IP адресация

1. Структура IP-адреса
2. Классы сетей IP.
3. Служебные IP-адреса.
4. Разбиение на подсети.
5. Бесклассовая маршрутизация
6. Пример
7. Список источников

Структура IP-адреса

В сети IP все устройства имеют уникальный адрес (IP-адрес). IP-адрес назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Internet Network Information Center, InterNIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Маршрутизатор по определению входит сразу в несколько сетей. Поэтому каждый порт маршрутизатора имеет собственный IP-адрес. Конечный узел также может входить в несколько IP-сетей. В этом случае компьютер должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом, IP-адрес характеризует соединение устройства с сетью.

Схема адресации протокола IP (версии 4) описана в документах RFC 990, RFC 997.

IP-адрес имеет длину 32 бита. Для удобства принято записывать IP-адрес в виде двоично-десятичного числа: каждый байт (октет) записывается в виде десятичного числа в диапазоне от 0 до 255; октеты разделены точками (например, 128.10.2.30 -традиционная десятичная форма представления адреса, а 10000000 00001010 00000010 00011110 - двоичная форма представления этого же адреса). Такая форма записи носит название десятично-точечной нотации.

Классы IP-адресов

Адрес состоит из двух логических частей - номера сети и номера узла в сети. 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. IP-адреса разделяются на 5 классов: A, B, C, D, E.

У адресов класса A старший бит установлен 0 . Длина сетевого префикса _ 8 бит. Для номера узла выделяется 3 байта (24 бита). Таким образом, в классе A может быть 126 сетей (27 - 2, два номера сети имеют специальное значение). Каждая сеть этого класса может поддерживать максимум 16777214 узлов (224 - 2). Адресный блок класса A может содержать максимум 231 уникальных адресов, в то время как в протоколе IP версии 4 возможно существование 232 адресов. Таким образом адресное пространство класса A занимает 50% всего адресного пространства протокола IP версии 4. Адреса класса A предназначены для использования в больших сетях, с большим количеством узлов. На данный момент все адреса класса A распределены.

У адресов класса B два старших бита установлены в 1 и 0 соответственно . Длина сетевого префикса - 16 бит. Поле номера узла тоже имеет длину 16 бит. Таким образом, число сетей класса B равно 16384 (214); каждая сеть класса B может поддерживать до 65534 узлов (216 - 2). Адресный блок сетей класса B содержит 230 уникальных адресов, то есть 25% всего адресного пространства. Класс B предназначен для применения в сетях среднего размера (например, крупное предприятие).

У адресов класса C три старших бита установлены в 1, 1 и 0 соответственно . Префикс сети имеет длину 24 бита, номер узла - 8 бит. Максимально возможное количество сетей класса C составляет 2097152 (221). Каждая сеть может поддерживать максимум 254 узла (28 - 2). Весь адресный блок сетей класса C содержит 229 уникальных адреса, что равно 12,5% от всего адресного пространства. Класс C предназначен для сетей с небольшим количеством узлов

Адреса класса D используются для поддержки группового вещания (multicasting). При групповом вещании пакет передаётся нескольким узлам по схеме "один-ко-многим". Адрес класса D является идентификатором такой группы. Узлы сами идентифицируют себя, определяя, к какой группе они относятся. Узлы, принадлежащие одной группе, могут быть распределены по разным сетям произвольным образом.

Класс Е зарезервирован для экспериментального использования.

Служебные IP-адреса

Некоторые IP-адреса являются зарезервированными. Для таких адресов существуют соглашения об их особой интерпретации.

Существует также специальные адреса, которые зарезервированы для 'несвязанных' сетей - это сети, которые используют IP, но не подключены к Internet. Вот эти адреса:-

Одна сеть класса A — 10.0.0.0
16 сетей класса B — 172.16.0.0 - 172.31.0.0
256 сетей класса С — 192.168.0.0 - 192.168.255.0

Подсети

Стандартная схема разбиения поля адресов на классы порождает ряд проблем (правилом установлено, что адрес одного класса (A, B или C) относится только к одной сети, а не к набору ЛВС):

• резкий рост таблиц маршрутизации в Интернете;
• нерациональное использование адресного пространства

С этим столкнулось множество организаций, в результате чего были произведены небольшие изменения в системе адресации.

Проблема решилась предоставлением сети возможности разделения на несколько частей с точки зрения внутренней организации.

Был введен дополнительный уровень иерархии структуры IP-адреса: к номерам сети и хоста добавляется номер подсети .

Таким образом, снаружи адресация проводится по номеру сети; внутренняя организация сети не видна извне. Любое изменение топологии внутренней сети не влияет на таблицы маршрутизации в Интернете. Это уменьшает первую проблему.

С другой стороны, разбиение на подсети позволяет организации, которой выделена сеть, более гибко и экономно использовать адресное пространство, что смягчает вторую проблему.

