СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. Министерствообразованияинаукироссийскойфедерации
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
4.4.4.2. Сетевые IP- адреса IP-адрес – идентификатор сетевого соединения (сетевого интерфейса). Это означает, что один и тот же компьютер, соединенный с двумя сетями (рис.4.38), имеет два IP-адреса: сеть 1 идентифицирует его по адресу IP1, а сеть 2 – по адресу IP2. IP-адреса представляют собой 32-битовые идентификаторы, ориентированные на решение основной задачи протокола IP- Типы адресов в IP - сетях Локальные (аппаратные) Сетевые (IP-адреса) Доменные имена 4.36 Физический адрес 21-АВ-35-С2-68-F8 Сетевой (IP-) адрес 169.29.234.1 ARP RARP Доменное имя fkb.meta.org DNS 4.37 Раздел 4. Глобальные сети 296 маршрутизации. Для удобства представления IP-адресов используется цифровое их написание в виде десятичного представления 4 байт, разделенных точками, например: 192.171.153.60 . Первоначально в Интернете была принята так называемая классовая адресация. Все IP-адреса разделены на 5 классов (от А до Е), представленных на рис.4.39, но практическое применение находят в основном три первых класса: A, B и С. Класс D предназначен для задания группового адреса, а класс Е – не используется (зарезервирован для последующего использования). IP-адрес состоит из двух полей: поле «Номер сети», представляющий собой адрес физической сети (подсети), и поле «Номер узла», выделяющий в этой подсети конкретное устройство (хост). Признаком принадлежности адреса к определённому классу служат первые биты адреса: если первый бит равен 0, то адрес принадлежит классу А, если первый бит равен 1, а второй – 0, то адрес принадлежит классу В и т.д. Принадлежность адреса к тому или иному классу определяет размер сети (табл.4.4): • класс А соответствует большой сети с максимальным числом узлов (2 24 – 2) = 16 777 214; • класс В соответствует средней сети с числом узлов до 65534; • класс С соответствует малой сети с числом узлов до (2 8 –2)=254. Отметим, что максимальное количество узлов в сети определяется количеством двоичных разрядов n , отводимых под номер узла: 2 2 max − = n N , то есть исключаются два номера : • нулевой ( все разряды равны 0); адрес с нулевым значением номера узла означает адрес сети ; IP1 IP2 4.38 ЭВМ ЛВС 1 ЛВС 2 Разряды 1 2 3 4 5 … 9 … 17 … 25 … 32 Класс А 0 Номер сети Номер узла ( хоста ) Класс B 1 0 Номер сети Номер узла Класс С 1 1 0 Номер сети Номер узла Класс D 1 1 1 0 Групповой адрес Класс Е 1 1 1 1 0 Зарезервирован для последующего использования 4.39 Раздел 4. Глобальные сети 297 • единичный (все разряды равны 1); адрес с единичными значениями номера узла является широковещательным и означает передачу пакета всем узлам сети. Таблица 4.4 Показатель Класс A Класс B Класс C Размер сети большая средняя малая Номер (адрес) сети наименьший 1.0.0.0 128.0.0.0 192.0.0.0 наибольший 126.0.0.0 191.255.0.0 223.255.255.0 Число узлов в сети (max) 16 777 214 65 534 254 Длина поля в битах номер сети 7 14 21 номер узла 24 16 8 IP-адрес построен таким образом, чтобы поля «Номер сети» и «Номер узла» можно было бы выделить быстро, что особенно сказывается на эффективности маршрутизации (малые временные затраты на выделение адреса «Номер сети»). Поскольку IP-адрес идентифицирует сетевое соединение, а не узел, то отсюда вытекает принципиальное ограничение: если компьютер переносится из одной подсети в другую, он должен обязательно изменить IP-адрес. 