3.6 Адресация (1/2)
Типы адресов стека TCP/IP
Распознаются объекты компьютерной сети с помощью адресации.Канальный уровень имеет дело только с физическими адресами устройств (иногда называются также МАС-адресами). Физические адреса устройств — это уникальные адреса оборудования. Чаще всего они назначаются производителями оборудования,которые используют адреса, закрепленные за ними стандартизирующей организацией.Формат адреса зависит oт используемого метода доступа к среде передачи.
Хотя сетевые компьютеры могут быть идентифицированы по их физическим адресам, фактическая доставка данных в локальной сети обычно осуществляется передачей фрейма всем сетевым устройствам. Каждое устройство читает физический адрес фрейма, и если его физический адрес соответствует адресу во фрейме, забирает данные. Все другие устройства игнорируют остальную часть фрейма. Физические адреса устройств используются мостами(маршрутизаторами) для выборочного повтора сигналов данных на раздельных сегментах среды передачи. Кроме того в любых сетях, в том числе и в TCP/IP,необходимо идентифицировать отдельные, взаимодействующие между собой устройства и программы.
В стеке TCP/IP используется три типа адресов:
1. Локальный (физический, аппаратный адрес, МАС-адрес) – тип адреса, который используется средствами базовой технологии для доставки данных в пределах подсети, которая является элементом составной интерсети. Адрес имеет формат 6 байт и назначается производителем оборудования и является уникальным.
2. IP-адрес (читается как айпи-адрес) –представляет собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передаёт пакеты между сетями. IP - это основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передает пакеты между сетями. IP версии 4 (IPv4) занимает 4 байта, например, 192.168.17.25. Если IPX/IPX использует MAC-адреса канального уровня, то IP-адресация - это самостоятельная,независимая от технологий канального уровня, система адресации. Это было сделано преднамеренно, так как TCP/IP предназначался изначально для объединения локальных сетей, использующих разнообразные технологии передачи данных, и,следовательно, нужна была самостоятельная система адресации, позволяющая уникально идентифицировать любой компьютер в глобальном масштабе. IP-адреса назначаются администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизатора в ручную или с помощью протокола DHCP.
3. Символьно-доменное имя(expertise.dlink.com.tw). Символьные имена разделяются точками.
В терминологии TCP/IP под локальным адресом понимается такой тип адреса, который используется средствами базовой технологии для доставки данных в пределах подсети, являющейся элементом составной интерсети. В разных подсетях допустимы разные сетевые технологии, разные стеки протоколов, поэтому при создании стека TCP/IP предполагалось наличие разных типов локальных адресов. Если подсетью интерсети является локальная сеть, то локальный адрес - это МАС - адрес.
МАС - адрес назначается сетевым адаптерам и сетевым интерфейсам маршрутизаторов. МАС - адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными, так как управляются централизованно. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС - адрес имеет формат 6 байт,например 00-1 F -16-06-57-06.Однако протокол IP может работать и над протоколами более высокого уровня,например над протоколом IPX или Х.25. В этом случае локальными адресами для протокола IP соответственно будут адреса IPX и Х.25. Следует учесть, что компьютер в локальной сети может иметь несколько локальных адресов даже приодном сетевом адаптере. Некоторые сетевые устройства не имеют локальных адресов. Например, к таким устройствам относятся глобальные порты маршрутизаторов, предназначенные для соединений типа «точка-точка».
IP –адресация
IP-адреса представляют собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передает пакеты между сетями. Эти адреса состоят из 4байт, например 109.26.17.100. IP-адрес назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двухчастей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet(Internet Network Information Center, InterNIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно поставщики услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений Inter NIC, а затем распределяют их между своими абонентами.
IP-адрес состоит из двух частей:
· Номер сети – выбирается администратором произвольно или назначается службой InterNic (Internet Network Information Center), если подсеть должна работать как составная часть Internet, Поставщики услуг Internet (или провайдеры) получают диапазоны IP-адресов, а затем распределяется между абонентами сети. IP — не зависит от локального адреса компьютера.
· Номер узла в сети – назначается независимо от локального адреса узла.
IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение. Маршрутизатор по определению входит сразу в несколько сетей. Поэтому каждый порт маршрутизатора имеет собственныйIP-адрес. Конечный узел также может входить в несколько IP-сетей. В этом случае компьютер должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей.
