Адресация в IP

В отличие от физических (MAC) адресов, формат которых зависит от конкретной сетевой технологии, IP-адрес любого узла сети представляется 32-разрядным двоичным числом. Соответствие IP-адреса узла его физическому адресу внутри сети (подсети) устанавливается динамически посредством широковещательных запросов ARP-протокола.

При написании IP-адрес состоит из четырех чисел в диапазоне 0-255, представляемых в двоичной, восьмеричной, десятичной или шестнадцатеричной системе счисления и разделяемых точками.

Адрес состоит из префикса — сетевой части (n), общей для всех узлов данной сети, и хост-части (h), уникальной для каждого узла. Соотношение размеров частей адреса определяется в зависимости от принятого способа адресации, которых сменилось уже три поколения.

Изначально (1980 г.) было определено разделение на основе класса (classful addressing) и допускались три фиксированных размера префикса — 1,2 или 3 байта. Они соответствовали классу сети, однозначно определяемому значениями старших бит адреса. В табл. 1 приведена структура адресов пяти классов сетей. Сети класса D предназначены для группового (multicast) вещания, здесь хост-часть адреса отсутствует, а n...n представляет идентификатор группы. Класс Е обозначен как резерв для будущих применений.

Таблица 1 – Классовая адресация IP-сетей

Класс сети	1 байт	2 байта	3 байта	4 байта	Число сетей	Число узлов в сети
A	0nnnnnnn	hhhhhhhh	hhhhhhhh	hhhhhhhh		»16 млн.
B	10nnnnnn	nnnnnnnn	hhhhhhhh	hhhhhhhh	»16 млн.	» 65 тыс.
C	110nnnnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn	hhhhhhhh	» 2 млн.
D	1110nnnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn	» 256 млн.	Не ограничено
E	11110nnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn	» 128 млн.	Резерв

Позже было введено деление на подсети относительно произвольных размеров. Адрес подсети (s) использует несколько старших бит, отводимых при стандартной классовой разбивке под хост-часть адреса, Например, структура адреса в сети класса С может иметь следующий вид:

110nnnnn.nnnnnnnn.nnnnnnnn.sssshhhh — подсеть с 4-6итной хост-частью адреса, которая может содержать 14 узлов. Подсети могут делиться на еще более мелкие подсети. Деление на подсети не допускает пересечения границы адресов класса. Так, например адрес 110nnnnn.nnnnnnnn.nnnnnnss.sshhhhhh не является допустимым, поскольку по первым битам он относится к классу С (для класса В такая длина префикса была бы допустимой),

Впоследствии (1993 г., RFC 1519) был принят «внеклассовый» подход к определению длины префикса classless addressing или supemetting» C1DR (Classless lnter-Domain Routing), Здесь длина префикса произвольна, что позволяет наиболее гибко распределять адресное пространство.

Комбинации из всех нулей или всех единиц (первый и последний номера) в префиксе и/или хост-части зарезервированы под широковещательные сообщения и служебные цели:

- Нулевой адрес не используют,

- Нулевой префикс означает принадлежность получателя к (под)сети отправителя.

- Нулевая хост-часть адреса в старых протоколах обмена маршрутной информацией (RTP) означает, что передается адрес (под)сети.

- Единицы во всех битах адреса означают широковещательность рассылки пакета всем узлам (под)сети отправителя (limited broadcast — ограниченное широковещательное сообщение).

- Единицы во всех битах хост-части (префикс ненулевой и неединичный) означают широковещательность (broadcast) рассылки пакета всем узлам (под)сети заданной сетевой частьюадреса (префиксом),

- Адреса 127.х.х.х зарезервированы для отладочных целей. Пакет, посланный протоколом верхнего уровня по любому из этих адресов (обычно используют 127.0.0.1), по сети не распространяется, а сразу поступает вверх по протокольному стеку того же узла (loopback).

При записи адреса иногда применяют форму, в которой последний элемент указывает длину префикса в битах. Так, например, адрес сети стандартного класса С может выглядеть в десятичном представлении как 199.123.456.0/24, а адрес 199.123.456.0/28 определяет уже подсеть с числом хостов 14.

