|
|
1. 1 История tcpIP
3.1.3 Понятие IP-адресации
Основной задачей протокола IP является передача данных между устройствами составной сети, для чего необходима информация о расположении адресата. Идентифицировать адресата и определить маршрут до него позволяет IP-адрес.
В отличие от физического адреса (МАС-адреса), который присваивается каждому сетевому устройству во время изготовления и позволяет уникально идентифицировать каждый узел сети, IP-адрес идентифицирует сетевой интерфейс (интерфейс подключения к сети), а не само устройство.
Любое устройство, которое передает данные, используя сетевой уровень, будет иметь как минимум один уникальный IP-адрес для сетевого интерфейса. Например, таким сетевым узлам, как компьютеры (если установлена одна сетевая карта) и сетевые принт-серверы обычно присваивают один IP-адрес. Маршрутизаторам или коммутаторам 3 уровня может быть присвоено более одного IP-адреса, так как они могут использоваться для соединения нескольких сетей.
Для того чтобы устройство участвовало в сетевом взаимодействии с помощью протокола IP, его интерфейсу должен быть присвоен уникальный IP-адрес, который позволяет однозначно идентифицировать интерфейс между ним и данной сетью. IP-адреса назначаются независимо от физических адресов. Если устройство переместить в новую сеть, его IP-адрес изменится, а физический (МАС-адрес) останется прежним.
Таким образом, каждое устройство, которое выполняет передачу данных, имеет связанный с ним адрес на канальном уровне и IP-адрес на сетевом уровне. Возникает вопрос: почему адресация выполняется на двух разных уровнях? Потому что эти два адреса используются для разных целей. Логически соединение между источником и приемником сообщения в составной сети осуществляется на сетевом уровне с использованием IP-адреса. Поэтому IP-адреса иногда называют логическими адресами. Физически отправителя и получателя соединяет последовательность каналов связи, работающих по технологиям канального уровня. Чтобы передать данные между непосредственно подключенными устройствами используются адреса канального уровня, например, МАС-адреса.
3.1.4 Представление и структура адреса IPv4
Адрес IPv4 представляет собой 32-разрядное (4 байта) двоичное поле. Для удобства восприятия и запоминания этот адрес разделяют на 4 части по 8 бит (октеты), каждый октет переводят в десятичное число и при записи разделяют точками. Это представление адреса называется десятично-точечной нотацией. Преобразование IP-адреса из двоичного (бинарного) представления в десятичное показано на рисунке 3.10.
Следует отметить, что максимальное значение октета равно 11111111 в двоичной системе счисления, что соответствует 255 в десятичной системе счисления, поэтому IP-адреса, в которых хотя бы один октет превышает максимальное значение, считаются недействительными.
Чтобы быстро в уме выполнить преобразование из двоичного вида в десятичный, полезно запомнить таблицу, приведенную ниже. Десятичное число легко вычисляется как сумма цифр, соответствующих ненулевым битам в октете (таблица 3.1).
Маршрутизация пакетов в сетях передачи данных возможна благодаря тому, что IP-адрес структурирован и состоит из двух логических частей: идентификатора сети (Net ID) — сетевая часть адреса и идентификатора узла (Host ID), который однозначно определяет устройство в сетевом сегменте. Такая структура IP-адреса представляет собой двухуровневую иерархическую модель и позволяет устройству при передаче данных в составную сеть указывать не только удаленную сеть, но и узел в этой сети.
Идентификатор сети определяет конкретную сеть или сегмент сети, в которой находится узел и используется для передачи данных на нужный сетевой интерфейс маршрутизатора.
После того как данные достигают нужной сети, они передаются уникальному узлу в соответствии с идентификатором узла. Все узлы, использующие один и тот же идентификатор сети, должны быть расположены в одной сети или подсети (логическом сегменте сети).
3.1.5 Классовая адресация IPv4
При разработке базовых стандартов и протоколов, положенных в основу будущей глобальной сети (Интернет), невозможно было представить, какое количество адресов потребуется для работы всех узлов сети. Размер адреса IPv4 был выбран длиной в 32 бита (при этом можно адресовать 232 = 4,3 млрд устройств). Как показала практика, этой длины адреса для современной сети Интернет недостаточно. В связи с этим при использовании IPv4 очень важным вопросом является оптимизация выдаваемых адресов с точки зрения максимально эффективного использования адресного пространства IPv4.