Если адрес начинается с 0 (а мы помним, что 0=БИТ), то сеть относят к классу А и номер сети занимает 1 байт, номер узла 3 байта. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. Таких сетей немного, зато количество узлов в них может достигать 2 24.
Если первые два бита равны 10, то сеть относится к классу В. Является сетью средних размеров, максимальное количество узлов в которой равняется 2 16 .
Если адрес начинается последовательностью 110, то он относится к классу С, количество узлов в котором равняется 2 8 .
Рисунок 105 . Классификация IP-адресов
Если адрес начинается последовательностью 1110, то это сеть класса D. Она означает групповой адрес—Multicast. Технология IP Multicast использует адреса с 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Поддерживается статическая и динамическая адресация. Примером статических адресов являются 224.0.0.1 —адрес группы, включающей в себя все узлы локальной сети, 224.0.0.2 — все маршрутизаторы локальной сети. Диапазон адресов с 224.0.0.0 по 224.0.0.255 зарезервирован для протоколов маршрутизации и других низкоуровневых протоколов поддержки групповой адресации. Остальные адреса динамически используются приложениями.
Если адрес начинается с 11110, то эта сеть относится к классу Е. Адреса этого класса зарезервированы для будущего применения.
Протокол IP предполагает наличие адресов, которые трактуются особым образом. К ним относятся следующие:
1. Адреса, значение первого октета которых равно 127.Пакеты, направленные по такому адресу, реально не передаются в сеть, а обрабатываются программным обеспечением узла-отправителя. Таким образом, узел может направить данные самому себе. Этот подход очень удобен для тестирования сетевого программного обеспечения в условиях, когда нет возможности подключиться к сети. 127.0.0.1 – этот адрес имеет название loopback.
2. Адрес 255.255.255.255. Пакет, в назначении которого стоит адрес 255.255.255.255, должен рассылаться всем узлам сети, в которой находится источник. Такой вид рассылки называется ограниченным широковещанием.В двоичной форме этот адрес имеет вид 11111111 11111111 11111111 11111111.
3. Адрес 0.0.0.0. Он используется в служебных целях и трактуется как адрес того узла, который с генерировал пакет. Двоичное представление этого адреса 00000000 00000000 00000000 00000000
Дополнительно особым образом интерпретируются адреса:
· содержащие 0 во всех двоичных разрядах поля номера узла; такие IP-адреса используются для записи адресов сетей в целом;
· содержащие 1 во всех двоичных разрядах поля номера узла; такие IP-адреса являются широковещательными адресами для сетей,номера которых определяются этими адресами.
Таблица 6 . Классы сетевых адресов
Класс |
Первые биты |
Наименьший номер сети |
Наибольший номер сети |
Максимальное число узлов в сети |
A |
0 |
1.0.0.0 |
126.0.0.0 |
2 24 |
B |
10 |
128.0.0.0 |
191.255.0.0 |
2 16 |
C |
110 |
192.0.0.0 |
223.255.255.0 |
2 8 |
D |
1110 |
224.0.0.0 |
239.255.255.255 |
Multicast |
E |
11110 |
240.0.0.0 |
247.255.555.555 |
Зарезервирован |
В локальных сетях, основанных на протоколе IP, могут использоваться специальные адреса, назначенные IANA (стандарты RFC 1918 и RFC1597):
10.0.0.0—10.255.255.255;
172.16.0.0—172.31.255.255;
192.168.0.0—192.168.255.255.
Такие адреса называют локальными или «серыми», эти адреса не маршрутизируются в Интернет. Необходимость использовать такие адреса возникла из-за того, что, когда разрабатывался протокол IP, не предусматривалось столь широкое его распространение, и постепенно адресов стало не хватать. Как вариант был придуман протокол IPv6. В различных не пересекающихся LAN адреса могут повторяться, и это не является проблемой, так как доступ в другие сети происходит с применением технологий, подменяющих или скрывающих адрес внутреннего узла сети за её пределами - NAT или proxy дают возможность подключить ЛВС к глобальной сети (WAN). Для обеспечения связи локальных сетей с глобальными применяются маршрутизаторы (в роли шлюзов и межсетевых экранов).
