Адресация в IP-сетях. Маски и подсети

Адресация в IP-сетях

Коммуникационная система, которую вы создаете, должна обеспечивать универсальное средство взаимодействия, т.е. осуществлять связь между любыми компьютерами, независимо от их аппаратной конфигурации и операционной системы. Чтобы сделать коммуникационную систему универсальной, нужно определить приемлемый для всех пользователей сети код идентификации компьютеров, которые к ней присоеди­нены.

Традиционно идентификаторы в сети состоят из:

• идентификатора хоста — имени, указывающего на конеч­ный объект;
• идентификатора сети — адреса, идентифицирующего фи­зическое местоположение объекта;
• маршрута, определяющего, как добраться до объекта.

Для чего нужны IP адреса?

В реальных сетях имена, адреса и маршруты определяются на разных уровнях представления ТСР/IP-идентификаторов, причем имена — на самом верхнем, а маршруты — на самом нижнем. Пользователю удобнее применять для идентифика­ции произносимые имена, в то время как программное обес­печение лучше работает с более компактным числовым пред­ставлением идентификаторов. В ТСР/IP-технологиях было принято решение стандартизовать компактные двоичные ад­реса, которые делают такие вычисления, как выбор маршрута, 5олее эффективными.

Разработчики TCP/IP выбрали схему адресации, в которой каждому компьютеру в сети назначается адрес в виде четырех целых чисел, называемый межсетевым адресом, или IP-адресом. При этом значения IP-адреса выбираются особым образом, чтобы сделать маршрутизацию эффективной. Иначе говоря, IP-адрес кодирует идентификацию сети, к которой присоединен компьютер, а также идентификацию самого компьютера в этой сети. Поэтому каждому компьютеру в TCP/IP сети назначен уникальный 32-битовый межсетевой адрес, который используется при взаимодействии.

Структура IP адреса

Для удобства пользователей в технических документах или прикладных программах IP-адреса записываются как четыре десятичных числа (октета), разделенных десятичными точками, и каж­дое из этих чисел представляет значение группы из восьми символов двоичного IP-адреса. Поэтому 32-битовый IP-адрес

11000000       10101000       01101111       00000001

обычно записывается как

192.168.111.1

Очевидно, что такая запись гораздо удобнее для использо­вания, чем двоичная форма.

Структура 32-битного IP-адреса определяется сетевым протоколом IPv4. В настоящее время это один из самых распространенных в Интернет типов IP-адресов. По этой 32-битной схеме адресации можно создать около 4 миллиардов IP-адресов.

Получая IP-адрес, узел просматривает все 32 бита адреса по мере поступления на сетевую карту. В то же время, людям приходится преобразовывать эти 32 бита в их десятичные эквиваленты, то есть в четыре октета. Каждый октет состоит из 8 бит, каждый бит имеет свое собственное значение. У четырех групп из 8 бит есть один и тот же набор значений. Значение крайнего правого бита в октете – 1, значения остальных бит, слева направо – 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 128.

Чтобы определить значение октета, нужно сложить значения всех позиций, где присутствует двоичное число.

• Нулевые позиции в сложении не участвуют.
• Если все 8 бит имеют значение 0, 00000000, то значение октета равно 0.
• Если все 8 бит имеют значение 1, 11111111, то значение октета равно 255 (128+64+32+16+8+4+2+1).
• Если значения среди 8 бит отличаются, например, 00100111, то значение октета равняется 39 (32+4+2+1).

Таким образом, значение каждого из четырех октетов находится в диапазоне от 0 до 255, и не может выходить за его пределы.

Классы IP адресов и маски подсети по умолчанию

Принципиально, каждый адрес является парой «идентифи­катор сети — идентификатор компьютера в этой сети». На практике каждый IP-адрес должен иметь одну из трех форм, или классов: А, В или С, которые можно различить по первым двум битам адреса.

