Классы IP-адресов. Адресация в Интернет

Адресация в Интернет

Общие сведения

Установление соединения между двумя и более узлами происходит на основе обработки адресной информации, которую по мере необходимости обрабатываются устройствами 3-го уровня в маршрутизаторах. К адресу предъявляются следующие требования.

• Адрес должен быть универсальным.

• Адрес должен иметь иерархическую структуру, удобную для обработки соответствующими узлами.

• Адрес должен быть удобен для пользователя.

В связи с этим в Интернет используются три типа адреса.

Физический адрес (Media Access Control, MAC-адрес) используется для установления соединения в локальной сети (подсети). Этот адрес совпадает с номером сетевого адаптера (сетевой карты) компьютера и жестко устанавливается заводом-изготовителем из пула (диапазона), отведенных ему адресов. Записывается в виде 20 шестнадцатеричных чисел, разделенных двоеточием, например, 08:00:06:3F:D4:E1, где первые три значения определяют фирму-производителя (00:10:5a:xx:xx:xx – 3Com, 00:03:ba:xx:xx:xx – Sun, 00:01:e3:xx:xx:xx – Siemens), а последующие – порядковый номер узла. Компьютер может иметь несколько сетевых карт и, соответственно, несколько МАС-адресов. При замене аппаратуры изменяется и MAC-адрес, поэтому их использование в качестве сетевых адресов неудобно.

Символьные (доменные) адреса предназначены для людей. Для работы в больших сетях символьные адреса имеют сложную иерархическую структуру, содержащую имя пользователя, имя подсети (поддомена), символьное имя страны или организации (домена). Например, адрес [e-mail] обозначает, что адресат (Иван Сидоров) находится в подсети sk сети sut в России (ru), а адрес www.protocols.com – адрес домена коммерческой организации.

Сетевые адреса (IP-адреса) фиксированной длины применяются для установления сетевых соединений в Интернет, т.к. использование символьных имен из-за их переменной длины неудобно.

Между физическим адресом (МАС-адресом), символьным (доменным) именем и IP-адресом нет никакого алгоритмического соответствия, поэтому приходится использовать специальные таблицы соответствия, которые хранятся в специальных сетевых устройствах (серверах). Присвоение IP-адресов, установление соответствия между различными типами адресов осуществляется посредством определенных протоколов.

Классы IP-адресов

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, а 10000000 00001010 00000010 00011110 - двоичная форма представления этого же адреса.

Адрес состоит из двух логических частей - номера сети и номера узла в сети. Если сеть является частью Интернет, то номер сети назначается централизованно по рекомендации специального органа Интернет – Internet Information Center, NIC. Номер узла в IP-адресе назначается из разрешенного для этого класса диапазона независимо от физического адреса. Маршрутизатор объединяет несколько сетей, поэтому каждый порт (интерфейс) маршрутизатора имеет свой IP-адрес.

Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая - к номеру узла, определяется значениями первых бит адреса. Значения этих бит являются также признаками того, к какому классу относится тот или иной IP-адрес.

На рис. 1 показана структура IP-адреса разных классов.

Рис. 1. Структура IP-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 используется, а номер 127 зарезервирован для специальных целей, о чем будет сказано ниже.) Сетей класса А немного, зато количество узлов в них может достигать 2²⁴, то есть 16 777 216 узлов.

Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В. В сетях класса В под номер сети и под номер узла отводится по 16 бит, то есть по 2 байта. Таким образом, сеть класса В является сетью средних размеров с максимальным числом узлов 2¹⁶, что составляет 65 536 узлов.

Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С. В этом случае под номер сети отводится 24 бита, а под номер узла - 8 бит. Сети этого класса наиболее распространены, число узлов в них ограничено 28, то есть 256 узлами.

Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес - multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.

Если адрес начинается с последовательности 11110, то это значит, что данный адрес относится к классу Е, Адреса этого класса зарезервированы для будущих применений.

Таблица 1. Характеристики адресов разного класса

Класс	Первые биты IP-адреса	Наименьший номер сети	Наибольший номер сети	Максимальное число сетей	Макс. число узлов в каждой сети
A		0.0.0.0	127.0.0.0	2 ^7– 2	2 ^24– 2
B		128.0.0	191.255.0.0	2 ^14– 2	2 ^16– 2
C		192.0.0.0	223.255.255.0	2 ^21– 2	2 ^8– 2
D		224.0.0.0	239.255.255.255	15 x 2 ^24	Групповые адреса
E		240.0.0.0	247.255.255.255	7 x 2 ^24	Резерв

В таблице жирным шрифтом выделена старшая часть IP-адреса, указывающая номер сети.

В IPv4 существуют определенные соглашения об использовании адресов.

1. В каждом классе имеется диапазон адресов для локального использования, которые сетевые маршрутизаторы не обрабатывают ни при каких условиях, они используются для маршрутизации в локальных сетях. В классе А – это сеть 10.0.0.0, в классе В – диапазоны сетей от 172.16.0.0 до 172.31.0.0, в классе С – диапазон сетей от 192.168.0.0. до 192.168.255.255.

