Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Классы IP-адресов
|
|
В адресах класса А первый бит всегда имеет значение «0». А значит наименьший номер сети класса А – 00000000 (десятичный 0), а наибольший адрес класса А – 01111111 (десятичное число 127). Однако эти два числа, 0 и 127, зарезервированы и не могут использоваться в качестве сетевых адресов. Любой адрес, который начинается со значения от 1 до 126 в первом октете 32-битного номера является адресом класса А.
В адресах класса В для задания сетевого адреса используется два из четырёх октетов (16 бит). Остальные два октета определяют адрес хостов. Первые два бита первого октета в адресах класса В всегда равны двоичному числу 10. Двоичное число 10 в начале первого октета гарантирует, что пространство адресов класса В не накладывается на адреса класса А. Остальные 6 битов первого октета могут быть заполнены значениями 1 или 0. Следовательно, наименьший номер, который может представлять адрес класса В, равен 10000000 (десятичное число 128), а наибольший – 10111111(десятичное число 191). Любой адрес, который начинается со значения в диапазоне от 128 до 191 в первом октете, является адресом класса В.
В адресах класса С первые 3 октета (24 бита) определяют сетевую часть адреса, оставшийся октет резервируется для хостов. Адреса класса С начинаются с двоичного числа 110. Следовательно, наименьший номер, который может представлять адрес класса С, равен 11000000 (десятичное число 192), а наибольший – 11011111 (десятичное число 223). Если адрес содержит в первом октете значение в пределах от 192 до 223, он относится к классу С.
Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D.
В то время как адреса классов А, В, и С используются для идентификации отдельных машин, то есть являются индивидуальными адресами (unicast address), адреса класса D являются групповыми (multicast address) и идентифицируют группу сетевых интерфейсов. Интерфейс, входящий в группу получает наряду с обычным индивидуальным адресом ещё один групповой адрес. Если при отправке пакета в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должен быть доставлен всем узлам, которые входят в группу.
Если адрес начинается с последовательности 11110, то это значит, что данный адрес относится к классу Е. Адреса этого класса зарезервированы для будущих применений.
В таблице 3.1 приведены диапазоны номеров сетей и максимальное число узлов, соответствующих каждому классу сетей.
Понятно, что адреса класса A предназначены для использования в очень больших сетях общего пользования (например, национальных). Класс B может найти применение в сетях крупных провайдеров или компаний. Небольшим провайдерам, или сетям, приходится иметь дело в основном с сетями класса C, которые позволяют адресовать 254 узла. Адреса класса D используются для распространения в Интернете или в большой корпоративной сети аудио- или видеопрограмм, адресованных сразу большой аудитории слушателей или зрителей (IPTV). А дреса класса E зарезервированы для использования в экспериментальных целях.
Таблица 3.1 –Характеристики адресов разного класса
| Класс Сети | Диапазон значений первого октета в двоичном виде | Значения адреса в десятичной записи | Возможное кол-во сетей | Возможное количество узлов в сети |
| A | от 00000001 -… до 01111110-… | от 1.хх.xx.xx до 126.хх.хх.хх | 224 (16777214) | |
| B | от 1000000-00000000-…до 1011111-11111111-… | от 128.0.хх.хх до 191.255.хх.хх | 216 (65534) | |
| C | от 1100000-00000000-0000000…до 1101111-11111111-1111111… | от 192.0.0.хх до 223.255.255.хх | 28 (254) | |
| D | от 1110000 -… до 1110111-… | от 224.хх.хх.хх до 239.хх.хх.хх | - | Multicast |
| E | от 1111000 -…до 1111111-… | от 240.хх.хх.хх до 255.хх.хх.хх | - | Зарезервирован |
Особые IP-адреса
В протоколе IP существует несколько соглашений об особой интерпретации IP-адресов.
IP-адрес с двоичными нулями во всех хостовых битах зарезервирован для адресации сети. Например, для сети класса А IP-адрес 10.0.0.0 является адресом сети, внутри которой находится хост 10.1.2.3. IP-адрес 172.16.0.0 является примером адреса сети класса В. Например, устройство внутри сети 172.16.0.0 может иметь IP-адрес 172.16.16.1. В этом примере 172.16 является сетевой частью адреса, а 16.1 – хостовой.
Для передачи данных на все устройства в определённой сети используется широковещательный адрес. Все хостовые биты в широковещательном IP-адресе заполняются двоичными единицами. В сети из предыдущего примера (172.16.0.0) для широковещательной рассылки всем устройствам данной сети используется адрес назначения 172.16. 255.255.
Агентство по выделению имен и уникальных параметров протоколов Интернета (IANA) зарезервировало для использования внутри локальных сетей три диапазона адресов: 10 –единственная сеть класса A; 172.16 - 172.31 – 16 смежных сетей класса B; и 192.168.0 - 192.168.255 – 256 смежных сетей класса C. Данные IP-адреса иногда называют «серыми» IP-адресами. Любая организация может использовать любые адреса из диапазона серых адресов независимо от любой другой организации. Однако такие адреса могут быть использованы только внутри локальной сети, так как маршрутизаторы в Интернете отбрасывают такие адреса.
