Информационные системы и сети. Учебное пособие

создается кадр, подходящий для используемого типа сети, такого как Ethernet, Token Ring или ATM, затем IP-дейтаграмма помещается в область данных этого кадра, и он отправляется в сеть.

Контрольные вопросы

1.В чем состоит назначение спецификации стандартов

IEEE802?

3.Какой стандарт определяет задачи управления логической связью?

4.Какой стандарт задает механизмы управления сетью?

6.Какой стандарт описывает сетевую технологиюToken Ring?

7.Какой стандарт содержит рекомендации по оптоволоконным сетевым технологиям?

8.Что такое интерфейс уровня базовой модели OSI?

9.Что такое протокол уровня базовой модели OSI?

10.Дать определение стека протоколов.

11.На какие уровни разбиваются стеки протоколов?

12.Назвать наиболее популярные сетевые протоколы.

13.Назвать наиболее популярные транспортные протоколы.

14.Назвать наиболее популярные прикладные протоколы.

15.Перечислить наиболее популярные стеки протоколов.

16.В чем состоит назначение программных интерфейсов сокетов Windows и NetBIOS?

17.Чем отличается протокол TCP от UDP?

18.В чем функции протокола IP?

19.Какие существуют виды адресации в IP-сетях?

20.Какой протокол необходим для определения локального адреса по IP-адресу?

21.Какой протокол необходим для определенияIP-адреса по локальному адресу?

61

22.Какой протокол используется для управления сообщениями Интернета?

Пример задания «IP-адреса и маски подсети»

Когда один узел сети отправляет другому сообщение, он должен указать, кому именно оно предназначается, т.е. передать вместе с сообщением адрес узла-получателя. Поэтому все узлы сети должны иметь адреса.

Среди требований к сетевому адресу можно отметить такие, как: уникальность, компактность, удобство для пользователя. Эти требования противоречивы(например, символьный адрес понятен человеку, но не компактен; числовой составной адрес понятен для сетевых устройств, но не удобен для запоминания человеком). Поэтому применяются различные способы адресации (т. е. один и тот же компьютер имеет несколько видов адресов), каждый способ используется в той ситуации, когда он наиболее удобен.

Рассмотрим самые распространенные виды адресов: аппаратный, символьный и числовой – составной.

Аппаратный адрес, называемый также физическим или локальным, используется для передачи данных в локальных сетях. Записывается в виде шестнадцатеричного числа, на-

пример, «101A173DBC01» или «0081005е24а8» (каждая цифра такого числа может иметь значения от 0 до 15, причем значения от 10 до 15 обозначаются буквами от A до F).

Чаще всего аппаратный адрес – это адрес сетевой карты (т. е. MAC-адрес). Последний состоит из 12 шестнадцатеричных цифр, первые 6 – идентификатор фирмы-производителя, последние 6 – идентификатор карты среди множества карт, выпускаемых этой фирмой. Таким способом достигается уникальность адреса.

Следует также отметить его компактность, так как аппаратный адрес «плоский», т.е. не имеет иерархической структуры.

62

Аппаратные адреса используются такими сетевыми устройствами, как коммутаторы, мосты и конечные узлы для передачи данных внутри локальной сети.

Символьный адрес в основном предназначен для использования человеком, так как он более понятен пользователю и удобен для запоминания.

Символьный адрес может быть «плоским», т. е. не имеющим структуры, такой вид адреса используется в небольших локальных сетях, например «Kafedra» или «ПК1». Для работы в крупных сетях используются символьные имена, имеющие сложную иерархическую .структуруНапример, «ПК3.uvcedit.stacker.ru». Этот адрес говорит о том, что имя данного компьютера – «ПК3», а находится он в подразделении «УВЦ ЭДИТ» организации «Стакер», расположенной в России. Такой адрес может применяться как в глобальных, так и в локальных сетях. Например, чтобы обратиться к компьютеру «ПК3.uvcedit.stacker.ru» из глобальной сети, нужно указать адрес полностью, а в локальной сети достаточно назвать имя –

«ПК3».

Для работы в больших сетях в качестве адресов сетевых устройств используются числовые составные адреса. Эти адреса используются такими устройствами, как маршрутизаторы, шлюзы, компьютеры – конечные и промежуточные узлы глобальной сети.