4.4.4.3. Специальные , автономные и групповые IP- адреса IP-адресация поддерживает специальные адреса (рис.4.40), обращенные к множеству узлов и/или сетей и делящиеся на два класса: • широковещательные (broadcast), обращенные ко всем; • групповые (multicast), обращенные к заданному множеству объектов. Адресная нотация при этом основывается на заполнении адресных полей нулями (обращение к данному объекту, this) или единицами (обращение ко всем объектам, all). Специальные адреса Широковещательные (broadcast) Групповые (multicast) Постоянные (well-known addresses) Временные (transient multicast groups) 4.40 Раздел 4. Глобальные сети 298 В табл.4.5 перечислены все возможные специальные адреса, трактовка которых раскрывается ниже. Таблица 4.5 Тип Номер сети Номер узла Адрес 1 0 0 0 … 0 0 0 0 … 0 Адрес 2 0 0 0 … 0 Х Х Х … Х Адрес 3 Х Х Х … Х 0 0 0 … 0 Адрес 4 1 1 1 … 1 1 1 1 … 1 Адрес 5 Х Х Х … Х 1 1 1 … 1 Адрес 6 01111111 - - - … - Адрес 1 – "пустышка" или неопределённый адрес, используемый в инициализационной процедуре, когда рабочая станция не знает своего IP- адреса или хочет его согласовать; используется только как адрес отправителя, но никогда как адрес получателя. Адрес 2 – адрес конкретного узла (ХХХ…Х) в той же сети, что и узел-отправитель; применяется в случае, когда узел-отправитель не знает идентификатора сети, в которой работает, например при инициализации бездисковой рабочей станции, которая при включении вообще ничего не знает ни о сети, ни о себе; используется только как адрес получателя и никогда как адрес отправителя. Адрес 3 – адрес сети (но не узла). Адрес 4 – локальный или ограниченный широковещательный адрес (limited или local broadcast address); используется, когда идентификатор сети по каким-либо причинам неизвестен; для использования не рекомендуется. Адрес 5 – прямой широковещательный адрес (direct broadcast address), обращенный ко всем узлам данной сети. Адрес 6 – тестовый адрес, в котором первый байт имеет значение 127, а оставшееся поле не специфицировано; используется для задач отладки и тестирования, не является адресом никакой сети, и маршрутизаторы никогда не обрабатывают его; также называется адресом обратной петли (loopback address), поскольку пакет с таким адресом, посланный на интерфейс loopback возвращается на тот же интерфейс, не выходя за пределы подсети. Интерфейс loopback имеет несколько применений. Он может быть использован сетевым клиентским программным обеспечением, чтобы общаться с серверным приложением, расположенном на том же компьютере. Этот механизм полезен для тестирования служб, не подвергая их безопасность риску, как при удаленном сетевом доступе. В стандартах Интернета определено несколько так называемых автономных адресов, рекомендуемых для автономного использования в пределах одной подсети и необрабатываемых маршрутизаторами: • в классе А: 10.0.0.0 (1 сеть); Раздел 4. Глобальные сети 299 • в классе В: 172.16.0.0 – 172.31.0.0 (16 сетей); • в классе С: 192.168.0.0 – 192.168.255.0 (256 сетей). В качестве группового адреса используются адреса класса D. Групповая адресация в TCP/IP регламентируется входящим составной частью в IP протоколом IGMP (Internet Group Management Protocol). Групповой адрес может объединять узлы из разных физических сетей путем использования в маршрутизаторах специальных протоколов групповой маршрутизации. Каждый узел может в любой момент подключиться к определенной адресной группе или выйти из нее. Групповые адреса назначаются NIC и разделяются на два класса: • постоянные – для непрерывно существующих групп (так называемые «всем известные адреса» – well-known addresses); • временные – для организуемых на некоторый срок групп, которые существуют до тех пор, пока в группе сохраняется хотя бы один член (так называемые «временные адресные группы» – transient multicast groups). Распространение групповых сообщений по интерсети ограничивается временем жизни (time-to-live) IP-пакета. 