Конфликт адресов - распространённая ситуация в локальной сети,при которой в одной IP подсети оказываются два или более компьютеров с одинаковыми IP адресами. Для предотвращения таких ситуаций и облегчения работы сетевых администраторов применяется протокол DHCP, с помощью которого можно автоматически назначать адреса компьютерам.
NAT (от англ. NetworkAddressTranslation - «преобразование сетевых адресов») - это механизм в сетях TCP/IP, позволяющий преобразовывать IP-адреса транзитных пакетов. Также имеет названия IPMasquerading, NetworkMasqueradingи NativeAddressTranslation
Использование масок в IP-адресации.
Маска – четырех байтное число, которое используется в паре с IP адресом, двоичная запись маски содержит единицы в тех разделах, которые должны в IP адресе интерпретироваться как номер сети. Поскольку номер сети является цельной частью адреса, 1 в маске представляют непрерывную последовательность.
Для стандартных классов сетей маски имеют след. значения:
Класс А – 11111111.00000000.00000000.00000000 (255.0.0.0);
Класс В – 11111111.11111111.00000000.00000000(255.255.0.0);
Класс В – 11111111.11111111.11111111.00000000(255.255.255.0);
В терминологии сетей TCP/IP маской подсети или маской сети называется битовая маска, определяющая, какая часть IP-адреса узла сети относится к адресу сети, а какая— к адресу самого узла в этой сети. Например,узел с IP-адресом 12.34.56.78 и маской подсети 255.255.255.0 находится в сети12.34.56.0/24 с длиной префикса 24 бита.
Другой вариант определения— это определение подсети IP-адресов. Например, с помощью маски подсети можно сказать, что один диапазон IP-адресов будет в одной подсети, а другой диапазон соответственно в другой подсети.
Чтобы получить адрес сети, зная IP-адрес и маску подсети,необходимо применить к ним операцию поразрядной конъюнкции (логическое И).Например, в случае более сложной маски (битовые операции в IPv6 выглядят идентично):
IP-адрес: 11000000 10101000 00000001 00000010 (192.168.1.2)
Маска подсети: 11111111 11111111 11111111 00000000(255.255.255.0)
Адрес сети: 11000000 10101000 00000001 00000000(192.168.1.0)
Разбиение одной большой сети на несколько маленьких подсетей позволяет упростить маршрутизацию. Например, пусть таблица маршрутизации некоторого маршрутизатора содержит следующую запись:
Сеть назначения |
Маска |
Адрес шлюза |
192.168.1.0 |
255.255.255.0 |
192.168.1.1 |
Пусть теперь маршрутизатор получает пакет данных с адресом назначения 192.168.1.2. Обрабатывая построчно таблицу маршрутизации, он обнаруживает, что при наложении маски 255.255.255.0 на адрес 192.168.1.2получается адрес сети 192.168.1.0. В таблице маршрутизации этой сети соответствует шлюз 192.168.1.1, которому и отправляется пакет.
Маски подсети являются основой метода бесклассовой маршрутизации (CIDR). При этом подходе маску подсети записывают вместе сIP-адресом в формате «IP-адрес/количество единичных бит в маске». Число после слэша означает количество единичных разрядов в маске подсети.
Рассмотрим пример записи диапазона IP-адресов в виде10.96.0.0/11. В этом случае маска подсети будет иметь двоичный вид 1111111111100000 00000000 00000000, или то же самое в десятичном виде: 255.224.0.0. 11разрядов IP-адреса отводятся под номер сети, а остальные 32-11 = 21 разряд полного адреса— под локальный адрес в этой сети. Итого, 10.96.0.0/11 означает диапазон адресов от 10.96.0.1 до 10.127.255.254.
Маска назначается по следующей схеме 2 8 − n (для сетей класса C), где n— количество компьютеров в подсети + 2, округленное до ближайшей большей степени двойки.(2добавляется, чтобы учесть IP-адрес сети (первый в диапазоне) и широковещательный (последний в диапазоне, задаваемом маской)
Пример: В некой сети класса C есть 30 компьютеров, маска для такой сети вычисляется следующим образом:
2 8 - 32 = 224 (E0h) < = > 255.255.255.224 (0xFFFFFFE0)
Пользователи обычно предпочитают работать с символьными именами компьютеров, и операционные системы локальных сетей приучили их к этому удобному способу. Следовательно, в сетях TCP/IP должны существовать символьные имена хостов и механизм для установления соответствия между символьными именами и IP-адресами.