Типичные представители этого вида адресации– это IP- и IPX-адреса. В них поддерживается двухуровневая иерархия, адрес делится на номер сети и номер узла в этой сети. Например, IP-адрес узла195.209.136.11 состоит из двух частей: номера сети (195.209.136) и номера узла в этой сети(11). Такая иерархия позволяет при передаче сообщений между сетями не обращать внимание на номер узла, а когда сообщение дойдет до нужной сети, «забыть» про номер сети и «помнить» только номер узла этой сети. Это напоминает работу почтовых служб:

при доставке письма в страну необязательно знать название улицы и номер дома, требуется всего лишь доставить ее в нужный город.

В последнее время чтобы сделать маршрутизацию в крупных сетях более эффективной, предлагаются более слож-

63

ные варианты числовой адресации, в соответствии с которыми адрес имеет три и более составляющих. Такой подход реализован в новой версии протоколаIPv6, предназначенного для работы в сети Internet.

Так как компьютер, подключенный к сети, имеет сразу несколько типов адресов, то необходима схема, по которой будет устанавливаться соответствие адресов, для этих целей используются специальные протоколы, которые по адресу одного типа могут определить адреса других типов.

IP-адреса представляют собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передает пакеты между сетями.Адреса назначаются администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов.

Следует отметить, что IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение. И если компьютер входит сразу в несколько сетей, то он должен иметь и несколько IP-адресов, также как и маршрутизатор.

IP-адрес состоит из четырех октетов, по одному байту каждый, разделенных точкой. Например, 128.10.2.30 (в десятичной форме представления). В двоичной форме представления этот же адрес выглядит так: 10000000 00001010 00000010 00011110.

Адрес состоит из двух частей: номера узла и номера сети. IP-адреса делятся на классы, которые различаются диапазонами значений первого октета (табл.). При этом для класса А номером сети будет первый октет, а номером узла три следующих октета, например запись 124.34.4.2 означает, что номер сети 124.0.0.0, а номер узла 0.34.4.2. Такие адреса используются для сетей больших размеров.

Для класса В номер сети – два первых октета, а два вторых – номер узла. Например, адрес 157.76.34.124 относится к классу В (см. табл. 2.2), и значит номером сети будет 157.76.0.0, а номером узла – 0.0.34.124. Такие адреса используются в сетях средних размеров.

Маленькие сети получают адреса класса С. Для класса С первые три октета означают номер сети, а последний октет

64

показывает номер узла (в адресе 198. 125.67.7 номером сети является 198.125.67.0, а номером узла 0.0.0.7).

Адрес класса D обозначает особый групповой адрес– Multicast (пакет с адресом Multicast должны получить все узлы, которым присвоен этот адрес). Адреса класса Е зарезервированы для будущих применений.

Таблица 2.2

Соответствие классов сетей значению первого октета IP-адреса

Значение первого октета127 зарезервировано для служебных целей, в основном для тестирования сетевого оборудования.

Для широковещательной рассылки сообщений используются специальные адреса. Если в IP-адресе (в двоичном виде представления) в той части, которая интерпретируется как номер узла, стоят все единицы, то сообщение с таким адресом получат все ПК в указанной сети (широковещательная рас-

сылка). Например, IP-адрес 167.45.255.255 (10100111 00101101 11111111 11111111) является широковещательным,

сообщение с таким адресом получат все узлы в сети с номером

167.45.0.0.

Номера сетей назначаются централизованно, если сеть является частью Internet, либо произвольно, если сеть работает без связи сInternet. В стандартах IP-адресов определено несколько диапазонов адресов, рекомендуемых для локального использования. Эти адреса не обрабатываются маршрутизаторами Internet. Адреса, зарезервированные для локальных целей (без выхода в Internet), выбраны из разных классов: В классе А

– сеть 10.0.0.0; В классе В – диапазон 172.16.0.0–172.31.0.0 (16

номеров сетей); В классе С– диапазон 192.168.0.0– 192.168.255.0 (255 сетей).