Три варианта адресации различаются в плане информации, которая необходима маршрутизатору. При классовой организации, кроме адреса, никакой дополнительной информации не требуется, поскольку положение префикса фиксировано. Протокол RIP сетевой маршрут (network route) распознавал по нулевой хост-части; адрес, у которого в хост-части есть хоть один единичный бит, определял маршрут узла (host route). При определении подсетей требуется до­полнительная информация о длине префикса. При переходе на подсети было принято соглашение о том, что адресация внешних («чужих») сетей выполняется по классовому признаку, а локальные маршрутизаторы, работающие с подсетями, получают значение масок при ручной настройке. Появилась новая категория — подсетевой маршрут (subnetwork route). Протоколы маршрутизации, поддерживающие подсети по RFC 950 (например, RIP), «не понимают» комбинаций префиксов и адресов подсетей, пересекающих границы стандартных классов.

Новые протоколы обмена маршрутной информации, поддерживающие префиксы произвольного размера (OSPF), обмениваются полной информацией, включающей 32-битный адрес и длину префикса. При этом остается единственный тип маршрутов — префиксный (prefix route).

В настоящее время распространена форма задания префикса в виде маски (под)сети. Маска представляет собой 32-битное число, представляемое по об­щим правилам записи IP-адреса, у которого старшие биты, соответствующие префиксу, имеют единичное значение, младшие (локальная хост-часть) — нуле­вые. Маски могут принимать значения из ограниченного списка. Перед ненулевым байтом маски могут быть только значения 255, пос­ле байта, отличного от 255, — только нули. Количество допустимых адресов хостов в (под)сети (с учетом резерви­рования крайних значений адреса) определяется по формуле

N = 2^(32-Р) - 2,

где Р — длина префикса. Префиксы длиной 31 или 32 бит непригодны для упо­требления, префикс длиной 30 бит позволяет адресовать только два узла (ис­пользуется при двухточечных соединениях по РРР).

Адресом (под)сети можно считать адрес любого ее узла с обнуленными бита­ми хост-части. В десятичном представлении диапазоны адресов и маски сетей стандартных классов имеют следующие значения:

Класс А: 1.0.0.0-126.0.0.0, маска 255.0.0.0..

Класс В: 128.0.0.0-191.255.0.0, маска 255.255.0.0.

Класс С: 192.0.0.0-223.255.255.0, маска 255.255.255.0.

Класс D: 224.0.0.0-239.255.255.255, маска 255.255.255.255,

Класс Е: 240.0.0.0-247.255.255.255, маска 255.255,255.255.

Деление на сети носит административный характер — адреса сетей, входящих в глобальную сеть Интернет, распределяются централизованно организацией In­ternet NIC (Internet Network Information Center). Деление сетей на подсети мо­жет осуществляться владельцем адреса сети произвольно. При использовании масок техническая грань между сетями и подсетями практически стирается. Для частных сетей, не связанных маршрутизаторами с глобальной сетью, выделены специальные адреса сетей:

Класс А: 10.0.0.0 (1 сеть).

Класс В: 172.16.0.0-172.31.0.0 (16 сетей).

Класс С: 192.168.0.0-192.168.255.0 (256 сетей).

На рис. 1 приведены примеры разбивки сети 192.168.0.0 класса С на четы­ре подсети: S1 — 126 узлов (маска 255.255.255.128), S2 — 62 узла (маска 255.255.255.192), S3 и S4 - по 30 узлов (маски 255.255.255.224)

Рис. 1 Примеры распределения адресов IP-сети: а, б — правильно, в — неправильно

В терминологии сетей TCP/IP маской подсети или маской сети называется битовая маска, определяющая, какая часть IP-адреса узла сети относится к адресу сети, а какая — к адресу самого узла в этой сети. Например, узел с IP-адресом 12.34.56.78 и маской подсети 255.255.0.0 находится в сети 12.34.0.0.

