Адресация узлов сети

При объединении трех и более узлов сети возникает проблема адресации их сетевых интерфейсов. Например, при создании полносвязной структуры из n узлов необходимо, чтобы у каждого узла имелось (n-1) интерфейсов. Адреса могут быть числовыми и символьными. Один и тот же адрес может быть записан в разных форматах. Адреса могут использоваться не только для отдельных интерфейсов, но их групп, с помощью которых данные направляются сразу нескольким узлам. Данные могут направляться и для всех узлов сети сразу, в этом случае имеют место широковещательные адреса. Множество всех адресов, которые допустимы в рамках некоторой системы адресации, называется адресным пространством, которое может иметь плоскую (линейную) или иерархическую организацию. В первом случае множество адресов не структурируется. При иерархической схеме адресации множество адресов организуется в виде множества вложенных друг в друга групп, которые, последовательно ссужая адресуемую область, определяют сетевой интерфейс.

Рис. 9. Представление адреса конечного узла при иерархической схеме адресации

Адрес конечного узла будет задаваться тремя составляющими: идентификатором группы К, подгруппы l и узла n. Таким образом идентификатор определит адрес. Иерархическая адресация предпочтительнее плоской, так как в больших сетях конечным узлам и коммуникационному оборудованию придется оперировать с таблицами адресов из тысяч записей. Иерархическая адресация позволяет при перемещении данных до определенного момента пользоваться старшей составляющей адреса, затем средней и, наконец, младшей.

К адресату сетевого интерфейса (узла) предъявляются следующие требования:

1. адрес должен уникально идентифицировать узел сети любого масштаба;

2. схема назначения адресов должна сводить к минимуму ручной труд оператора и вероятность дублирования адресов;

3. желательна иерархическая структура, которая удобна для построения больших сетей;

4. адрес должен быть удобен для пользователей сети, а это значит, допускать символьное обозначение;

5. чтобы не перегружать память коммутационной аппаратуры, адрес должен быть компактным.

Эти требования противоречивы. Иерархический адрес менее компактен, чем линейный. Удобные для пользователей символьные имена из-за переменного формата неэкономичны. Поэтому на практике используют сразу несколько адресов-имен. Для преобразования адреса из одного вида в другой используют специальные протоколы разрешения адресов. Примером плоского числового адреса служит МАС-адрес. Он предназначен для однозначной идентификации сетевых адресов в локальных сетях. Этот адрес обеспечивает корректное использование общей среды передачи данных, предоставляя ее согласно определенному алгоритму в распоряжение узла сети. Такие адреса используются только аппаратурой, поэтому их стараются сделать по возможности компактными и записывают в виде двоичного или шестнадцатеричного кода. Эти адреса встраиваются в аппаратуру компанией-изготовителем, поэтому их часто называют аппаратными адресами; либо генерируются автоматически при каждом новом запуске оборудования.

Иерархические адреса – сетевые IP-протоколы. Здесь имеет место двухуровневая иерархия, т.е. адрес делится на старшую часть (номер сети) и младшую часть (номер узла). Такое построение адресов позволяет передавать данные на основании номера сети, а номер узла используется после доставки сообщения в нужную сеть. Чтобы сделать маршрутизацию более эффективной, предлагаются варианты с адресами из трех и более составляющих.

Символьные адреса несут смысловую нагрузку, так как они используются для запоминания людьми. В большинстве сетей иерархическая структура может иметь вид – ftp-arch.ucl.ac.uk. Этот адрес говорит о том, что данный компьютер поддерживает ftp-архив в сети одного из колледжей Лондонского университета, и эта сеть относится к академической ветви Internet Великобритании. При работе в пределах сети Лондонского университета такое длинное символьное имя избыточно, вместо него удобно пользоваться кратким символьным именем, на роль которого подходит самая младшая составляющая полного имени, т.е. имя ftp-arch.

Современные сети для адресации узлов используют все три схемы: пользователи адресуют символьными именами, которые заменяются числовыми в сообщениях, передаваемых по сети. Из одной сети в другую сообщения передаются с помощью числовых номеров, а после доставки сообщения в сеть назначения вместо числового номера используется аппаратный адрес компьютера. Такая схема характерна для небольших автономных сетей, где она является избыточной. Но это делается для того, чтобы при подключении сети в большую сеть не возникало необходимости изменять состав операционной системы.

Проблема соответствия между адресами различного типа решается централизованными и распределенными средствами. При централизованном подходе в сети выделяется несколько компьютеров (сервер имен), где хранится таблица соответствия символьных имен и числовых номеров. Остальные компьютеры обращаются к серверу имен, для того чтобы по символьному имени найти числовой номер компьютера, с которым надо обменяться данными.

При распределенном подходе каждый компьютер сети сам решает задачу установления соответствия между адресами. Например, перед началом передачи передатчик посылает широковещательное сообщение – это числовой номер с просьбой опознать это числовое имя. Все узлы сети сравнивают этот числовой номер со своим собственным. Узел, обнаруживший совпадение числового номера со своим номером, посылает ответ с его аппаратным адресом. После чего становится возможной отправка сообщения по сети. Преимущество распределенного подхода – не требуется специальный узел с таблицей соответствия адресов, требующей ручного задания. Недостаток такого подхода – необходимость широковещательных сообщений, перегружающих сеть, так как они обрабатываются всеми узлами, а не только узлом назначения.

Распределенный подход используется в небольших локальных сетях. Для крупных сетей характерен централизованный подход. Наиболее известная служба централизованного разрешения адресов – DNS (Domain Name System). Домен – логически сгруппированная совокупность сетевых сервисов и ресурсов. Здесь применяется иерархическая структура, в которой каждый уровень называется доменом.

До сих пор речь шла об адресации сетевых интерфейсов, которые указывают на порты узлов сети. Но конечной целью пересылаемых данных являются выполняемые на устройствах программы (процессы). Поэтому помимо информации, идентифицирующей порт устройства, должен быть указан порт процесса, которому предназначены данные. Адрес процесса необязательно должен задаваться в пределах всей сети. Достаточно обеспечить его уникальность в пределах одного узла. Примером адреса процесса является номер порта TCP (протокол управления передачей). Это так называемый протокол транспортного уровня, обеспечивающий доставку данных в виде байтовых потоков.