Лабораторна робота №4
Тема: Вивчення основ архітектури IP-адресації та сегментації мереж
Мета: 1. Вивчення IP-адресації в мережах
2. Отримати навички визначення адреси підмережі й адреси вузла мережі за маскою підмережі
3. Навчитися навичкам визначення кількості та діапазону адрес в під мережах
4. Навчитися практично виконувати сегментацію та структурування мережі за допомогою масок підмережі Теоретичне введення
IP-адреса є чотирьохбайтовим числом, що надається кожному комп'ютеру в мережі.
IP-адреса відображає логічне розташування пристрою в мережі і визначається програмно, а не апаратно, як фізична адреса MAC (MAC – англ. Media Access Control).
Формально IP-адреса описується 32 бітами, які логічно розділяються на чотири октетові діапазони в представлені десяткової системи числення значення яких знаходиться в границях 0(10)-255(10).
Існують три способи представлення IP-адреси:
представлення десятковими числами (тетрадами), відділеними крапками, наприклад 128.75.20.86;
двійкове представлення, наприклад 10000000.01001011.00010100 | 00000000;
шістнадцяткове представлення, наприклад 80.4B.14.00.
IP-адреса складається з двох частин:адреси мережі й для адреси вузла, які однозначно визначають мережу. Вона має ієрархічну структуру з трьома рівнями ієрархії: мережа, підмережа і вузол (хост) та є унікальною для кожного вузла мережі.
Для ефективного використання адресного простору Internet введено класи мереж:
мережі класу A мають значення 0(2) в старшому біті адреси (перша тетрада приймає значення 1(10) – 126(10) – 1.0.0.0 – 126.0.0.0). На мережну адресу відводиться 7 молодших біт першого байта, на хост частину – 3 байти. Таких мереж може бути 126 з 16777214 вузлами.
мережі класу B мають значення 10(2) у двох старших бітах адреси (перша тетрада приймає значення 128 – 191, 128.0.0.0 – 191.255.0.0). На мережну адресу відводиться 6 молодших біт першого байта та другий байт, а на хост частину – останні 2 байти. Таких мереж може бути близько 16 тисяч з 65534 вузлами.
мережі класу C мають значення 110(2) у трьох старших бітах адреси (перша тетрада приймає значення 192 – 223, 192.0.0.0 – 223.255.255.0). На мережну адресу відводиться 5 молодших біт першого байта та другий і третій байт, на хост частину – останній один байт. Таких мереж може бути близько 2 мільйонів з 254 вузлами.
мережі класу D мають 1110(2) у чотирьох старших бітах адреси (перша тетрада приймає значення 224 – 239, 224.0.0.0 – 239.255.255.255). Решта біт є спеціальною груповою адресою. Адреси класу D використовуються у процесі звернення до груп комп'ютерів.
мережі класу E зарезервовані на майбутнє (перша тетрода приймає значення 240 – 255, 240.0.0.0 – 255.255.255.254).
IP-адреса локальної мережі однакова для всіх вузлів. Максимальна кількість вузлів локальної мережі дорівнює 2s-2, де s – кількість біт маски підмережі які дорівнюють нулю.
Адреса вузла присвоюється кожній робочій станції в мережі. Наприклад, у IP-адресі вузла 192.20.40.50 адресу мережі визначають перші дві тетради 192.20 (192.20.0.0/16), що логічно описує всі пристрої в середині локальної мережі. Адресу вузла також називають адресою хоста. В наведеному прикладі за адресу вузла відповідають тетроди – 40.50.
Наприклад, вузол 10.0.0.129/6 належить до мережі 8.0.0.0 класу A з 67 108 862 хостами (http://www.subnet-calculator.com/, http://ipcalc.dewil.ru, http://www.vlsm-calc.net/ru/):
Унікальне значення має IP-адреса 127.0.0.1 – це адреса віртуального мережного інтерфейсу для самоконтролю локального комп’ютера (RFC3330). Цей інтерфейс використовується для тестування мережевих програм і контролювання комунікації мережних процесів. При спробі відправити пакет за цією адресою дані не передаються в мережу, а повертаються протоколам верхніх рівнів моделі OSI (нібито вони тільки що прийняті – утворюється «петля»). Ця адреса має назву loopback у IPv4. До неї відноситься люба адреса, що попадає в діапазон від 127.0.0.0 до 127.255.255.255 – мережа з префіксом 127/8. Стандартизоване, офіційно зарезервоване, доменне ім'я для цих адрес – localhost.
Комбінації всіх нулів або всіх одиниць у мережній, підмережній або хост частині IP-адреси (у двійковій формі представлення) зарезервовані для загальних (broadcast) повідомлень та службових задач. Наприклад, адреса 192.168.40.255 використовується для передавання повідомлень всім вузлам підмережі 192.168.40.*.
Для зменшення потоку інформації в мережах з великою кількістю вузлів застосовується об’єднання вузлів у підмережі необхідного розміру.
Адреса підмережі використовує декілька старших біт IP-адреси вузла, решта молодших біт – нульові. Для виділення номерів мережі, підмережі та вузла використовується маска підмережі – бітовий шаблон, в якому бітам, що використовуються для адресації підмережі, присвоюються значення 1, а бітам адреси вузла – значення 0.
Розглянемо адресу 192.168.40.222 із значенням маски 255.255.255.0 (110nnnnn.nnnnnnnn.nnnnnnnn.hhhhhhhh(2), де перші 110(2) біти та вказівник мережі класу С, n – наступні біти адреси мережі, h – біти адреси вузла). У цьому прикладі маємо адресу підмережі 192.168.40._ та адресу хоста – 222. При цьому всі вузли мережі 192.168.40.0 мають ту ж саму маску підмережі. Якщо змінити маску підмережі в останньому октеті з 255.255.255.0 на 255.255.255.128 (110nnnnn.nnnnnnnn.nnnnnnnn.shhhhhhh(2), де біт s відповідає за кількість підмереж в мережі 192.168.40.0). Мережа 192.168.40.0 буде мати дві підмережі (1 - 192.168.40.0/25, 2 - 192.168.40.1/25) з 126 вузлами для кожної підмережі. Використання маски 255.255.255.192 дасть змогу побудувати 4 підмережі з 62 вузлами для кожної підмережі.
Кожен вузол мережі може мати не тільки IP-адресу, але й ім'я (host name). Як і цифрові IP-адреси, імена вузлів діляться на частини, що логічно розділяються крапками. Починають запис від імені комп'ютера, далі йде ім’я локального домену (групи комп'ютерів) і закінчується ім'я вказуванням ім’я вищого домену (організаційного або територіального). Список цих імен зберігається в спеціальній базі даних доменів служби імен DNS (Domain Name System). Наприклад, ім'я blues.franko.lviv.ua відповідає серверу з іменем blues у домені franko.lviv.ua комп'ютерів кампусної мережі Львівського державного університету ім. І.Франка. Для звернення до вузла в мережі можна використовувати, як IP-адресу, так і його ім'я.