Ниже приведены диапазоны номеров, соответствующие каждому классу сетей,

Диапазон номеров сетей разного класса

Адреса класса А используются для сетей, Имеющих в сво­ем составе не более чем 16 777 214 компьютеров, однако та­ких сетей может быть не более 126. В этих адресах выделяется под идентификатор сети 8 бит, а под идентификатор компью­тера — 24 бита.

Адреса класса В используются для сетей меньшего размера, включающих до 65 534 компьютеров. В этих адресах выделяется 16 бит под идентификатор сети и 16 бит — под идентификатор компьютера.

Сети класса С должны состоять менее чем из 254 компью­теров, причем в адресе выделяется 24 бит под идентификатор сети и 8 бит — под идентификатор компьютера. Номер сети (т.е. номер сети внутри ЛВС, иначе говоря — номер подсети) в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети номера узла гибкое, и граница между этими полями может устанавливаться достаточно произвольно при помощи маски подсети. Идентификаторы сетей и идентификаторы узлов в IP адресе различаются с помощью маски подсети. Каждая маска подсети представляет собой 32-битное число, состоящее из последовательной группы единичных битов для выделения из л³-адрес а идентификатора сети и последовательной группы нулевых битов для выделения идентификатора узла.

Ниже приведена маска подсети, которая обычно использу­ется с IP-адресом 192.168.1.1:

11111111 11111111 11111111 00000000

Данная маска подсети состоит из 24 единичных бит, за ко­торыми следуют 8 нулевых бит. Это означает, что часть IP-адреса, соответствующая идентификатору сети, состоит из трех октетов, а часть, соответствующая идентификатору узла, имеет длину 8 бит. В точечно-десятичной нотации эта маска будет иметь следующий вид: 255,255,255.0.

Узел может входить в несколько IР-сетей. В этом случае узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом, IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

Следует иметь в виду, что адресация в IP-сетях основана на следующих типах адресов: сетевом (IP-адрес, рассмотрен вы­ше), физическом (MAC-адрес) и символьном (DNS-имя).

Физический адрес узла сети определяется технологией, с помощью которой построена эта сеть. Для узлов, входящих в ЛВС, это МАС-адрес сетевого адаптера или порта маршрути­затора (MAC — MediaAccessControl, контроль доступа к среде передачи данных). Данные адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами, так как управляются централизованно. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС-адрес имеет 6 байт, из ко­торых: старшие 3 байта — идентификатор фирмы производи­теля, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем.

Символьный идентификатор — имя, например www.doctorrouter.ru, которое назначается администратором и со­стоит из нескольких частей, например имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес, называемый также DNS-именем, используется на прикладном уровне, например в протоколах FTP или Telnet Отображением символьных адре­сов и уметом соответствия IP-адреса его DNS-имени занима­ется служба DNS (Domain Name System).

Для операционных систем Windows компания Microsoft разработала собственную систему имен, которая называется Windows Internet Naming System (WINS). В небольшой сети развернуть службу DNS достаточно тяжело, поскольку для нее необходимо выделить отдельный компьютер или, по крайней мере, компьютер, который будет выполнять еще ряд задач, но будет работать круглосуточно. Именно об использо­вании и настройке WINS мы расскажем ниже.

Выбор IР-адресов

Для локальных сетей, которые не имеют выхода в сеть Internet или используют для этого шлюз, вы должны исполь­зовать один из диапазонов IP-адресов , которые зарезервированы организацией IANA (Internet Assigned Num­bers Authority) и не используются в Internet.

Внутренние IP-адреса

Возможная конфигурация сети

В такой конфигурации каждый компьютер получает IP-адрес из диапазона С и маску подсети 255.255.255.0, а это зна­чит, что максимальное число компьютеров в данной сети не мо­жет превышать 254.

Кроме этого, использование IP-адресов из таблицы внутренних адресов по­зволит избежать конфликтов, если вы подключите такую сеть у Internet, поскольку указанные в таблице адреса не маршру­тизируются, т.е. не передаются провайдером Internet из вашей сети в Internet.