65

В соответствии с системой адресации для регистрации локальной сети необходимо запрашивать адреса класса А, В и С в соответствии с размером сети. Очень часто владельцы се-

тей расходуют лишь небольшую часть из имеющихся у них адресов. Нерациональное использование IP-адресов приводит

к их дефициту. Уже давно наблюдается дефицитIP-адресов класса А, очень трудно получить адрес класса В.

Снабжая каждый IP-адрес маской подсети, можно сделать более гибкой систему адресации.

Маска подсети – это число, которое используется в паре с IP-адресом; двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые должны интерпретироваться как номер сети

3.Класс С– 11111111 11111111 11111111 00000000 (255.255.255.0).

Традиционная схема деления IP-адреса на номер сети и номер узла основана на понятии класса. Если адрес относится к классу В, то номером сети являются первые два октета, дополненные двумя нулевыми байтами, а номером узла – два последних октета. Использование масок позволяет более гибко устанавливать границу между номером сети и номером узла. Рассмотрим это на примере.

Допустим, администратор получил в свое распоряжение адрес класса :В129.44.0.0 (10000001 00101100 00000000 00000000). Он может организовать сеть с большим числом узлов, номера которых он может брать из диапазона0.0.0.1– 0.0.255.254. Однако ему не нужна одна большая неструктурированная сеть; сеть должна быть разделена на четыре отдельных подсети.

Эту проблему можно решить путем использования -ма сок. Если для данного адреса выбрать маску255.255.192.0 (11111111 11111111 11000000 00000000), то администратор

66

получит возможность использовать для нумерации подсетей два дополнительных бита. Это позволит ему сделать из одного номера сети четыре:

1)129.44.0.0 (10000001 00101100 0000000 00000000);

2)129.44.64.0 (10000001 00101100 0100000 00000000);

3)129.44.128.0 (10000001 00101100 1000000 00000000);

4)129.44.192.0 (10000001 00101100 1100000 00000000).

Отсюда видно, что маска позволяет более гибко устанавливать границу между номером сети и номером узла. Технологии масок позволяют разделять одну сеть на несколько подсетей.

Номера сетей назначаются либо централизованно, если сеть является частью Internet, либо произвольно, если сеть работает автономно (т. е. не подключена к сети Internet). Номера узлов и в том и в другом случае администратор назначает по своему усмотрению, не выходя при этом из разрешенного

класса С. Адресá класса В, как правило, применяются в корпоративных сетях средних размеров. Адресá класса А используются в крупных сетях общего пользования, поскольку позволяют создавать системы с большим количеством узлов.

Уже сравнительно давно наблюдается дефицитIPадресов. Дефицит обусловлен ростом сетей и также тем, что имеющееся множество адресов используется нерационально. Очень часто владельцы сетей расходуют лишь часть из выделенных им IP-адресов.

Для решения проблемы дефицитаIP-адресов разработчики стека TCP/IP предлагают различные подходы.применения масок подсетей позволяет получить в пользование столько адресов, сколько реально необходимо.

67

Резко расширяет адресное пространство новая версия протокола IP – протокол IPv6, который использует 16-байтные адреса. Существуют и другие методы, которые применяются для снятия дефицита адресов.

Процесс распределения IP-адресов по узлам сети может быть автоматизирован с помощью протоколаDHCP (DynamicHostConfigurationProtocol). Протокол DHCP может поддерживать способ автоматического динамического распределения адресов, а также более простые способы ручного и автоматического статического назначения адресов.

Протокол DHCP работает в соответствии с моделью «клиент – сервер». Во время старта системы компьютер, являющийся DHCP-клиентом, посылает в сеть широковещательный запрос на получение IP-адреса. DHCP-сервер откликается

и посылает сообщение – ответ, содержащий IP-адрес.

При динамическом распределении адресов DHCP-сервер выдает адрес клиенту на ограниченное время, называемое временем аренды. Это дает возможность впоследствии -по вторно использовать данный IP-адрес для назначения другому компьютеру. Динамическое распределение адресов позволяет строить сеть, количество узлов в которой превышает количество имеющихся в распоряжении IP-адресов.

В ручной процедуре назначения статических адресов принимает участие администратор, который предоставляет DHCP-серверу информацию о соответствииIP-адресов физическим адресам или другим идентификаторам клиентов. DHCP-сервер пользуется этой информацией и выдает определенному клиенту назначенный администратором адрес.

