Лабораторная работа № 03-001 Основы ip- адресации. Классы сетей и структура адресов Цель работы

Научится решать следующие задачи

1. Идентифицировать 5 различных классов IP-адресов.

2. Описывать характеристики и использование классов IP-адресов.

3. Определять класс IP-адреса исходя из его значения.

4. Определять, какая часть IP-адреса идентифицирует сеть (network ID) и какая – хост (host ID)

5. Определять допустимые и недопустимые IP- адреса хостов, исходя из правил адресации

6. Определять диапазон адресов и маску подсети по умолчанию для каждого класса адресов

Теоретические основы

Эта работа поможет понять, как строится адресный план сети и как функционируют сети TCP/IP. IP-адреса используют для однозначной идентификации отдельных сетей и хостов (персональных и специализированных компьютеров) в сетях при обеспечении связи между ними. Стек протоколов TCP/IP используется наиболее широко в мире. В частности, в Интернет используется только IP- адресация. Для того, чтобы хост имел связь с Интернет, он должен иметь IP- адрес. Понимание IP- адресов является определяющим в понимании работы сетей, построенных на основе стека протоколов TCP/IP.

В базовом представлении IP-адрес состоит из двух частей - адреса сети и адреса хоста. Сетевая часть IP- адреса назначается компании или организации Межсетевым информационным центром (InterNIC). Маршрутизаторы используют IP адреса для передачи пакетов между сетями.

IP адреса имеют длину 32 бита, разделяемых на 4 октета (группы по 8 бит). В общепринятом представлении каждый октет записывается десятичным числом, октеты разделяются точками. Например: 212.193.38.248

IP-адреса используются на 3-м (сетевом) уровне модели OSI (Межсетевой уровень модели TCP/IP). Их присваивает вручную сетевой администратор или они назначаются автоматически сервером Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP). IP адрес компьютера- это логический адрес и его можно изменить, в отличие от MAC- адреса сетевого интерфейса, который в большинстве случаев записан в постоянной памяти устройства.

IP адрес может использоваться как для адресации конкретного компьютера в сети- хоста, так и для адресации сразу целой группы компьютеров, логически объединенных в сегмент сети или подсеть (subnetwork). Для адреса хоста значащими являются все цифры адреса. Для адреса подсети значащими являются только несколько старших разрядов числа IP-адреса. Остальные цифры относятся к адресам хостов в подсети.

Определены 5 различных классов IP –адресов A,B,C,D и E. В зависимости от класса адреса сетевая часть и адрес хоста занимают различное число бит. Только классы A, B и С используются для адресации компьютеров в коммерческих сетях.

На Рис. 1 показана структура IP-адресов.

Класс А

0

N сети

N узла

Класс В

1

0

N сети

N узла

Класс С

1

1

0

N сети

N узла

Класс D

1

1

1

0

адрес группы multicast

Класс Е

1 0

1

1

1

0

8 16 24 31

Рис. 1. Структура IP-адресов

Первый бит адреса класса А всегда равен 0. Первый октет определяет адрес сети класса А. Из структуры адреса класса А следует, что в первом октете он может иметь значения от 1 до 126. Значение 127 зарезервировано для организации внутренней петли устройств, которая используется при тестировании. Существует, таки образом, только 126 сетей класса А. Остальные 24 бита адресуют хосты в сети класса А, их может быть 2²⁴ (более 16 миллионов).

В классической схеме адресации сетевая часть адреса или часть адреса, относящаяся к хосту, не может содержать все единицы или все нули. Например, адрес класса A 118.0.0.5 является допустимым, а адрес 118.255.255.255- нет. Если часть адреса - адрес хоста содержит все 0, то это фактически адрес сети. Если адрес хоста содержит все 1, то это широковещательный адрес сети (это означает, что пакет адресован всем хостам).

В протоколе IP существует несколько соглашений об особой интерпретации IP-адресов: если IР-адрес состоит только из двоичных нулей, то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет;

0 0 0 0 ...............................……………………………………………………………….... 0 0 0 0

если в поле номера сети стоят 0, то по умолчанию считается, что этот узел принадлежит той же самой сети, что и узел, который отправил пакет;

0 0 0 0 ....………………………………………….0

Номер узла

если все двоичные разряды IP-адреса равны 1, то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковещательным сообщением (limited broadcast);

1 1 1 1 . . . 1…………………………………………………………………………1 ……………….177111......................................……………………………………………………………………...1 1

если в поле адреса назначения стоят сплошные 1, то пакет, имеющий такой адрес рассылается всем узлам сети с заданным номером. Такая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast);

Номер сети

1111..............…………………………………1…..11

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. Используется для организации петли и в диагностических целях.

Маской сети называется битовая маска, определяющая, какая часть IP-адреса является адресом сети, а какая определяет адрес узла в этой сети. Например, узел с IP-адресом 12.34.56.78 и маской сети 255.255.255.0 находится в сети 12.34.56.0.

Чтобы получить адрес сети, зная IP-адрес и маску подсети, необходимо применить к ним операцию «логическое И». Для приведенногл выше случая, например:

IP-адрес: 11000000 10101000 00000001 00000010 (192.168.1.2)

Маска сети: 11111111 11111111 11111111 00000000 (255.255.255.0)

Адрес сети: 11000000 10101000 00000001 00000000 (192.168.1.0)

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

Кроме этих диапазонов специальным образом в настоящее время используются еще и адреса

169.254. 0. 0 - 169.254.255.255

Контрольные вопросы:

1. По каким критериям определяется класс IP адреса?

2. Дайте определение широковещательного адреса.

3. Охарактеризуйте области применения unicast, multicast и broadcast адресации.

4. Какие адреса используются в качестве multicast в протоколе IPv4?

5. Какие адреса предназначены для использования только в частных сетях?

6. Почему для использования в частных сетях были выделены специальные области адресного пространства?

7. Какова основная проблема системы адресации IPv4 и как она решается?