3. Адресация и маршрутизация - функции сетевого уровня пакетной сети передачи данных. Их реализация на примерах iPv4 и rip.

Протоколы сетевого уровня должны обеспечивать возможность доставки данных от одного узла сети к другому с выбором оптимального пути передачи пакета в сети с произвольной топологией.

Пути доставки пакетов не должны зависеть от конкретных физических соединений в сетях и от способов организации каналов передачи данных между узлами сети.

Должна быть обеспечена возможность передачи широковещательных сообщений в отдельных сегментах сетей и возможность изолировать от них другие участки сетей.

Узлы сети на сетевом уровне должны иметь уникальные адреса, не связанные с их аппаратными особенностями.

В четвертой версии протокола IP адрес - это 32-битное двоичное число.

Принята десятичная нотация адресов. Каждый из 4 байтов адреса представляется эквивалентным десятичным числом. Числа разделяются точками. Так для IP-адреса

11010100 11000001 00100000 00000100

имеем в десятичном виде

212.193.32.4

IP-адрес может быть форматирован или 5 классическими способами (классы A, B C, D, E) или маской переменной длины (бесклассова адресация).

	8 бит						8 бит	8 бит	8 бит
Класс А	0	№ сети					№ узла
Класс B	1	0	№ сети					№ узла
Класс C	1	1	0	№ сети					№ узла
Класс D	1	1	1	0	Адрес группы multicast
Класс E	1	1	1	1	0	Зарезервировано

Существуют дополнительные правила формирования IP- адресов.

Для номера сети:

1. первый октет идентификатора сети не может быть равен 127 (адреса вида 127.x.y.z предназначены для отправки узлом пакетов самому себе и используются как правило для отладки сетевых приложений, такие адреса называются loopback-адресами, или адресами обратной связи);

2. все разряды идентификатора сети не могут состоять из одних 1 (IP-адреса, все биты которых установлены в 1, используются при широковещательной передаче информации);

3. все разряды идентификатора сети не могут состоять из одних 0 (в IP-адресах все биты, установленные в ноль, соответствуют либо данному устройству, либо данной сети);

Для номера узла:

1. все разряды идентификатора узла не могут состоять из одних 1 (идентификатор узла, состоящий из одних 1, используется для широковещательных адресов, или broadcast-адресов);

2. все разряды идентификатора узла не могут состоять из одних 0 (если разряды идентификатора узла равны 0, то такой адрес обозначает всю сеть, например, адрес 192.168.1.0 обозначает всю сеть с идентификатором сети 192.168.1;

Из структуры адреса класса А следует, что в первом октете он может иметь значения от 0 до 127. С учетом вышеперечисленных ограничений значения 0 и 127 недопустимы. Существует, таки образом, только 126 сетей класса А. Остальные 24 бита адресуют хосты в сети класса А. Для классических сетей А,В и С таким образом имеем:

сети	Наименьший идентификатор сети	Наибольший идентификатор сети	Количество сетей
Класс A	1.0.0.0	126.0.0.0	126
Класс B	128.0.0.0	191.255.0.0	16384
Класс C	192.0.0.0	223.255.255.0	2097152

Соответственно для узлов в этих сетях:

сети	Наименьший идентификатор узла	Наибольший идентификатор узла	Количество узлов
Класс A	w.0.0.1	w.255.255.254	16777214
Класс B	w.x.0.1	w.x.255.254	65534
Класс C	w.x.y.1	w.x.y.254	254

Номера сетей назначаются корпорацией по присвоению имен и номеров ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) и региональными организациями. В Европе RIPЕ, в России RIPN.

Серые адреса – способ экономии адресного пространства

Когда в начале 90-х появились проблемы с адресным пространством, в марте 1994 г было принято решение об адресном "сегментировании" общего пространства — выделении для локальных сетей отдельных диапазонов IP-адресов и исключение этих IP-адресов из использования в интернете:

10. 0. 0. 0 - 10. 255.255.255

172. 16. 0. 0 - 172. 31.255.255

192.168. 0. 0 - 192.168.255.255

Битовая маска, определяющая какая часть адреса является адресом сети, а какая адресом узла называется маской сети. В ней биты со значением 1 определяют поле адреса сети, биты со значением 0 – поле адреса узла. Маска сети класса А 255.0.0.0, маска сети класса B 255.255.0.0, маска сети класса С 255.255.255.0. Например:

Адрес 212.193.32.4 маска 255.255.255.0

1101 0100 1100 0001 0010 0000 0000 0100

1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000

Проводя операцию побитовой коньюнкции (умножения) получаем адрес сети:

1101 0100 1100 0001 0010 0000 0000 0000

Или в десятичном представлении 212.193.32.0

Бесклассовая система адресации

Классические сети не позволяют эффективно использовать адресное пространство в неоднородных сетях с разным числом хостов. Поэтому с середины 90-х голов прошлого века используют безклассовые сети с масками подсетей произвольной длины для подстройки числа хостов в реальных сетевых сегментах.

В отличие от масок подсетей по умолчанию, которые входят в определение класса сети, маски подсетей пользователя задаются администратором при распределении устройств по сетевым сегментам в конкретной вычислительной сети. При этом из исходного сетевого адреса, из его части, относящейся к хостам, занимаются несколько бит, которые присоединяются к адресу сети, а оставшиеся биты нумеруют хосты в такой вновь созданной подсети:

	8 бит								8 бит									8 бит										8 бит
адрес класса B	1	0	x	x	x	x	x	x		x	x	x	x	x	x	x	x		y	y	y		y	y	y	y	y		y	y	y	y	y	y	y	y
	№ сети																	№ узла
Маска сети класса В	1	1	1	1	1	1	1	1		1	1	1	1	1	1	1	1		0	0	0		0	0	0	0	0		0	0	0	0	0	0	0	0
бесклассовый адрес	1	0	x	x	x	x	x	x		x	x	x	x	x	x	x	x		x	x	x		y	y	y	y	y		y	y	y	y	y	y	y	y
	№ подсети																					№ узла
Маска подсети	1	1	1	1	1	1	1	1		1	1	1	1	1	1	1	1		1	1	1		0	0	0	0	0		0	0	0	0	0	0	0	0

Если в классической схеме адресации маска сети могла иметь всего три варианта и соответствующие записи в десятичном виде были понятны с одного взгляда:

255.0.0.0

255.255.0.0

255.255.255.0

то для приведенного нами примера имеем в десятичном представлении

255.255.224.0

и «читать» такую маску легко только после долгой практики. Поэтому появился еще один способ описания таких масок путем указания в явном виде количества старших разрядов имеющих значение 1. Так, если необходимо указать, что некоторый адрес принадлежит подсети с маской из 19 единиц (рассмотренный случай) пишут:

x.y.z.w / 19