При автоматическом статическом способеDHCP-сервер присваивает адрес узлу сети самостоятельно, без вмешательства администратора. При этом адреса выбираются из пула наличных IP-адресов и выдаются клиенту в постоянное пользование, т. е. на неограниченное время.

Границы пула назначаемых адресов задает администратор при конфигурировании DHCP-сервера.

DHCP-сервер может назначить клиенту не толькоIPадрес, но и другие параметры, необходимые для его эффективной работы, например, маску, IP-адрес маршрутизатора по

68

умолчанию, IP-адрес сервера DNS, доменное имя компьютера и т. п. [7].

Задание. Для IP-адреса 129.64.167.5 определить номер сети и номер узла в соответствии с системой классов. Ответить на следующие вопросы.

Как будет выглядеть номер подсети и номер узла для данного IP-адреса, если применить к нему маску подсети

255.255.224.0?

Какое максимальное число компьютеров может быть в этой подсети?

Сколько подсетей можно организовать при помощи данной маски?

Указать широковещательный адрес для подсети.

Решение

IP-адрес 129.64.167.5 является адресом класса В, соответственно номер сети будет 129.64.0.0, а номер узла 0.0.167.5.

«Наложим» на данный IP-адрес маску 255.255.224.0, для этого необходимо перевести адрес и маску в двоичный вид, далее определим по маске номер сети, номер узла и широковещательный адрес:

1) IP-адрес 129.64.167.5 – 10000001010000001010011100000101;

2) Маска 255.255.224.0 – 11111111111111111110000000000000;

3)Соответственно номер – сети

10000001010000001010000000000000;

4)Номер узла – 00000000000000000000011000000101;

5) Широковещательный адрес –

10000001010000001011111111111111.

В десятичном виде номер подсети имеет вид: 129. 64. 160.0, а номер узла – 0.0.7.5, что получилось в результате «наложения» маски подсети 255.255.224.0 на IP-адрес

129.64.167.5.

Максимальное число адресов для ПК определяется по маске. В маске 255.255.224.0 на адресацию узлов отводится 13 бит (считаем количество нулей в маске, представленной в двоичном виде), значит, количество адресов будет равным 213 (столько комбинаций из нулей и единиц можно составить из

69

13 бит). Так как один из адресов будет широковещательным (все единицы в двоичном виде) и комбинация из одних нулей не может быть адресом узла, то два адреса исключаются из списка допустимых адресов. Тогда максимально возможное

количество адресов для ПК при использовании указанной маски будет равным 213 – 2 = 8 190.

Количество подсетей считается по количеству единиц в маске, при этом необходимо учитывать класс сети. В данном случае для класса В два первые октета уже зарезервированы, начинаем отсчет единиц с третьего . октетаВмаске

255.255.224.0 – 11111111111111111110000000000000 на адре-

сацию подсетей отводится 3 бита, следовательно, количество подсетей будет равным 23 = 8. С помощью данной маски можно организовать 8 подсетей.

Широковещательный адрес для данной : подсети

129.64.191.255.

Задачи для контроля знаний

Задача № 1. Определить, какие из ниже приведенных адресов не могут быть использованы в качестве IP-адреса конечного узла сети, подключенной к Internet. Для синтаксически правильных адресов определите их класс:

1)127.0.0.0; 6) 154.14.255.255;

2)202.12.122.244; 7) 15.15.15.15;

3)226.5.38.105; 8) 206.0.3.1;

4)104.26.254.0; 9) 193.256.1.16;

5)10.234.18.25; 10) 194.87.45.0.

Задача № 2. В соответствии с системой классов определить номер сети и номер узла для указанныхIP-адресов: 102.24.108.245; 129.67.145.123; 138.223.154.232. Как будут выглядеть номера сетей и номера

узлов для этих IP-адресов, если применить к ним маску подсе-

ти 255.255.224.0?

Задача № 3. IP-адрес некоторого узла подсети равен 192.212.114.62, а значение маски для этой подсети– 255.255.255.240. Определить номер подсети. Какое максимальное число компьютеров может быть в этой подсети?

70