доставку "источник - пункт назначения" полного сообщения.

10. Сеансовый уровень устанавливает, обслуживает и синхронизирует взаимодействие между средствами связи.

11. Уровень представления гарантирует способность к взаимодействию между средствами связи с помощью преобразования данных во взаимно согласованные форматы.

12. Прикладной уровень дает возможность пользователям обратиться к сети.

13. TCP/IP — иерархический набор протокола с пятью уровнями, разработанный до модели OSI.

14. Прикладной уровень TCP/IP эквивалентен объединению сеансового, представительного и прикладного уровней модели OSI.

15. Три типа адресов используются системами, применяющими протокол TCP/IP: физический адрес, межсетевой адрес (адрес IP) и адрес порта.

16. Физический адрес, также известный как адрес связи, является адресом узла, определяемым его LAN или WAN.

17. Адрес IP уникально определяет хост в Интернете.

18. Адрес порта идентифицирует процесс.

19. IPv6, как предполагается, в ближайшем будущем заменит IPv4.