4.5.1. 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 год) 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.7 приведена структура адресов пяти классов сетей. Сети класса D предназначены для группового (multicast) вещания, здесь хост-часть адреса отсутствует, а n представляет идентификатор группы. Класс Е обозначен как резерв для будущих применений.
Позже (1985 год, RFC 950) было введено деление на подсети (subnetting) относительно произвольных размеров. Адрес подсети (s) использует несколько старших бит, отводимых при стандартной классовой разбивке под хост-часть адреса. Подсети могут делиться на еще более мелкие подсети. Деление на подсети не допускает пересечения границы адресов класса.
Таблица 7
Адресация ip-сетей по классам
Класс сети |
Число сетей |
Число узлов в сети |
А |
126 |
~16 млн. |
В |
~16 тыс. |
~65 тыс. |
С |
~2 млн. |
254 |
D |
~256 млн. |
Не ограничено |
Е |
~128 млн. |
Резерв |
Впоследствии (1993 г., RFC 1519) был принят «внеклассовый» подход к определению длины префикса classless addressing или supernetting — CIDR (Classless Inter-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 сети отправителя;
нулевая хост-часть адреса в старых протоколах обмена маршрутной информацией (RIP) означает, что передается адрес сети;
единицы во всех битах адреса означают широковещательность рассылки пакета всем узлам сети отправителя (limited broadcast – ограниченное широковещательное сообщение);
единицы во всех битах хост-части (префикс ненулевой и неединичный) означают шиpoковещательность (broadcast) пакета всем узлам сети, заданной сетевой частью адреса (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. Так, например, подсеть 210.22.74/23 недопустима, поскольку она распространяется на две сети класса С: 210.22.74.0 и 210..22.75.0. Кроме того, RIP не позволяет одну сеть делить на подсети разных размеров (длина префиксов всех подсетей в пределах «классовой» сети должна быть единой).
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, приведенного в табл.8. Перед ненулевым байтом маски могут быть только значения 255, после байта, отличного от 255 – только нули. Образование байта маски поясняет табл.9. Количество допустимых адресов хостов в (под)сети (с учетом резервирования крайних значений адреса) определяется по формуле
где Р – длина префикса, префиксы длиной 31 или 32 бита непригодны для употребления, префикс длиной 30 бит позволяет адресовать только два узла (используется при двухточечных соединениях по РРР).
Таблица 8
Длина префикса, значение маски и количество узлов подсети
Длина |
Маска |
Число узлов |
Длина |
Маска |
Число узлов |
32 |
255.255.255.255 |
– |
15 |
255.254.0.0 |
131070 |
31 |
255.255.255.254 |
– |
14 |
255.252.0.0 |
262142 |
30 |
255.255.555.252 |
2 |
13 |
255.248.0.0 |
524286 |
29 |
255.255.255.248 |
6 |
12 |
255.240.0.0 |
1048574 |
28 |
255.255.255.240 |
14 |
11 |
255.224.0.0 |
2097150 |
27 |
255.255.255.224 |
30 |
10 |
255.192.0.0 |
4М-2 |
26 |
255.255.255.192 |
62 |
9 |
255.128.0.0 |
8М-2 |
25 |
255.255.255.128 |
126 |
8 |
255.0.0.0 |
16М-2 |
24 |
255.255.255.0 |
254 |
7 |
254.0.0.0 |
32М-2 |
23 |
255;255.254.0 |
510 |
6 |
252.0.0.0 |
64М-2 |
22 |
255.255.252.0 |
1022 |
5 |
248,0.0.0 |
128М-2 |
21 |
255.255.248.0 |
2046 |
4 |
240:0.0.0 |
256М-2 |
20 |
255.255.240.0 |
4094 |
3 |
224.0.0.0 |
512М-2 |
19 |
255.255,224.0 |
8190 |
2 |
192.0.0.0 |
1024М-2 |
18 |
255.255.192.0 |
16382 |
1 |
128.0.0.0 |
2048М-2 |
17 |
255.255.128.0 |
32766 |
0 |
0.0.0.0 |
4096М-2 |
16 |
255.255.0.0 |
65534 |
|
|
|
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.
Таблица 9
Возможные значения элементов масок
Двоичное |
Десятичное |
Двоичное |
Десятичное |
11111111 |
255 |
11100000 |
224 |
11111110 |
254 |
11000000 |
192 |
11111100 |
252 |
10000000 |
128 |
11111000 |
248 |
00000000 |
0 |
11110000 |
240 |
|
|
Деление на сети носит административный характер – адреса сетей, входящих в глобальную сеть Интернет, распределяются централизованно организацией Internet NIG (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 (так называемые фейковые адреса):
класс А: 10.0.6.0 (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).
В табл.10 приведены примеры разбивки сети 192.168.0.0 клас-са 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). Графическое представление пространства адресов наглядно показывает ошибки несогласованности адреса и размера подсети (определяемого маской).
IР-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-cepвepy. 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).
Таблица 10
Примеры распределения адресов IP-сети
Правильно |
Неправильно |
||||
255 |
|
255 |
|
||
224 |
S4 |
192.168.0.224 |
224 |
S2 |
192.168.0.192 |
192 |
S3 |
192.168.0.192 |
192 |
||
160 |
S2 |
192.168.0.128 |
160 |
S1 |
192.168.0.64 |
128 |
128 |
||||
96 |
S1 |
192.168.0.0 |
96 |
||
64 |
64 |
||||
32 |
32 |
S4 |
192.168.0.32 |
||
0 |
0 |
S3 |
192.168.0.0 |
||
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.