Хронологически первым методом разделения IP-адресов является так называемая классовая модель IP-адресации, которая частично решила проблему нерационального использования адресного пространства. Согласно этой модели, все пространство IP-адресов делится на 5 классов в зависимости от значения первых четырех битов адреса IPv4. Классам присвоены имена от А до Е.
Первые три класса А, В и С используются для индивидуальной (unicast) адресации сетей и узлов, класс D — для многоадресной или групповой (multicast) рассылки, класс Е зарезервирован для экспериментов. Классы А, В и С имеют различную длину сетевой части адреса.
Для сетей класса А под идентификатор сети отводится первый октет, при этом его старший (левый) бит всегда равен 0. Оставшиеся три октета содержат идентификатор узла.
Поскольку первый бит идентификатора сети всегда равен нулю, то оставшиеся 7 битов позволяют адресовать 128 (27) различных сетей. Однако ввиду того, что адреса 0.0.0.0 и 127.0.0.0 являются специальными IPv4-адресами, количество доступных сетей класса А равно 126 (27-2). В каждой сети класса А можно адресовать до 16 777 214 (224-2) узлов. Два адреса вычитаются вследствие того, что они используются в специальных целях и не могут быть назначены устройству (первый — адрес сети, последний — широковещательный адрес).
Сети класса В определяются значениями 10 в двух старших битах адреса. Первые два октета адреса содержат идентификатор сети, 3 и 4 октеты — идентификатор узла. В результате количество доступных сетей класса В составляет 16 384 (214) с количеством узлов в каждой сети равным 65 534 (216-2).
Для сетей класса С под идентификатор сети отводится три октета, а под идентификатор узла только один октет. Три старших бита первого октета всегда равны 110, позволяя определить, что адрес относится к классу С. Таким образом, получаем 2 097 152 (221) сетей, в каждой из которых находится 254 (28-2) узла.
Сети класса D определяются значениями 1110 в первых четырех битах адреса, остальные биты используются для адресации многоадресной группы. Адресное пространство класса D зарезервировано для групповой рассылки и используется для адресации группы узлов. Идентификаторов сетей и узлов в IPv4-адресе класса D не выделяют.
Сети класса Е являются экспериментальными и в настоящее время не используются. Адреса в этом классе определяются значениями 1111 в первых четырех битах.
3.1.6 Частные и публичные адреса IPv4
В сети Интернет идентификация устройств осуществляется уникальными IPv4-адресами, которые не должны повторяться в глобальной сети. Такие IPv4-адреса называются публичными адресами (public addresses). Однако число публичных адресов ограничено, поэтому в каждом из классов IP-сетей определено так называемое частное пространство IP-адресов (private addresses). Частные IPv4-адреса предназначены для использования в локальных компьютерных сетях и не маршрутизируются в Интернет. Для локальных сетей, не подключенных к сети Интернет, можно использовать любые возможные адреса, уникальные в пределах данной сети.
Публичные адреса находятся в пределах от 1.0.0.0 до 223.255.255.255 за исключением частных адресов IPv4.
Адресное пространство частных IPv4-адресов состоит из 3 блоков:
10.0.0.0 — 10.255.255.255 (класс А);
172.16.0.0 — 172.31.255.255 (класс В);
192.168.0.0 — 192.168.255.255 (класс С).
Помимо этого определены IPv4-адреса (таблица 3.3), которые имеют специальное назначение (специальные адреса).
Идентификатор сети
|
Идентификатор узла
|
Описание
|
Все «0»
|
Все «0»
|
0.0.0.0 — адрес узла, сгенерировавшего пакет. Используется устройством для ссылки на самого себя, если оно не знает свой IPv4-адрес. Например, когда устройство пытается получить IPv4-адрес с помощью протокола DHCP
|
Все «0»
|
Идентификатор узла
|
Узел назначения принадлежит той же сети, что и узел-отправитель, например, 0.0.0.25
|
Идентификатор сети
|
Все «0»
|
Адрес IPv4-сети, например, 175.11.0.0
|
Идентификатор сети
|
Все «1»
|
Широковещательный адрес IPv4-сети, например, 192.168.100.255. Узел может отправить широковещательный пакет всем узлам сети/подсети, используя этот адрес
|
Все «1»
|
Все «1»
|
Ограниченный широковещательный адрес (limited broadcast) 255.255.255.255 никогда не передается за пределы сети/подсети источника. Этот адрес может использоваться узлами, которые не знают идентификатор своей сети и запрашивают его
|
127.0.0.1
|
Адрес интерфейса обратной петли (loopback), предназначен для тестирования оборудования без реального отправления пакета
|
|
|
|
Скачать 340.83 Kb.