Чтобы получить адрес сети, зная IP-адрес и маску подсети, необходимо применить к ним операцию поразрядной конъюнкции. Например, в случае более сложной маски:

IP-адрес: 00001100 00100010 00111000 01001110 (12.34.56.78)

Маска подсети: 11111111 11111111 11100000 00000000 (255.255.224.0)

Адрес сети: 00001100 00100010 00100000 00000000 (12.34.32.0)

Маску подсети часто записывают вместе с IP-адресом в формате «IP-адрес/количество единичных бит в маске». Например, IP-адрес 12.34.56.78 с маской 255.255.224.0 (т. е. состоящей из 19 единичных бит и 13 нулевых) можно записать как 12.34.56.78/19.

Разбиение одной большой сети на несколько маленьких подсетей позволяет упростить маршрутизацию. Например, пусть таблица маршрутизации некоего маршрутизатора содержит следующую запись:

Сеть назначения	Маска	Адрес шлюза
12.34.0.0	255.255.0.0	11.22.3.4

Пусть теперь маршрутизатор получает пакет данных с адресом назначения 12.34.56.78. Обрабатывая построчно таблицу маршрутизации, он обнаруживает, что при наложении маски 255.255.0.0 на адрес 12.34.56.78 получается адрес сети 12.34.0.0. В таблице маршрутизации этой сети соответствует шлюз 11.22.3.4, которому и отправляется пакет.

Назначение маски подсети

Маска назначается по следующей схеме 2⁸-n (Для сетей класса C), где n - количество компьютеров в под/сети.

Пример: В некой сети класса C есть 20 компьютеров, маска для такой сети вычисляется следующим образом:

2⁸ - 20 = 236 (0ECh) < = > 255.255.255.236 (0xFFFFFFEC)

Графическое представление пространства адресов наглядно показывает ошибки несогласованности адреса и размера подсети (определяемого маской).

IP-адреса и маски назначаются узлам при их конфигурировании вручную или автоматически с использованием DHCP- или BootP-серверов. Ручное на­значение адресов требует внимания — некорректное назначение адресов и масок приводит к невозможности связи по IP, однако с точки зрения надежности и безопасности (защиты от несанкционированного доступа) оно имеет свои пре­имущества.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) — протокол, обеспечивающий автоматическое динамическое назначение IP-адресов и масок подсетей для уз­лов-клиентов DHCP-сервера. Адреса вновь активированным узлам назначаются автоматически из области адресов (пула), выделенных DHCP-серверу. По окон­чании работы узла его адрес возвращается в пул и в дальнейшем может назначать­ся для другого узла. Применение DHCP облегчает инсталляцию и диагностику для узлов, а также снимает проблему дефицита IP-адресов (реально отнюдь не все клиенты одновременно работают в сети).

Протокол BootP выполняет аналогичные функции, но использует статическое распределение ресурсов. При инициализации узел посылает широковещатель­ный запрос, на который BootP-сервер ответит пакетом с IP-адресом, маской, а также адресами шлюзов (gateways) и серверов службы имен (nameservers). Эти данные хранятся в списке, составленном по МАС-адресам клиентов BootP, хра­нящимся на сервере. Естественно, что по отключении узла его IP-адрес не может быть использован другими узлами.

Маска сети необходима для того, чтобы сообщить устройствам, в какой части адреса содержится номер сети, а в какой — номер хост-машины. Маски сетей используют тот же формат, что и IP-адресация. Другими словами, маска имеет длину 32 бита и разделена на 4 октета. Маски сетей имеют все единицы в части, отвечающей сети и сети, и все нули в части, отвечающей хост-машине. По умолчанию, если нет заимствованных битов, маска сети сети класса В будет иметь вид 255.255.0.0. Если же заимствовано 8 бит, маской сети той же сети класса В будет 255.255.255.0 (табл. 2). Поскольку для сетей класса В только 2 октета относятся к полю хост-машин, то для создания сетей может быть задействовано до 14 бит. В сетях класса С только один октет относится к полю хост-машин, поэтому для создания сетей в сетях класса С может быть заимствовано до 6 бит.

Таблица 2

								Значение маски

Дата добавления: 2015-07-08