62 Адресация и маршрутизация в компьютерных сетях. Ip − адрес

Под понятием "Сеть" подразумевается физическая связь между компьютерами, осуществляющими пересылку пакетов, с единой системой адресации.

Адресация – процесс, при котором микропроцессор обращается к определенному сегменту памяти или внешнему устройству, используя определенные адреса. Каждый пакет, проходящий по сети содержит адрес получателя, и идет согласно определенным правилам маршрутизации.

Маршрутизация - это процесс направления пакета по лабиринту сетей, находящихся между источником и адресатом. Важнейшую задачу выбора наилучшего пути следования пакета данных решают маршрутизаторы на основе таблиц маршрутизации. В таблицы маршрутизации входит информация о номерах и масках подсетей назначения, адресах шлюзов и собственных портов маршрутизатора, а также о метриках. Для адресов, отсутствующих в таблице, применяется специальный адрес − адрес шлюза по умолчанию.

Самым распространенным «семейством» протоколов, на котором построен интернет является ТСР/IP − это ряд протоколов под общим названием TCP/IP (по названиям двух основных протоколов: TCP и IP).

Каждый компьютер в сетях ТСР/IP имеет адреса трех уровней: физический (МАС-адрес), сетевой (IP−адрес) и символьный (DNS− имя).

Для широковещательной передачи (т.е. передачи всем абонентам сети одновременно) применяется специально выделенный сетевой адрес (IP), все 48 битов которого установлены в единицу. Его принимают все абоненты сети независимо от их индивидуальных и групповых адресов.

IP−адрес представляет собой 32-разрядное двоичное число, разделенное на группы по 8 бит, называемые октетами. Обычно IP−адреса записываются в виде четырех десятичных октетов и разделяются точками. IP−адреса, в которых хотя бы один октет превышает число 255 является недействительным.

IP−адрес состоит из 2-х логических частей − номера подсети (ID подсети) и номера узла (ID хоста) в этой подсети. При передаче пакета из одной подсети в другую используется ID подсети. Когда пакет попал в подсеть назначения, ID хоста указывает на конкретный узел в рамках этой подсети. Определение того, какая часть адреса отводится под номер подсети, осуществляется двумя способами − с помощью классов и с помощью масок. В схеме классовой адресации существует пять классов, основными являются классы А, В, С. Классы существенно отличаются друг от друга по размерам и сложности. Они определяют, сколько бит в IP-адресе отводится под номер сети и сколько под номер узла.

Класс A. Сеть класса A имеет адреса, которые начинаются с числа от 1 до 127 для первого октета, а остальная часть адреса - это адрес узла. Таким образом, класс A допускает максимум 126 сетей, а в каждой из них до 16 777 214 компьютеров. Как правило, это сети огромных компаний, которых в мире немного, объединяющих большое число сетевых устройств.

Класс B. В сети класса B для описания адреса сети используется первые два октета, а остальная часть - это адреса узлов. Первый октет принимает значения от 128 до 191, что дает максимум 16 384 сети, в каждой из которых до 65 534 узла. Адреса класса B назначаются сетям большого и среднего размера.

Класс С. Адреса сетей класса C начинаются с числа от 192 до 223 и используют три первых октета для описания адреса сети. Последний октет обозначает адрес узла. Таким образом, класс C допускает максимум 2 097 152 сети, по 254 компьютера в каждой. Адреса этого класса назначают малым сетям.

Адреса класса D представляют собой групповые адреса и назначаются группам узлов. Это используется некоторыми сетевыми службами для так называемой многоадресной рассылки. Диапазон адресов класса E зарезервирован и в настоящее время не используется. Поле номера подсети определяется по первым битам адреса. При использовании масок номер подсети находится при помощи логического умножения маски на IP−адрес. Адресация с применением масок является более гибкой по сравнению с классами. Маска подсети для определения адреса сети независимо от класса сети. Формат записи маски подсети такой же как и формат IP-адреса, это четыре двоичных октета или четыре поля, разделяемых точкой. Любой узел в сети требует наличия маски подсети. Маска не является IP-адресом узла, она лишь описывает адресное пространство подсети, с какого адреса начинается подсеть и каким заканчивается. Если в одной физической сети будут работать компьютеры с разной маской, то они не увидят друг друга.

Использование в паре с IP-адресом маски подсети позволяют отказаться от применения классов адресов и сделать более гибкой всю систему IP-адресации. Так, например, маска 255.255.255.240 (11111111 11111111 11111111 11110000) позволяет разбить диапазон в 254 IP-адреса, относящихся к одной сети класса C, на 14 диапазонов, которые могут выделяться разным сетям. Некоторые IP−адреса являются особыми и не используются при адресации конкретных узлов.

Основной аксиомой IP-адресации является необходимость соблюдения уникальности IP-адресов во всем пространстве сети, поскольку, прежде всего, этим обеспечивается корректность доставки данных и маршрутизации. Присваивается IP-адрес компьютеру либо вручную (статический адрес), либо компьютер получает его автоматически с сервера (динамический адрес). Статический адрес прописывается администратором сети в настройках протокола TCP/IP на каждом компьютере сети и жестко закрепляется за компьютером. В присвоении статических адресов компьютерам есть определенные неудобства: Администратор сети должен вести учет всех используемых адресов, чтобы исключить повторы. При большом количестве компьютеров в локальной сети установка и настройка IP-адресов отнимают много времени.