Если сеть, использующая «серые» IP-адреса, должна подключиться к Интернету, то необходимо преобразовать такие адреса в адреса общего пользования. Сетевым устройством, осуществляющим такое преобразование, чаще всего является маршрутизатор. Для этой цели используется протокол NAT (от англ. N etwork A ddress Tr anslation — «преобразование сетевых адресов»).
Канальные уровни, такие как Ethernet, имеют собственную схему адресации (48-битные MAC-адреса). Сетевые карты и коммутаторы не умеют читать IP-адреса. Когда кадр Ethernet отправляется от одного хоста по локальной сети к другому, возникает необходимость установить соответствие между двумя различными формами адресов: 32-битными IP-адресом и адресом канального уровня (MAC-адресом) получателя. Набор протоколов TCP/IP имеет в своем составе специальный протокол, называемый ARP (Address Resolution Protocol — протокол преобразования адресов), который позволяет автоматически получить MAC-адрес. Протокол ARP предназначен для определения адресов канального уровня (MAC-адресов) по известным IP-адресам.
Уже сравнительно давно наблюдается дефицит IP-адресов. Очень трудно получить адрес класса В и практически невозможно стать обладателем адреса класса А. При этом надо отметить, что дефицит обусловлен не только ростом сетей, но и тем, что имеющееся множество IP-адресов используется нерационально. Очень часто владельцы сети класса С расходуют лишь небольшую часть из имеющихся у них 254 адресов.
Для смягчения проблемы дефицита адресов разработчики стека TCP/IP предлагают разные подходы. Принципиальным решением является переход на новую версию IPv6, в которой резко расширяется адресное пространство за счет использования 16-байтных адресов. Однако и текущая версия IPv4 поддерживает некоторые технологии, направленные на более экономное расходование IP-адресов. Из-за проблемы дефицита адресов классовая модель IP-адресов сейчас практически не используется, проблема решается при использовании масок.
3.3 Маски IP-адресов
Для определения границы, отделяющей номер сети от номера узла, реализуются два подхода. Первый основан на понятии класса адреса, второй — на использовании масок.
Класс адреса определяется значениями нескольких первых бит адреса (рис. 3.1). Другой способ определения, какая часть адреса является номером сети, а какая номером узла, основан на использовании маски. Маска — это число, которое используется в паре с IP-адресом; двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые в IP-адресе должны интерпретироваться как номер сети, а на позициях, соответствующих номеру узла, размещаются нули.
Например, 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.
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).
Механизм масок широко распространён в сфере IP-маршрутизации. С их помощью администратор может разбить одну выделенную ему поставщиком услуг сеть на несколько других, не требуя от него дополнительных номеров сетей, — эта операция называется разделением на подсети.
Технология безклассовой междоменной маршрутизации (ClasslessInter Domain Routing - CIDR ) основана на использовании масок для более гибкого распределения адресов и более эффективной маршрутизации. Она допускает произвольное распределение IP-адреса на поле для номера сети и поле для номера узлов. При такой системе адресации клиенту может быть выдан пул адресов, более точно соответствующий его запросу, чем это происходит при адресации на основе классов.
Предположим, в локальной сети, подключаемой к Интернету, находится 2000 компьютеров. Каждому из них требуется выдать IP-адрес. Для получения необходимого адресного пространства нужны либо 8 сетей класса С, либо одна сеть класса В. Сеть класса В вмещает 65534 адреса, что много больше требуемого количества. При общем дефиците IP-адресов такое использование сетей класса В расточительно. Однако, если мы будем использовать 8 сетей класса С, возникает следующая проблема: каждая такая IP-сеть должна быть представлена на маршрутизаторах, потому что с точки зрения маршрутизаторов – это 8 абсолютно никак не связанных между собой сетей, маршрутизация пакетов в которые осуществляется независимо, хотя, фактически, эти IP-сети и расположены в одной физической локальной сети и маршруты к ним идентичны.
С другой стороны, нет никаких формальных причин проводить границу сеть – хост (узел) в IP-адресе именно по границе октета. Это было сделано исключительно для удобства представления IP-адресов и разбиения их на классы. Если выбрать длину сетевой части в 21 бит, а на номер хоста отвести соответственно 11 битов, мы получим сеть, адресное пространство которой содержит 2048 (211) IP-адресов, что максимально точно соответствует поставленному требованию. Это будет одна сеть, определяемая своим уникальным 21-битовым номером, следовательно, для ее обслуживания потребуется только одна запись в маршрутной таблице.
Единственная проблема, которую осталось решить: как определить, что на сетевую часть отведен 21 бит? В случае классовой модели, старшие биты IP-адреса определяли принадлежность этого адреса к тому или иному классу, и, следовательно, количество битов, отведенных на номер сети.
В случае адресации вне классов, с произвольным положением границы сеть – хост внутри IP-адреса, к IP-адресу прилагается 32-битовая маска, которую называют маской сети (netmask) или маской подсети (subnet mask). Сетевая маска конструируется по следующему правилу: На позициях, соответствующих номеру сети размещаются единицы, а на позициях, соответствующих номеру узла, размещаются нули.