4.4.4.4. Использование масок для IP- адресов Маска представляет собой 32-разрядный двоичный код, содержащий в нескольких первых (старших) разрядах «единицы», а в остальных – «нули». Количество единиц в маске определяет границу номера (идентификатора) сети. Другими словами, единичные значения маски позволяют выделить из IP-адреса номер сети, а оставшиеся младшие разряды IP-адреса определяют номер узла в этой сети. Использование масок для IP-адресовпозволяет расширить адресное пространство и сделать систему адресации более гибкой, не привязанной к классам IP-адресов (А, В или С). Пример. Пусть заданы: IP-адрес: 126.65.32.5 и маска: 255.192.0.0 . IP-адрес 126.65.32.5 соответствует адресу узла 0.65.32.5 в сети 126.0.0.0 . Запишем IP-адрес и маску в двоичном виде: IP-адрес: 01111110.01000001.00100000.00000101 маска: 11111111.11000000.00000000.00000000 Тогда: адрес сети: 01111110.01 или 126.64.0.0 адрес узла: 000001.00100000.00000101 или 0.1.32.5 Таким образом, вместо сети 126.0.0.0, принадлежащей к классу А, при наличии маски имеем сеть 126.64.0.0, которая не принадлежит ни одному из классов А, В или С. Максимальное количество узлов в этой сети определяется длиной поля адреса, используемого для нумерации узлов, то Раздел 4. Глобальные сети 300 есть количеством нулевых разрядов в маске. В нашем примере это 22 разряда, следовательно, максимальное количество узлов в сети будет равно 2 22 – 2 = 4 194 302. Для стандартных классов сетей маски имеют вид: класс А: 11111111. 00000000.00000000.00000000 (255.0.0.0); класс В: 11111111. 11111111.00000000.00000000 (255. 255.0.0); класс С: 11111111. 11111111. 11111111.00000000 (255. 255. 255.0). Часто использование маски указывается в виде: 116.165.42.35/12, где число 12 определяет количество единичных разрядов в маске для IP-адреса 116.165.42.35. 4.4.4.5. Распределение IP- адресов Распределение IP-адресов может выполняться двумя способами: • централизованное распределение, реализуемое специальными органами регистрации глобальных адресов, распределяющими адреса в сети Интернет и образующими иерархическую структуру, показанную на рис.4.41; • автоматизированное распределение, реализуемое в сетях с единым административным управлением с использованием протокола назначения адресов DHCP. Протокол для автоматического назначения IP-адресов – Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) – может поддерживать следующие способы распределения адресов (рис.4.42): • ручное распределение – с участием администратора сети, причем DHCP-сервер всегда выдает определенному клиенту один и тот же назначенный ему администратором адрес; • автоматическое статическое распределение – DHCP-сервер при первом подключении клиента выбирает из пула наличных IP-адресов произвольный IP-адрес, который при последующих подключениях клиента не меняется; Главный орган регистрации глобальных адресов в Internet ICANN –Internet Corporation for Assigned Names and Numbers Региональные отделы ARIN (Америка) RIPE (Европа) APNIC (Азия) … Поставщики услуг Клиенты 4.41 Раздел 4. Глобальные сети 301 • автоматическое динамическое распределение – DHCP-сервер при каждом обращении клиента выдает IP-адрес на ограниченное время – время аренды, причем впоследствии этот адрес может быть предоставлен другому компьютеру; это позволяет строить IP-сеть с числом узлов, превышающим количество имеющихся в распоряжении администратора IP-адресов. Кроме IP-адреса DHCP-сервер может назначить клиенту другие параметры стека TCP/IP, например: • маску; • IP-адрес маршрутизатора по умолчанию; • IP-адрес сервера DNS; • доменное имя компьютера и т.п. Постоянный рост сети Интернет ведет к дефициту IP-адресов, особенно адресов класса А. Кроме того, имеющееся в распоряжении некоторой сети адресное пространство часто используется нерационально, например, используются не все адреса из 254 имеющихся в распоряжении сети класса С. 4.4.4.6. Бесклассовая междоменная маршрутизация Использование масок переменной длины для IP-адресов позволяет не только расширить адресное пространство за счет увеличения количества номеров сетей, но и экономно выделять IP-адреса. Например, если в какой-то небольшой сети находится десяток узлов, то очевидно, что неразумно выделять ей номер сети даже класса С, обеспечивающей нумерацию 254-х узлов. Гораздо более эффективным будет выделение для этой сети небольшого количества IP-адресов. Для выделения ограниченного количества IP-адресов разработана технология бесклассовой междоменной маршрутизации (CIDR – Classless Inter-Domain Routing), использующая бесклассовую адресацию и позволяющая гибко распределять IP-адреса. Для реализации технологии CIDR необходимо, чтобы организация, распределяющая IP-адреса, имела в наличии непрерывный диапазон адресов. Это предоставляет возможность выделять сетям некоторое количество IP-адресов, имеющих одинаковый префикс, то есть одинаковые значения в нескольких старших разрядах. На рис.4.43 показан пример, иллюстрирующий принцип выделения адресов из общего пула адресов для сетей разных размеров. Так, например: • пул Р1 имеет префикс длиной 28 двоичных разрядов и 4 разряда под нумерацию узлов, что позволяет пронумеровать 16 узлов небольшой сети; • пул Р2 имеет префикс длиной 26 разрядов и 6 разрядов под нумерацию узлов, что позволяет пронумеровать 64 узла; Способы назначения IP-адресов Ручное статическое Автоматическое статическое Автоматическое динамическое 4.42 Раздел 4. Глобальные сети 302 • пул Р3 с префиксом длиной 26 разрядов позволяет пронумеровать 1024 узла. При таком выделении адресов необходимо, чтобы: • количество выделяемых адресов было кратно степени двойки; • начальная граница выделяемого пула адресов была кратна требуемому количеству узлов. Благодаря технологии CIDR имеется возможность нарезать блоки адресов в соответствии с действительными потребностями каждой сети. 4.4.4.7. Протоколы разрешения адресов ARP и RARP Определение физического адреса устройства (MAC-адреса) по его IP-адресу и наоборот, IP-адреса по MAC-адресу, решают входящие в IP-стек два протокола: • ARP (Address Resolution Protocol – Протокол разрешения адресов) • RARP (Reverse Address Resolution Protocol – Протокол обратного определения адреса) соответственно рис.4.44. Протокол ARP поддерживает в каждом узле (сетевом адаптере или порту маршрутизатора) ARP-таблицу, содержащую (рис.4.45): • IP-адрес; • MAC-адрес; • тип записи (динамический, статический). Протоколы разрешения адресов ARP IP MAC 4.44 RARP MAC IP 4 р. 6 разр. Префикс пула Р1 (32-4)=28 разрядов Размер пула: 2 4 = 16 Префикс пула Р2 (32-8)=26 разрядов Размер пула: 2 6 = 64 адреса Префикс пула Р3 22 разряда Размер пула: 2 10 = 1024 адреса N разрядов Префикс (32-N) поставщика … … 10 разрядов 4.43 Раздел 4. Глобальные сети 303 По этой таблице узел может определить физический адрес (МАС- адрес) узла назначения, находящегося в этой же сети, по известному IP- адресу и указать его в заголовке кадра канального уровня. Если в ARP- таблице отсутствует запись для некоторого IP-адреса, то узел формирует широковещательное сообщение – ARP-запрос, в котором запрашивает физический адрес узла назначения. Все узлы сети принимают этот запрос, однако лишь один узел, IP-адрес которого совпадает с указанным в ARP- запросе, отвечает на него, высылая ARP-ответ со своим физическим адресом непосредственно узлу, приславшему ARP-запрос. Последний записывает в ARP- таблицу найденное соответствие между IP-адресом и MAC-адресом и в дальнейшем не запрашивает его при повторных обращениях к этому узлу. Протокол ARP предполагает, что узлы знают свои IP-адреса. Формат ARP-запроса (ответа) представлен на рис.4.46. В сети, объединяющей несколько локальных сетей (подсетей) с помощью маршрутизаторов, продвижение пакетов от узла, находящегося в одной подсети, к узлу, находящемуся в другой подсети, осуществляется на основе старшей части IP-адреса, то есть на основе номера сети. После того, как пакет поступит в конечный маршрутизатор, к которому подсоединена вторая подсеть (сеть назначения), необходимо этот пакет упаковать в кадр и в качестве физического адреса узла назначения указать его МАС-адрес. Маршрутизатор просматривает свою ARP-таблицу и, если не находит соответствующего IP-адреса, формирует широковещательный ARP-запрос, посылает его в локальную сеть и ожидает ARP-ответа. Если в сети нет Динамический/статический 12-43-F4-AB-5C-01 195.36.210.12 Тип записи MAC-адрес IP-адрес 4.45 195.67.8.12 «Сетевой адрес получателя» |