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

то он обозначает тот узел, который сгенерировал этот пакет;

3. если в поле номера сети стоят 0,

то интерпретируется только номер узла, т.к. предполагается, что этот узел принад­лежит той же самой сети, что и узел, который отправил пакет;

4. если все двоичные разряды IP-адреса равны 1,

то этот пакет посылается всем узлам, но только относящимся к данной сети (ограниченное широковещательное сообщение – limited broadcast);

5. если сплошные 1 стоят только в поле адреса узла,

то это означает широковещательное сообщение – broadcast, которое рассылается всем узлам сети с заданным номером. Например, пакет с адресом 192.190.21.155 доставляется всем узлам сети 192.190.21.0;

6.еще один адрес 127.0.0.1 зарезервирован для обозначения обратной связи – Loopback, которая используется для тестирования работы программного обеспечения узла без реальной отправки пакета по сети.

Когда программа посылает данные по IР-адресу 127.0.0.1, то образуется как бы «петля». Данные не передаются по сети, а возвращаются модулям верхнего уровня как только что принятые. Поэтому в IР-сети запрещается присваивать машинам IР-адреса, начинающиеся со 127

3. Использование масок в IP-адресации.

Традиционная схема деления IP-адреса на номер сети и номер узла основана на понятии класса, который определяется значениями нескольких первых бит адреса. Именно потому, что первый байт адреса 185.23.44.206 попадает в диапазон 128-191, мы можем сказать, что этот адрес относится к классу В, а значит, номером сети являются первые два байта, дополненные двумя нулевыми байтами - 185.23.0.0, а номером узла - 0.0.44.206.

А что если использовать какой-либо другой признак, с помощью которого можно было,бы более гибко устанавливать границу между номером сети и номером узла?

В качестве такого признака сейчас получили широкое распространение маски.

Маска - это число, которое используется в паре с IP-адресом; двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые должны в IP-адресе интерпретироваться как номер сети.

Поскольку номер сети является цельной частью адреса, единицы в маске также должны представлять непрерывную последовательность.

Для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:

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).

Для записи масок используются и другие форматы, например, удобно интерпретировать значение маски, записанной в шестнадцатеричном коде: FF.FF.00.00 - маска для адресов класса В. Часто встречается и такое обозначение 185.23.44.206/16 - эта запись говорит о том, что маска для этого адреса содержит 16 единиц или что в указанном IP-адресе под номер сети отведено 16 двоичных разрядов.

Снабжая каждый IP-адрес маской, можно отказаться от понятий классов адресов и сделать более гибкой систему адресации. Например, если рассмотренный выше адрес 185.23.44.206 ассоциировать с маской 255.255.255.0, то номером сети будет 185.23.44.0, а не 185.23.0.0, как это определено системой классов.

В масках количество единиц в последовательности, определяющей границу номера сети, не обязательно должно быть кратным 8, чтобы повторять деление адреса на байты. Например, администратор получил от поставщика услуг номер сети 135.38.0.0 (адрес класса В, двоичный код сети – 10000111 00100110 00000000 00000000). В такой сети потенциально можно иметь 65 534 узла, но такое количество узлов администратору не нужно, ему достаточно иметь 32 000 узлов. Эта проблема решается с помощью масок. Количество “единиц” в маске показывает число старших разрядов, которые определяют номер сети. Для нашего случая следует выбрать маску со значением 255.255.192.0 (двоичный код 11111111 11111111 11000000 00000000). В результате наложения маски на сетевой адрес получается четыре подсети: 135.38.0.0; 135.38.64.0; 135.38.128.0; 135.38.192.0 (см. табл. 2).

Табл. 12

Номер сети	Число узлов в подсети
10000111 00100110 00000000 00000000 135. 38. 00.0
10000111 00100110 01000000 00000000 135. 38. 64.0
10000111 00100110 10000000 00000000 135. 38. 128.0
10000111 00100110 11000000 00000000 135. 38. 192.0

Две полученные подсети с общим количеством узлов 32764 = 2 х 16382 администратор использует для своих нужд, а остальные может отдать другому администратору.

5. Присвоение IP-адресов Присвоение IP-адресов пользователям производится с помощью протокола динамической конфигурации компьютера (Dynamic Host Configuration Protocol – DHCP) в соответствии с моделью клиент-сервер. При включении, компьютер-клиент посылает в сеть широковещательный UDP-запрос на закрепление IP-адреса за MAC-адресом. Находящийся в той же сети DHCP-сервер в ответ высылает статический или динамический IP-адрес.

Статический IP-адрес выдается клиенту в постоянное пользование из пула (диапазона) адресов, задаваемых администратором при конфигурировании DHCP-сервера. Между физическим и сетевым адресом имеется жесткое соответствие, при всех запросах DHCP-сервер возвращает клиенту один и тот же IP-адрес.

При динамическом распределении сетевой IP-адрес выдается клиенту на ограниченное время пользования (на время аренды) из пула адресов, задаваемых администратором при конфигурировании DHCP-сервера. До истечения срока аренды между физическим и сетевым адресом имеется жесткое соответствие, при всех запросах DHCP-сервер возвращает клиенту один и тот же IP-адрес. По истечении срока аренды (например, сеанса связи) тот же IP-адрес может быть присвоен другому компьютеру, что позволяет провайдерам строить IP-сеть с количеством компьютеров, превышающих число IP-адресов.

Для экономии внешних сетевых IP-адресов часто используют транслятор сетевых адресов (Network Address Translation, NAT). В этом случае, при установлении связи из локальной сети во внешнюю сеть, маршрутизатор подменяет адрес локального использования (например, 10.0.0.5) на один из нескольких или даже на один и тот же внешний IP-адрес (например, 208.106.44.5), но с уникальным для каждого сеанса связи номером внешнего порта маршрутизатора

Дата добавления: 2015-07-08