Маска подсети

Поля номеров сети и подсети образуют расширенный сетевой префикс. Для выделения расширенного сетевого префикса используется маска подсети (subnet mask). Маска подсети -это 32-разрядное двоичное число (по длине IP-адреса), в разрядах расширенного префикса содержащая единицу, в остальных разрядах находится нуль. Расширенный сетевой префикс получается побитным сложением по модулю два IP-адреса и маски подсети.

При таком построении очевидно, что число подсетей представляет собой степень двойки - , где n- длина поля номера подсети.

Таким образом, характеристики IP-адреса полностью задаются собственно IP-адресом и маской подсети.

Для упрощения применяют следующую нотацию (CIDR-нотация): IP-адрес/длина расширенного сетевого префикса. Например, адрес 192.168.0.1 с маской 255.255.255.0 будет в данной нотации выглядеть как 192.168.0.1/24 (24-число единиц, содержащихся в маске подсети).

Для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:

• Класс А - 11111111.00000000.00000000.00000000 (255.0.0.0); длина расширенного сетевого префикса - 8.
• Класс В - 11111111.11111111.00000000.00000000 (255.255.0.0); длина расширенного сетевого префикса - 16.
• Класс С - 11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0); длина расширенного сетевого префикса - 24.

Снабжая каждый IP-адрес маской, можно отказаться от понятий классов адресов и сделать более гибкой систему адресации. В масках количество единиц в последовательности, определяющей границу номера сети, не обязательно должно быть кратным 8, чтобы повторять деление адреса на байты.

Механизм масок широко распространен в IP-маршрутизации, причем маски могут использоваться для самых разных целей. С их помощью администратор может структурировать свою сеть, не требуя от поставщика услуг дополнительных номеров сетей.

Маска подсети переменной длины

В RFC 1009 был определен порядок использования в сети, разделенной на подсети, нескольких масок подсети. В этом случае расширенные сетевые префиксы имеют разную длину, и маски подсетей называются масками переменной длины. Таким образом мы можем разбить сеть на подсети разного размера.

Подсети выделяются рекурсивно: сеть разбивается на подсети, далее некоторые из этих подсетей в свою очередь тоже делятся на подсети и т.д.

Бесклассовая маршрутизация (CIDR)

В конце 80-х-начале 90-х годов XX века сеть Интернет росла очень быстрыми темпами. В результате стали проявляться серьезные недостатки в организации распределения адресного пространства. Проблемы сводились к следующему:

• нехватка IP-адресов. Размеры существующих классов сетей перестали отражать требования средних организаций. Количество компьютеров в сети организации часто оказывалось больше, чем количество адресов в сети класса С, но гораздо меньше, чем в сети класса В.
• замедление обработки таблиц маршрутизации. Рост размеров таблиц маршрутизации в Internet-маршрутизаторах привел к тому, что их стало сложно администрировать, маршрутизаторы работали на пределе своих возможностей.

Чтобы разрешить эти проблемы, в июне 1992 года IETF (Internet Engineering Task Force) принял решение об использовании технологии бесклассовой междоменной маршрутизации (совокупностям сетей, объединенных общим администрированием и политикой маршрутизации) (Classless Inter-Domain Routing - сокращенно CIDR). В 1994-1995 годах технология была внедрена Интернет-провайдерами для маршрутизации между их сетями.

Технология CIDR (описывается в RFC 1519) успешно применяется в любой группе сетей Интернет, построенных как на основе IPv4, так и на IPv6, и может взаимодействовать со старыми технологиями адресации. В основе CIDR лежит принцип использования маски сети переменной длины (VLSM -variable length subnet masks) и отказ от деления сети Интернет на сети классов А, В и С. При этом все организации, предоставляющие услуги Internet, будут разделяться не по классам своих сетей, а по маске предоставленного им адреса.

Согласно идеологии CIDR, провайдеры должны объединять в одну запись информацию о блоках адресов своих клиентов и анонсировать в Интернете свой блок адресов в целом. Анонсирование представляет собой передачу пакетов по протоколу динамической маршрутизации для уведомления соседних маршрутизаторов о том, что такая-то сеть теперь стала доступна через данный маршрутизатор. До 1994 года анонсировалась информация о каждой из сетей каждого класса в отдельности.

В настоящее время технология CIDR поддерживается некоторыми протоколами внутридоменной (OSPF, RIP-2,E-IGRP) и междоменной маршрутизации (BGP-4), большинство поставщиков сетевого оборудования внесли поддержку CIDR в свое программное обеспечение.

Пример:

Сеть класса A разделим на 3:

100.0.0.0/8

Сеть класса B разделим на 5:

190.254.0.0/16

Сеть класса C разделим на 3:

-200.100.100.0\24

Список источников

1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети.
2. 1. К. Е. Самуйлов, Д. С. Кулябов Учебно-методическое пособие по курсу “Сети и системы телекоммуникаций”