Наряду с перечисленными неудобствами у статических адресов есть одно немаловажное преимущество: постоянное соответствие IP-адреса определенному компьютеру. Это позволяет эффективно применять политику IP-безопасности и контролировать работу пользователей в сети. К примеру, можно запретить определенному компьютеру выходить в Интернет или определить с какого компьютера выходили в Интернет и т.п.

Если компьютеру не присвоен статический IP-адрес, то адрес назначается автоматически. Такой адрес называется динамическим адресом, т.к. при каждом подключении компьютера к локальной сети адрес может меняться. К достоинствам динамических адресов можно отнести: Централизованное управление базой IP-адресов, Надежная настройка, исключающая вероятность дублирования IP-адресов, Упрощение сетевого администрирования.

Динамический IP-адрес назначается специальной серверной службой DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), входящей в состав Windows Server 2003. В параметрах службы DHCP администратором сети прописывается IP-диапазон, адреса из которого, будут выдаваться другим компьютерам.

62. Адресация и маршрутизация в компьютерных сетях. IP-адрес (а/в)

Адрес IP представляет собой 32-разрядное двоичное число, разделенное на группы по 8 бит, называемых октетами. Пример: 00010001 11101111 00101111 01011110.

IP-адреса запис-ся в виде четырех десятичных октетов и разделяются точками.

Привед-й в примере IP-адрес можно записать в след-й форме: 17.239.47.94 .

Координирующую роль выполняет Интернет Корпорация по распределению адресов и имен (The Internet Corporation for Assigned Names and Numbers, ICANN).

IP-адрес, сост-й из 4 байт, например, 109.26.17.100. Исп-ся на сетевом уровне. Он назн-ся администр-ром во время конфигурир-я компьютеров и маршрутиз-в. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети м.б. выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации спец-го подразд-я Internet (Network Information Center, NIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно провайдеры услуг Internet получают диап-ны адресов у подразд-й NIC, а затем распределяют их между своими абонентами.

Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети и номера узла - гибкое, и граница между этими полями может уст-ся весьма произвольно. Узел может входить в несколько IP-сетей. В этом случае узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

Симв-й идентификатор-имя, например, SERV1.IBM.COM. Этот адрес назн-ся администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес, называемый также DNS-именем, используется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet.

IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме, и разделенных точками, например:

128.10.2.30 - традиционная десятичная форма представления адреса,

10000000 00001010 00000010 00011110 – дв-я форма предст-я этого же адреса.

Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А, и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. (Номер 0 не исп-ся, а номер 127 зарезервирован для спец-х целей) В сетях класса А количество узлов должно быть больше 216 , но не превышать 224.

Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В и является сетью средних размеров с числом узлов 28 - 216. В сетях класса В под адрес сети и под адрес узла отводится по 16 битов, то есть по 2 байта.

Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С с числом узлов не больше 28. Под адрес сети отводится 24 бита, а под адрес узла - 8 битов.

Если адрес начинается с пос-сти 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес - multicast. Если в пакете в кач-ве адреса назнач-я указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.

Если адрес нач-ся с пос-сти 11110, то это адрес класса Е, он зарез-н для будущих применений.

Класс Наименьший адрес Наибольший адрес

A 01.0.0 126.0.0.0

B 128.0.0.0 191.255.0.0

C 192.0.1.0 223.255.255.0

D 224.0.0.0 239.255.255.255

E 240.0.0.0 247.255.255.255

Соглашения о специальных адресах: broadcast, multicast, loopback

В протоколе IP сущ-т неск-ко соглашений об особой интерпретации IP-адресов:

если IР-адрес состоит только из двоичных нулей, 0 0 0 0 ........................ 0 0 0 0

то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет;

если в поле номера сети стоят 0, 0 0 0 0 .......0 Номер узла

то по умолчанию считается, что этот узел прин-т той же самой сети, что и узел, кот-й отправил пакет;

если все дв-е разряды IP-адреса равны 1, 1 1 1 1 .........................................1 1

то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, нах-ся в той же сети, что и ист-ик этого пакета. Такая рассылка называется огранич-м широковещательным сообщением (limited broadcast);

если в поле адреса назначения стоят сплошные 1, Номер сети 1111................11

то пакет, имеющий такой адрес рассылается всем узлам сети с заданным номером. Такая рассылка наз-ся широковещательным сообщением (broadcast);

адрес 127.0.0.1 зарезервирован для организации обратной связи при тестировании работы программного обеспечения узла без реальной отправки пакета по сети. Этот адрес имеет название loopback.

Уже упоминавшаяся форма группового IP-адреса - multicast - означает, что данный пакет д.б. доставлен сразу неск-м узлам, кот-е образуют группу с номером, указ-м в поле адреса. Узлы сами идентиф-т себя, то есть опр-т, к какой из групп они отн-ся. Один и тот же узел может входить в несколько групп. Такие сообщ- в отличие от широковещ-х наз-ся мультивещ-ми. Групповой адрес не делится на поля номера сети и узла и обраб-ся маршрутизатором особым обр-м.

В протоколе IP нет понятия широковещательности в том смысле, в котором оно используется в протоколах канального уровня локальных сетей, когда данные должны быть доставлены абсолютно всем узлам. Как ограниченный широковещательный IP-адрес, так и широковещательный IP-адрес имеют пределы распространения в интерсети - они ограничены либо сетью, к которой принадлежит узел - источник пакета, либо сетью, номер которой указан в адресе назначения. Поэтому деление сети с помощью маршрутизаторов на части локализует широковещательный шторм пределами одной из составляющих общую сеть частей просто потому, что нет способа адресовать пакет одновременно всем узлам всех сетей составной сети.